中国氢能源产业发展及新材料应用的机会

引言：2022年3月23日，国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》，提出到2025年，形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境，产业创新能力显著提高，基本掌握核心技术和制造工艺，初步建立较为完整的供应链和产业体系。规划当中明确了氢的能源属性，确认氢是未来国家能源体系的重要组成部分，要充分发挥氢能清洁低碳特点，推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。

中国氢燃料电池汽车发展历程：规划提出，2025年，我国氢能产业基本掌握核心技术和制造工艺，燃料电池车辆保有量达到5万辆左右，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量要达到10万~20万吨/年，实现二氧化碳减排100万~200万吨/年。到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系，清洁能源制氢及供应体系，有力支撑碳达峰目标的实现。到2035年，实现百万辆的氢能燃料电池汽车上路行驶，形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。到2050年与纯电技术共同实现汽车的零排放。我国氢能燃料电池汽车发展历程将经过三个阶段：第一阶段：在2020年初步实现氢能燃料电池汽车的商业化应用，商业化规模达到1万辆，投入运营的加氢站100座，在北京、上海、郑州、武汉、成都、张家口、佛山等全国多个大中小不同的城市，以公共交通、仓储物流为主要的业务，开展商业化示范运行，累计运行要达到1亿公里。第二阶段：到2025年，加快实现氢能及燃料电池汽车的推广应用，以公共服务用车的批量应用为主，基于现有的储存、运输和加注的技术，在150公里的辐射范围内，因地制宜地推广氢能燃料电池技术，通过优化燃料电池系统的结构，加速关键零部件的产业化，大幅度降低燃料电池系统的成本，车辆的保有量要达到5万~10万辆。第三阶段：2030年到2035年，要实现氢能及燃料电池技术的大规模推广应用，大规模的氢的制取、储存、运输、应用达到一体化，加氢站的现场储氢、制氢规模的标准化和推广应用也到一定的程度，要完全掌握燃料电池核心关键技术，建立完备的燃料电池的材料、部件及系统的制备能力。

他山之石：2030年韩国或实现氢、电乘用车价格相当：在此过程中，氢能燃料电池汽车技术的发展对规划落地将起到关键作用。此前，韩国、美国、日本是全球氢燃料电池汽车推广应用的核心国家，与其燃料电池汽车技术能力水平高度相关。以韩国现代为例，1998年现代汽车集团成立了氢燃料电池研发小组，于2007年成功独家开发燃料电池系统，并于2013年装车“途胜ix FCV”销往全球18个国家。2018年，现代汽车发布第二代氢燃料电池车NEXO，具备当前氢燃料电池车最高续航里程，可达800公里（NEDC工况）；现代汽车集团全球首个大型氢燃料电池系统工厂预计2022年12月于广州投入使用。从性能来看，目前正处于研发阶段的韩国现代第三代氢燃料电池系统将取代NEXO现有的氢燃料电池系统，拥有100kW和200kW两种功率规格版本，计划于2023年推向市场。相比当前的氢燃料电池系统，新一代100kW氢燃料电池系统尺寸减小30%，使其更容易适用于不同的车型和应用领域。200kW规格版本与NEXO的氢燃料电池系统尺寸相近，但输出功率提升至2倍。2018年，NEXO搭载的第二代氢燃料电池系统实现了与内燃机车型相当的5000小时和16万公里质保。而第三代氢燃料电池针对乘用车领域的开发目标是质保达到50万公里，同时价格相比第二代氢燃料电池系统降低了50%以上。这是实现2030年氢燃料电池车（FCEV）在价格竞争力上媲美纯电动汽车（BEV）目标的关键因素。目前，现代汽车集团已经发布了“氢能愿景2040”，致力于在2040年前实现氢能普及至“每个人、每件事、每一处”的目标，中国将是其战略落地的重要组成部分。2028年，现代汽车将率先成为全球首个旗下所有商用车型均搭载氢燃料电池系统的汽车制造商。

中国氢燃料电池汽车全球市场占比仅17%：中国氢燃料电池汽车的市场快速起步，商业化进程基本上符合预期，“我们也走出了中国特色的发展路径”。自2016年路线图1.0发布以来，到2021年，国内累计生产燃料电池汽车超过1万辆，已经超过了路线图1.0当时预设的5000辆的目标。同时，中国达到了路线图2.0修订后的8000~10000辆的目标，累计销售量从2017年的1000辆增加到了2021年的8600辆，5年间增长了8倍，与韩国、美国、日本成为了全球氢燃料电池汽车推广应用的核心国家。王贺武认为：“我们达到了上限，商业化进程基本上是符合预期的。我国氢燃料电池汽车的数量大概占到全球总量5万辆的17%，市场发展与路线图的研判路径基本上是吻合的。”

国内燃料电池发展还有一个突出特点，即近五年主要是商用车（客车和卡车）。统计数据显示，到2021年年底，国内推广的客车和货车分别达到4100辆和4400辆，但乘用车较少，可能不足100辆。氢能源的特点：

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的含能体能源，它具有以下特点：

1、重量最轻：标准状态下，密度为 0.0899g/L，-252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。

2、导热性最好：比大多数气体的导热系数高出10倍。

3、储量丰富：据估计它构成了宇宙质量的75%，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。

4、回收利用：利用氢能源的汽车排出的废物只是水，所以可以再次分解氢，再次回收利用。

5、理想的发热值：除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142351 kJ/kg，是汽油发热值的3倍。

6、燃烧性能好：点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。

7、环保：与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氨气经过适当处理也不会污染环境，氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。

8、利用形式多：既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。

9、多种形态：以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

10、耗损少：可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。

11、利用率高：氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。

12、运输方便：氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。

氢能作为一种清洁高效的新能源，由于其灵活高效、清洁低碳、应用广泛，正在成为全球争相发展的未来能源新星。多个国家制定氢能发展规划，基础设施建设加快，交通领域率先开展示范应用。随着技术突破和规模化应用，氢能全产业链将迎来发展爆发期，日本技术优势明显，中国加速追赶。

从产业细分领域看：涵盖氢气制备、储存、运输、加注、燃料电池到终端应用的庞大产业链，其中上游大规模、高效、低成本制备储运氢是关键，中游燃料电池是整个产业链的核心技术和制高点，下游应用涉及氢燃料电池车、氢动力船舶、氢能发电、氢能冶金、建筑供热等多个领域。

从产业格局看：形成环渤海、长三角和珠三角三大集群并快速向外扩张，中部地区、川渝地区也初步形成新的产业集群。从园区发展上，主要有政策驱动型、技术驱动型和资源驱动型三种发展模式。

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