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氢燃料电池商用车发展有何新风向？
近日，由北京海外学人中心和北汽集团联合主办的“链合创新 氢引未来——2024北京国际青年创新发展论坛新能源智能网联汽车平行论坛氢能分论坛”在北汽福田黑科技基地X实验室举办。
本次论坛聚焦氢燃料电池技术目前存在的痛点和难点，围绕氢能产业发展趋势、关键技术突破、基础材料开发、成果落地应用等方面共商行业发展。多位行业专家现场分享氢燃料电池汽车相关主题演讲，他们为产业发展带来了哪些创新观点呢？我们一起来看看吧。
发展氢能大势所趋 预计2040或更快实现规模化应用
氢能作为清洁高效的二次能源载体，被普遍认为是推动传统化石能源清洁高效利用和支持可再生能源大规模发展的理想媒介，已成为全球能源革命和能源转型的重要载体。氢能发展潜力巨大，是拥有万亿级的蓝海市场。
据国际能源署预测，在2050年净零排放情景下，全球年氢能需求将增长到超过5亿吨，其中，以发电、天然气掺氢和车辆、船舶、航空等交通领域燃油替代为代表的新增用氢需求占比将超过60%。国内方面，预计随着用氢规模的高速增长，大概到2050年，我国氢能供需规模会快速增长到1亿吨-1.3亿吨。不过，清华大学车辆学院院长李建秋认为，在“双碳”目标的驱动下，氢能会快速发挥多领域深度脱碳的作用，可能会在2040年或者更快的未来实现规模化应用，为氢能产业发展注入强心针。
其中，道路交通领域是氢能作为能源应用的一个重要突破口，受到全球国家的高度重视和推动。截止到2023年底，全球氢燃料电池汽车保有量达到82174辆，我国氢燃料电池汽车推广力度提升，重型交通应用加快试点应用，已成为全球氢能交通应用和基础设施建设增长量最快的市场。2023年，我国实现氢燃料电池汽车保有量新增5805辆，累计18487辆，同比增长45.8%；今年1-7月，我国氢燃料电池汽车产、销分别为3673辆和3422辆，分别同比增长28%和25.5%。加氢站建设方面，截至2023年底，我国累计建成加氢站474座，数量全球最多，新建加氢站121座，增量全球最高。
据统计，截至2023年底，全球公布氢能战略的国家和地区超50个，主要国家氢能战略规划转向推动实施落地。从我国来看，氢能已经上升到国家战略，是未来国家能源体系的重要组成部分，是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。不管是政府工作报告还是能源法，均将氢能列为发展重点，其中，2024年《政府工作报告》明确将发展氢能产业作为新质生产力培育的重要领域，提出加快前沿新兴氢能等产业发展；能源法案将电力、热能、氢能并列……
京津冀氢能产业链基本贯通 三地已推广燃料电池车超6000辆
从产业发展布局来看，据统计，全国范围内有超30个省市和地区已经发布氢能产业的行动计划，包括政策措施等；在国资委直管的98家央企中，大概有50家左右的央企已经开展氢能布局。目前，我国已形成京津冀、长三角、珠三角、西南成渝、中部鄂鲁渝、内蒙古七大产业集群。
在本次氢能论坛上，中关村氢能与燃料电池技术创新联盟副秘书长孙浩天分享了“关于氢能产业发展趋势与京津冀实践”的主题演讲。据他介绍，京津冀地区在氢能技术研究、产业布局与应用示范方面全国起步最早，三地发展氢能的目标和决心高度一致，聚焦氢能产业落地和协作发展，分别制定了氢能产业发展规划和若干产业扶持政策，为氢能产业集聚化、商业化、规模化发展创造了良好的条件。
在氢能供应和燃料电池产业领域，京津冀产业链基本贯通，整体技术水平与产业化能力全国领域，涌现出北汽福田、亿华通、中船派瑞、安瑞科等一批领军企业，共同推进重大示范项目建设形成了良好的产业与应用协同基础，区域产业规模突破百亿，产业发展势头良好，在全国氢能产业战略布局中占据重要位置。
京津冀布局进展
其中，北京以创新为引领，重点发展产业链环节的关键装备，打造多领域多场景示范应用；河北以“制”为核心，打造规模化制造基地；天津依托在标准检测方面的优势，布局打造氢能示范服务的先行区；三地更多的是围绕氢能全产业链布局和全场应用对应开展一些重点工作。目前，北京市燃料电池汽车推广数量超3300辆，整个京津冀地区燃料电池汽车推广数量超过6000辆。
在氢技术协同方面，京津冀三地共同实现了电堆、空压机的技术自主创新及产业化应用，推动膜电极、双极板、氢气循环系统的研发产业化，填补了催化剂、质子交换膜的国内自主化应用空白，已实现燃料电池发动机系统、电解水制氢装备、车载氢系统等重点产业不低于80%的区域整体配套率，带动产业链成本有效降低。据预测，京津冀地区产业链系统成本有望在2025年降至1000元每千瓦。
不过，总体看，氢能产业仍处在产业发展初级阶段，产业规模相对较少，尚未进入细分领域全面市场化的阶段，产业协同还存在政策协同不足、应用场景单一、基础设施有待完善等方面问题和挑战。
京津冀氢能产业发展存在的问题和挑战
把脉氢燃料电池技术存在的痛点与难点
根据国际能源署发布2023年全球碳排放报告，交通运输领域在我国碳总排放量中占到10%，而保有量仅12%的商用车，其碳排放量占到交通领域的56%，可见商用车的减碳对国家构建绿色低碳交通体系至关重要。氢燃料电池汽车正是氢能在商用车领域应用的一个重要突破口，也是目前解决中重型商用车中长途运输的最佳解决方案。
然而，在技术上，氢燃料电池商用车仍面临不少挑战，如氢燃料电池寿命、安全、可靠性及运营成本等。本次论坛中，北京工业大学副教授孙博学、博世集团高级经理Ozan Dincel、神力科技总经理戴威、亿氢科技董事长贺萍、上海治臻新能源总经理蓝树槐等行业大咖围绕关键材料、电堆、膜电极、金属极板等方面分享各自专业领域的技术干货与经验智慧，为氢燃料电池汽车及燃料电池系统的技术发展焕新思路。
其中，在关键材料生命周期碳减排实践方面，孙博学建议，我国碳足迹应用要走出一条中国式道路。西方社会碳足迹应用集中在处于“链主”生态位的终端产品，其控碳方式多聚力于构建低碳供应链体系，刀刃向外，建立各种机制倒逼上游实现其自身减碳目标。而我国控碳需求多集中于原材料等上游用能产业，其直接碳排放强度大，控碳方式需聚焦于自身流程优化与生产要求协调配置，刀刃只能向内。
在长途重载燃料电池电堆设计方面，戴威认为，未来49吨燃料电池重卡要在长途重载领域真正能“打”的话，就必须要在高速巡航功率、氢燃料电池电堆功率和氢气价格上去想办法，而最难的是燃料电池发动机效率的提高。要在长途重载领域实现高效率，就要电堆设计思路上发展转变，若发动机效率要做到50%-55%，电堆的电压至少要做到0.725或0.75，并且电堆Bop损耗要做到很低，7%-10%，目前水平大概是15%-20%。此外，燃料电池电堆设计还面临怠速、散热等问题。他认为，解决电堆的很多问题，不要光从电堆本身解决，而是从整车的角度去解决，并呼吁发展氢燃料电池要回归商业的本质，聚焦为客户创造价值，要对燃料电池技术和产业心存敬畏，把更多精力放在打磨产品上。
而膜电极是氢燃料电池的最核心部件，被称为氢燃料电池的心脏。对于膜电极的设计及作用，贺萍介绍，膜电极是氢能产业链的核心，是所有能量转换的场所。她认为，所有系统或电堆的目标制定离不开膜电极，否则，产业链的交流成本会极高，技术发展的成本将是事倍功半；所有电堆或系统的应用验证离不开膜电极，否则，膜电极核“芯”将永远是发展不完美的“众矢之的”，其他体系内技术却得不到有效发展；核“芯”膜电极，涉及面广、深、长，绝不是简单的集成，需要学科交叉融合，需要具有综合能力团队进取、开拓、攻关。
在超大功率燃料电池电堆金属极板的设计制造方面，蓝树槐表示，我国超大功率电堆产品推出速度不断加快，根据国内电堆厂商已发布的最大产品功率来看，现阶段我国燃料电池电堆主流产品最大单堆功率已突破200千瓦，部分产品正向300千瓦功率量级快速发展，超大功率电堆对于核心部件开发提出更多要求与新的挑战。在蓝树槐看来，总功率从150千瓦增加到300千瓦，需要电极功率密度、反应面积和装配节数的全方位提升；超大功率双极板主要设计包括支撑高性能功率密度的流道结构、匹配大反应面积的分配区和面向可制造性的成形设计，以及适应多节数的气液腔口及水热管理。
整体来看，氢燃料电池技术的创新和发展，对于我国能源结构优化和经济的可持续发展具有非常重要意义，机遇与挑战并存。氢燃料电池各核心部件在市场化燃料电池商用车大规模应用过程中面临着“既要”“又要”的挑战，要同时兼顾性能、寿命及可靠性等，似乎听起来很残酷，却是技术需要不断攻关的方向。上下游产业链协同合作与研发，是本次论坛上各位专家提出的共同诉求。
结束语
正如北汽福田副总经理、新能源开发首席总工程师秦志东所言，氢燃料电池商用车在燃料电池寿命、安全及可靠性、运营成本等方面的诸多挑战，不仅考验着技术实力，更考验着企业的创新和商业模式。
本次氢能论坛的举办，是思想的交流更是智慧的碰撞，上下链企业们通过技术创新、产业协同、运营模式和商业模式创新等，将推动氢燃料电池商用车的广泛应用和可持续发展。