柴茂榮：中國氫能產(chǎn)業(yè)尚處第二梯隊

為什么要發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)?對于氫氣產(chǎn)能世界第一的中國來說，這似乎是一個不需要回答的問題。

“發(fā)展氫能關(guān)乎國家的能源安全，目前中國原油對外依存度約70%，天然氣約50%。發(fā)展氫能對優(yōu)化能源終端體系，確保能源供應(yīng)自主高效意義重大。”國電投氫能公司董事、首席技術(shù)官柴茂榮對極派Daily表示。

氫能釋放無碳一次能源，促進(jìn)能源體系清潔低碳化，有助于實現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)。氫能炙手可熱，據(jù)報道，至少 23 個省市將氫能源寫入規(guī)劃中，超三分之一央企已布局制氫儲氫等全產(chǎn)業(yè)鏈。

被“卡脖子”的氫氣產(chǎn)能第一國

目前，我國氫氣年產(chǎn)量已逾千萬噸規(guī)模，位居世界第一大產(chǎn)氫國。媒體對氫能及燃料電池技術(shù)進(jìn)步大肆鼓吹不絕于耳，柴茂榮提示要冷靜思考，“我國氫氣基本上都用在了石油精煉、加氫重整和合成氨、甲醇等方面，而用于燃料電池等的高純氫氣，不到百分之一。”

“中國與日本的氫能產(chǎn)業(yè)存在代際差。”柴茂榮對極派Daily表示。

據(jù)了解，日本是全球最早提出“氫能社會”的國家，其氫能產(chǎn)業(yè)代表著世界最領(lǐng)先的水平。

十年前，福島核泄漏震驚世界，距離福島核電站僅 20 公里的浪江町淪為“鬼城”，阡陌間堆放著裝有被污染泥土的黑色塑料袋。

據(jù)報道，事故發(fā)生后不到一年時間，日本 50 座商用核電機(jī)組全部停運，日本進(jìn)入“零核電”狀態(tài)，隨之能源自給率降至個位數(shù)。

2013年，日本政府推出《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》，首次把發(fā)展氫能源提升為國策，并啟動了加氫站建設(shè)的前期工作。昔日的核能大縣浪江町轉(zhuǎn)型為福島氫能源研究基地。

2017年，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布《能源基本計劃》，提出了2030年及2050年的能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略，未來發(fā)展方向就是壓縮核電發(fā)展，降低石油依賴度。

以舉國之力加快發(fā)展氫能，甚至有日本學(xué)者將發(fā)展氫能比喻為“日本能源的推倒重來”。

隨著全球碳中和目標(biāo)明朗，“氫能社會”構(gòu)想已不再孤獨。據(jù)報道，截至目前，韓國已宣布 1450 億美元氫能源戰(zhàn)略，歐盟發(fā)布《歐盟氫能戰(zhàn)略》及《能源系統(tǒng)一體化戰(zhàn)略》，已有超過 20 個國家和地區(qū)發(fā)布?xì)淠芟嚓P(guān)戰(zhàn)略，占世界經(jīng)濟(jì)總量的 75%。

柴茂榮對極派Daily表示，在燃料電池的技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，從膜電極、Pt載量、膜電極耐久時間、電堆價格等方面，我國和日本的差距巨大。

柴茂榮分析，我國氫能產(chǎn)業(yè)在基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵設(shè)備兩方面仍然存在“卡脖子”的技術(shù)問題。在基礎(chǔ)材料方面，目前市場上主流燃料電池用催化劑、質(zhì)子膜及碳紙均為進(jìn)口產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品性能及可靠性方面還有很大的差距;在關(guān)鍵設(shè)備方面，空壓機(jī)、氫回流泵等系統(tǒng)設(shè)備，燃料電池制造裝備中涂布用的涂布頭、自動化產(chǎn)線用的多軸機(jī)器人等關(guān)鍵設(shè)備也以進(jìn)口為主。

核心技術(shù)必須自主可控。目前無論是PEM制氫設(shè)備，還是燃料電池組件，或是加氫站設(shè)備，核心技術(shù)都控制在國外手里，導(dǎo)致價格高，難以推廣。只有自己掌握了核心技術(shù)，才能把成本降下來。

氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，首要解決哪些問題?“首先從頂層設(shè)計開始，將氫能列為能源主體。例如《能源法》等，先解決身份問題，然后才是大規(guī)模發(fā)展。”柴茂榮表示。

燃料電池乘用車技術(shù)更成熟

在氫能應(yīng)用端，國內(nèi)外都是從交通運輸起步，交通領(lǐng)域汽油相對價格較高，最容易驅(qū)動能源替換。

據(jù)了解，國電投氫能公司100輛冬奧會氫能大巴已啟程交付。柴茂榮表示，該行程約900km，90%是高速運行，中途只有保定加氫站才能加氫。在冬天這樣大批量、長距離高速運行，在我國燃料電池汽車歷史上也是罕見的。

這也檢驗了材料、零部件、電堆及系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，為明年燃料電池汽車大規(guī)模推廣打下基礎(chǔ)。

有業(yè)內(nèi)人士將燃料電池應(yīng)用區(qū)分為乘用車用和商用車用，輕率地得出燃料電池只適合于重卡等商用車的結(jié)論。

對此，柴茂榮不以為然，“國外燃料電池乘用車和商用車的開發(fā)基本上是同步進(jìn)行的，而燃料電池乘用車技術(shù)相對更成熟。”

柴茂榮舉例，豐田Mirai氫燃料電池乘用車已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化，它和同檔次的電動汽車特斯拉ModelS同臺競爭，價格基本相當(dāng)，而續(xù)航距離和安全可靠性更優(yōu)。

據(jù)了解， 早在2014 年，豐田就開始銷售量產(chǎn)版燃料電池汽車 Mirai，其首位用戶就是時任日本首相的安倍晉三。

全球各大主機(jī)廠的新能源戰(zhàn)略，大多以電動車為主攻方向，但豐田卻在燃料電池領(lǐng)域投入巨資。豐田在燃料電池研發(fā)上的激進(jìn)，其背后與日本政府的氫能源戰(zhàn)略有很大關(guān)聯(lián)。

豐田利用燃料電池乘用車和商用車的協(xié)同效應(yīng)，來刺激氫能源的需求。首先，在乘用車市場推出量產(chǎn)車，并持續(xù)提高性能和降低成本。然后，將乘用車市場成熟的燃料電池技術(shù)應(yīng)用到商用車上。雖然商用車數(shù)量較少，但因為每輛商用車使用的能源量較大，有助于推高氫能源使用基數(shù)。最終，隨著整個社會對氫能需求的擴(kuò)大，氫的價格將下降，也將推動相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

柴茂榮表示，國內(nèi)增程式燃料電池大巴剛剛開始，國產(chǎn)電堆的穩(wěn)定性、一致性還有待提高。原因在于我國在高能量密度，低成本電堆等關(guān)鍵技術(shù)沒有取得突破。

實際上，國內(nèi)很多廠家都只能購買國外材料生產(chǎn)膜電極、電堆等，然而，國外最先進(jìn)的材料難以買到，國產(chǎn)材料又很難達(dá)到車規(guī)級指標(biāo)要求。“很大部分來自大學(xué)實驗室，容易有生產(chǎn)經(jīng)驗不足、只注重幾個單項指標(biāo)的問題，且對一致性、穩(wěn)定性和降低成本不敏感，很多車還沒開出廠就拋錨了。”柴茂榮說。

氫能產(chǎn)業(yè)最大投資機(jī)會在材料

對于投資者而言，氫能產(chǎn)業(yè)最大的投資機(jī)會在哪里呢?

“做能源要從材料做起，投資要往上游走，’卡’得最厲害的部分，投資價值最大。”柴茂榮對極派Daily表示。

催化劑方面，國內(nèi)在耐久性能、單位鉑金的發(fā)電電流MMA都有很大的差異，具體體現(xiàn)在擔(dān)載工藝和載體選材上。在燃料電池電堆的成本中，催化劑的主要成分是鉑金，占據(jù)整個電堆成本的60% ，這也是燃料電池成本居高不下的原因之一。

質(zhì)子交換膜方面，高溫拉伸強(qiáng)度、低加濕質(zhì)子傳導(dǎo)率、滲氫電流等主要指標(biāo)和國際水平相差一個數(shù)量級。還有碳紙擴(kuò)散層，從導(dǎo)電碳纖維到抄紙到成紙工藝技術(shù)，國內(nèi)也一直沒有突破。

車載用高功率雙極板技術(shù)，也一直是我國的短板。我國的金屬雙極板的耐腐蝕性、鍍膜強(qiáng)度、生產(chǎn)效率、平整性、耐久性，都和國際先進(jìn)水平相差懸殊。

據(jù)柴茂榮介紹，目前，國家電投氫能公司已實現(xiàn)了催化劑、質(zhì)子膜、碳紙GDL，膜電極以及電堆組裝的整套生產(chǎn)工藝和量產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)基本和日本持平;攻克了鈦雙極板的材料、加工、沖壓、焊接和表面處理等工藝并實現(xiàn)量產(chǎn)，成為繼日本豐田后全球第二個掌握該技術(shù)的廠商;且正在利用央企平臺的戰(zhàn)略優(yōu)勢，聯(lián)合國內(nèi)有關(guān)廠家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，以期打通所有燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)。

氫能既可以解決大規(guī)模電力的儲存問題，也可以解決將來單一電網(wǎng)不能解決的冶金、化工行業(yè)的原料問題。

對于氫能發(fā)展方向，柴茂榮建議重視兩條路線:一條是光伏或者風(fēng)電發(fā)電， 電解制氫，然后通過儲氫來儲能;還有一條就是植物生物發(fā)酵制乙醇，或者電解制氫然后合成甲醇，氨等，便于安全儲運。再通過乙醇、甲醇和氨制氫。

發(fā)展氫能最需要解決的是成本問題，日本計劃到 2030 年將氫燃料的價格降低到 17 美分/千瓦時，2050 年降為 12 美分/千瓦時，這樣才能與天然氣發(fā)電進(jìn)行競爭。根據(jù) IEA 數(shù)據(jù)報告，由于可再生能源成本下降和制氫規(guī)模擴(kuò)大，到 2030 年制氫成本可再下降 30%。

關(guān)于未來的能源體系，柴茂榮認(rèn)為，因為我們國家體量太大，只用一種能源是絕對不可能解決所有的問題的，未來肯定是一個往低碳方向走的多能源體系，氫能的位置舉足輕重。