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衣寶廉院士是我國燃料電池研究、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的主要奠基人之一，他不僅奠定了中國質(zhì)子交換膜燃料電池車用動(dòng)力系統(tǒng)走向應(yīng)用的基石，也一直在努力推動(dòng)國內(nèi)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。8月22日，《中國汽車報(bào)》社總編輯桂俊松與衣寶廉院士圍繞我國氫能應(yīng)用與氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)、痛點(diǎn)，進(jìn)行了一場深度交流。
訪談嘉賓：中國工程院院士、全國燃料電池與液流電池標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)顧問、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員 衣寶廉
訪談主持：《中國汽車報(bào)》社總編輯 桂俊松
氫能是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，發(fā)展氫燃料電池汽車是氫能應(yīng)用的重要突破口
桂俊松：您認(rèn)為氫燃料電池汽車及氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的價(jià)值到底何在？
衣寶廉：2020年9月22日，習(xí)近平主席在第75屆聯(lián)合國大會(huì)上宣布，中國將采取更加有力的政策和措施，力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這體現(xiàn)了中國政府對于降低碳排放的高度重視。
目前我國能源以含碳能源為主，如果要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，就需要發(fā)展可再生能源，逐漸減少對高碳能源的依賴。但可再生能源存在季節(jié)性、波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，因此要發(fā)展可再生能源，就必須大力發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)，配合可再生能源，逐漸使其成長為主力能源。氫能可以實(shí)現(xiàn)從交通到多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，它既可以發(fā)電，也是儲(chǔ)能的一種重要形式，還可以通過燃料電池為汽車等提供能源。因此，氫能既是實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模利用中關(guān)鍵的二次能源，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的抓手和載體。目前全球都高度重視氫能利用，也都在努力進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，氫能利用已經(jīng)成為一個(gè)新的“風(fēng)口”。
全球企業(yè)在開發(fā)氫能方面正在展開競爭，如BP（英國石油公司）收購了澳大利亞的氫能企業(yè)，國內(nèi)很多央企都參與了氫能開發(fā)，如中石化計(jì)劃在2025年前建設(shè)1000座加氫站，其在新疆庫車建設(shè)的年產(chǎn)2萬噸綠氫的工廠也將于今年底前投產(chǎn)，制氫成本可以達(dá)到每公斤18元，與天然氣制氫成本接近。
桂俊松：從全球范圍看，發(fā)展氫能的難點(diǎn)在哪里？
衣寶廉：世界各國在發(fā)展氫能過程中遇到的一個(gè)共同難題是氫的儲(chǔ)存與運(yùn)輸。日本率先提出了氨氫體系，即把氨運(yùn)輸?shù)侥康牡睾?，再分解出氫，使運(yùn)輸更安全。目前，我國也在發(fā)展氨氫無碳能源體系。在這方面，我國的合成氨及重化工體系都比較強(qiáng)，這一路徑容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，我國科研人員也在探索用電化學(xué)方法生產(chǎn)合成氨，取代高壓高溫合成氨的方式，并已經(jīng)率先取得了技術(shù)突破。電化學(xué)方法是在低溫低壓下，用氫和空氣中的氮來合成氨，在很大程度上解決了氫的儲(chǔ)運(yùn)問題。
桂俊松：如何看待發(fā)展氫能與開發(fā)燃料電池汽車之間的關(guān)系？
衣寶廉：燃料電池的廣泛應(yīng)用是汽車。我國大力發(fā)展的燃料電池汽車是氫能應(yīng)用的一個(gè)突破口，其突出優(yōu)點(diǎn)是比能量較高，可以輸出0.5~1kWh/kg，是鋰離子電池儲(chǔ)能的數(shù)倍。所以，燃料電池車特別適合于重載車和長途運(yùn)輸汽車。而且，我國氫燃料電池汽車已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在-30℃到-40℃狀態(tài)下的低溫啟動(dòng)，不需要額外的功耗。
除了汽車，燃料電池還可以用于船舶、航空運(yùn)輸，甚至可以發(fā)展燃料電池電站來解決電網(wǎng)供電問題。中科院大連化物所與國網(wǎng)安徽六安供電公司合作，已經(jīng)建成了兆瓦級(jí)質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫系統(tǒng)工廠和兆瓦級(jí)的燃料電池?zé)犭娐?lián)供廠，其工作原理是先用電解水制氫，再用燃料電池發(fā)電，在用電高峰時(shí)再回饋電網(wǎng)，成為國內(nèi)首個(gè)成功示范的項(xiàng)目。
我國發(fā)展氫燃料電池汽車，優(yōu)勢短板都很突出，最大短板在基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵材料上
桂俊松：中國發(fā)展燃料電池汽車的既有優(yōu)勢在哪里？
衣寶廉：在燃料電池汽車技術(shù)方面，我國的優(yōu)勢和短板都很突出。優(yōu)勢主要體現(xiàn)在電池系統(tǒng)等方面，如北京億華通公司解決了石墨板的低溫啟動(dòng)問題，原來只能在-5℃下啟動(dòng)，現(xiàn)在可以做到在-40℃下啟動(dòng)。同時(shí)，其在廢熱利用方面也已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。因此，豐田才與億華通在中國合資建設(shè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，用豐田的電堆搭配億華通的系統(tǒng)。
此外，電電混合燃料電池汽車也是我國率先發(fā)展起來的。“十五”時(shí)期，國外就開始發(fā)展純?nèi)剂想姵仄?，但彼時(shí)燃料電池的響應(yīng)速度非常慢，原因在于氣的流動(dòng)是秒級(jí)的，而電是毫秒級(jí)的，這導(dǎo)致加速時(shí)踩下踏板后不能馬上加電，要先把氣供應(yīng)上來后才能加電。所以，863專家組成員萬鋼、歐陽明高等當(dāng)時(shí)就提出了電電混合的工作方式，即把燃料電池與鋰電池混合，在這個(gè)模式下可以達(dá)到與燃油車同樣的使用體驗(yàn)。
桂俊松：您認(rèn)為短板又主要體現(xiàn)在哪些方面？
衣寶廉：目前，盡管國內(nèi)已經(jīng)有一些方面做到了世界前列，但整體與國外相比還有一定差距，還存在一些“卡脖子”技術(shù)，包括質(zhì)子交換膜、樹脂，以及氫氣瓶所用的超強(qiáng)纖維等。這主要是由于國內(nèi)是從電堆和發(fā)動(dòng)機(jī)開始發(fā)展燃料電池和氫能的，不是從關(guān)鍵材料一步步發(fā)展起來的，最底層的關(guān)鍵材料是個(gè)制約因素，所以現(xiàn)在反過來要發(fā)展基礎(chǔ)研究，使基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)化。
比如催化劑就是我們的一大短板。現(xiàn)在國內(nèi)很多機(jī)構(gòu)和企業(yè)都宣稱自己已經(jīng)做到了“世界一流”，但實(shí)際如何還要看其能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。不僅要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的壽命測試，最重要的是要通過裝車運(yùn)行來驗(yàn)證，沒有這樣的測試驗(yàn)證，企業(yè)就不會(huì)選用配套。在技術(shù)開發(fā)上，如果用較為廉價(jià)的副產(chǎn)氫來做燃料電池的原料，成本就會(huì)比燃油車低，所以要大力發(fā)展抗毒氫氧化電催化劑。
從應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工業(yè)化的角度來看，目前國內(nèi)已經(jīng)能做三型瓶和四型瓶了，但瓶內(nèi)膽的塑料材料和碳纖維還要依靠進(jìn)口。所以，一定要加強(qiáng)材料這部分的基礎(chǔ)研究。目前碳纖維的研究已經(jīng)有了突破，但是內(nèi)膽塑料方面還待加速突破。我認(rèn)為，有關(guān)方面要組織跨行業(yè)合作，開展相應(yīng)的燃料電池相關(guān)底層材料和關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)研究，也期待科技部、國家基金委等部門能夠加大這方面的資金投入。比如，我認(rèn)為，在高溫膜和抗毒催化劑研發(fā)方面，國家就應(yīng)該給予大力支持。
還有，現(xiàn)在燃料電池的工作溫度是60℃~90℃，但從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度看，需要研究高溫膜，實(shí)現(xiàn)燃料電池在200℃環(huán)境下工作，這樣不但有利于排熱，還能實(shí)現(xiàn)大部分儲(chǔ)氫材料的放氫，進(jìn)而燃料電池也可以去掉高壓氫氣瓶，保證其工作壓力在10~20個(gè)大氣壓之間，這樣，可以讓車輛安全進(jìn)車庫。而現(xiàn)在氣瓶氣壓高達(dá)700個(gè)，是不宜進(jìn)車庫的。
另外，現(xiàn)在仍有個(gè)別企業(yè)過于看重政府補(bǔ)貼，這需要警惕。希望燃料電池汽車企業(yè)要有市場觀念，要以先進(jìn)的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品去賺市場的錢，而不是想方設(shè)法去謀取地方政府的補(bǔ)貼。市場會(huì)優(yōu)勝劣汰，總有一天，燃料電池企業(yè)會(huì)像前幾年的鋰電池企業(yè)一樣，將來至少淘汰掉30%至50%，當(dāng)然，最好的結(jié)局是實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的兼并重組。
主張示范推廣與技術(shù)研發(fā)并重；示范地區(qū)要有分工，因地制宜；建議國家強(qiáng)化指標(biāo)監(jiān)測
桂俊松：不知您注意到?jīng)]有，國家氫能戰(zhàn)略發(fā)布之后，地方政府在推進(jìn)示范應(yīng)用方面都非常積極，可以說是開展得如火如荼。
衣寶廉：是的。在全球范圍內(nèi)，現(xiàn)在燃料電池汽車的示范重點(diǎn)在中國。目前燃料電池汽車的售價(jià)是燃油車的2倍左右、鋰離子電池車的1.5倍到2倍，燃料電池汽車價(jià)格整體還比較高，需要示范推廣。
今年的北京冬奧會(huì)有1000多輛燃料電池汽車參與運(yùn)營，是世界規(guī)模最大的一次示范運(yùn)行。除此以外，目前國內(nèi)已經(jīng)有5個(gè)氫示范城市群，還有一些其他城市群也都出臺(tái)了相關(guān)規(guī)劃。比如遼寧省就提出要以大連為核心，著力構(gòu)建“一廊一灣三園七區(qū)”的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。所以我相信，中國的燃料電池汽車會(huì)很快實(shí)現(xiàn)從1萬輛躍升到10萬輛的規(guī)模。由此，也吸引了豐田、現(xiàn)代汽車等國際氫燃料電池汽車頭部企業(yè)積極到中國來合資或獨(dú)資建廠，博世等和燃料電池車有關(guān)的零部件企業(yè)也踴躍到中國來尋求發(fā)展。這些跨國企業(yè)來華投資，客觀上有利于中國突破“卡脖子”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)關(guān)鍵材料和零部件的量產(chǎn)。
桂俊松：這是否有對規(guī)模過于熱衷的傾向呢？
衣寶廉：是有這樣的傾向。我認(rèn)為不應(yīng)該過于追求規(guī)模的擴(kuò)大。從地方政府的角度看，過大的規(guī)模也會(huì)帶來財(cái)政補(bǔ)貼的巨大負(fù)擔(dān)。而企業(yè)過于追求量的增加，就會(huì)對補(bǔ)貼過于看重，對技術(shù)創(chuàng)新重視不夠。
桂俊松：從可持續(xù)發(fā)展的角度看，您對當(dāng)前的燃料電池汽車示范推廣有何建議？
衣寶廉：我的主張是“抓兩頭、帶中間”。所謂“抓兩頭”，就是要一邊抓基礎(chǔ)研究、創(chuàng)新研究，一邊促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。抓好基礎(chǔ)研究是解決從被“卡脖子”到成為世界領(lǐng)先的關(guān)鍵。只有不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步，提升技術(shù)水平，燃料電池汽車才可以做到與鋰電池車旗鼓相當(dāng)、并駕齊驅(qū)，屆時(shí)，燃料電池汽車就有望達(dá)到百萬輛甚至更大的量，規(guī)模自然也就上來了。
桂俊松：您所強(qiáng)調(diào)的“技術(shù)研究和示范并列，兩方面都要重視”的觀點(diǎn)直擊要害。您對示范推廣還有哪些具體建議？
衣寶廉：在示范推廣方面要有指標(biāo)要求，比如示范城市群要有多少輛車、要建多少個(gè)加氫站，這是硬指標(biāo)。再比如，要突破國外已掌握的核心技術(shù)，如復(fù)合膜的拉伸網(wǎng)，要有自己的樹脂和制備工藝，只依賴進(jìn)口樹脂肯定不行。因此，我建議在示范方面，要根據(jù)各省市區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行分工，因地制宜，高效配合，從最底層的原材料到最終的產(chǎn)品都要進(jìn)行開發(fā)。例如，在雙極板技術(shù)上，國內(nèi)現(xiàn)在主要有金屬板、引進(jìn)的巴拉德石墨板，還發(fā)展了復(fù)合板。而韓國在金屬板原材料方面，則自主研制了特種鋼，搭載于現(xiàn)代的燃料電池車上，并已經(jīng)向國際市場銷售。我們也有很多鋼廠，應(yīng)該可以做出有中國特色的特種鋼。如此一來，國內(nèi)金屬板電堆就不再需要表面改性材料了，也不需要花高價(jià)去國外購買那么多表面改性設(shè)備。因此，必須堅(jiān)持自主創(chuàng)新，加快發(fā)展。
另外，我主張現(xiàn)在的燃料電池車應(yīng)該全部納入國家燃料電池汽車監(jiān)測系統(tǒng)中，只有這樣才能檢驗(yàn)出燃料電池車的真實(shí)水平。同時(shí)，國內(nèi)建造的電解水廠等也都要納入國家監(jiān)控系統(tǒng)，包括大連化物所與六安合建的兆瓦級(jí)的質(zhì)子交換膜電解水工廠和兆瓦級(jí)的燃料電池發(fā)電站。納入國家監(jiān)測系統(tǒng)后，數(shù)據(jù)才可靠。
中國“先商后乘”路徑得到國際認(rèn)可；汽車企業(yè)應(yīng)主攻電堆開發(fā)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作；應(yīng)強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)
桂俊松：您對燃料電池汽車市場化的前景怎么看？
衣寶廉：按照我國《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021~2035年）》，預(yù)計(jì)到2025年前后，可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料及零部件的批量生產(chǎn)，屆時(shí)燃料電池車的電堆價(jià)格將會(huì)降到1000元/kW左右，燃料電池汽車的售價(jià)可接近鋰離子電池汽車。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)電堆的理想價(jià)格，應(yīng)該是500元~600元/kW，這點(diǎn)可以靠自主創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)。屆時(shí)，一輛燃料電池乘用車與鋰離子電池車的售價(jià)將會(huì)相差無幾，兩者就可以實(shí)現(xiàn)并駕齊驅(qū)，發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同促進(jìn)交通行業(yè)的脫碳。
桂俊松：目前國內(nèi)汽車行業(yè)，從商用車企業(yè)到乘用車企業(yè)都在積極開發(fā)氫燃料電池汽車，在這方面汽車企業(yè)怎么才能做得更好？
衣寶廉：汽車企業(yè)要把燃料電池車做好，首先是要把電堆做好，真正把電堆壽命做到2萬小時(shí)，讓重載車能夠跑到100萬公里，而不是20萬公里。也就是說，企業(yè)應(yīng)該把自己的本職工作做好；其次，汽車企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研方面的合作，可以聯(lián)手高校和科研院所開展橫向聯(lián)合創(chuàng)新，以解決與基礎(chǔ)研究相關(guān)的技術(shù)難題和前瞻性問題；此外，汽車企業(yè)研發(fā)燃料電池車，必須堅(jiān)持市場化路線，研究如何與燃油車競爭，如何把成本降下來，如何把加氫費(fèi)用等運(yùn)行費(fèi)用降下來。
桂俊松：您怎么看待中國在發(fā)展氫燃料電池汽車過程中逐漸探索出的“先商后乘”的發(fā)展路徑？
衣寶廉：以往國外發(fā)展燃料電池汽車都是以乘用車為主，但是乘用車對加氫站的依賴度很高，需要加氫站達(dá)到一定密度才行。即使是美國、日本等國，也都存在加氫站不足的問題。而中國是以商用車為主來發(fā)展燃料電池汽車的，乘用車目前只是在小范圍內(nèi)示范。選擇這種路徑的原因是，商用車一般有相對固定的行駛路線，對加氫站的依賴度也沒那么高，比如在大客車的行駛路線上一般只需一兩個(gè)加氫站就可以了，所以“先商后乘”的發(fā)展路徑更適合燃料電池汽車的推廣。
目前我國燃料電池商用車已經(jīng)有了自己的特色，在全球處于領(lǐng)先地位。中國“先商后乘”的發(fā)展路徑開始得到國際上的認(rèn)可，這一路線也已經(jīng)影響到國外企業(yè)，比如豐田開始研發(fā)燃料電池商用車。
在燃料電池乘用車方面，我們要追上日本和韓國還需要一段時(shí)間，因?yàn)樗鼈冮_發(fā)燃料電池汽車已經(jīng)有幾十年的歷史了。國內(nèi)乘用車企業(yè)也要向豐田、現(xiàn)代等先進(jìn)企業(yè)學(xué)習(xí)，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)。同時(shí)做好燃料電池商用車，這有利于我們發(fā)展燃料電池乘用車。
桂俊松：您前面提到產(chǎn)學(xué)研合作，我覺得您所在的中科院大連化物所在燃料電池等技術(shù)研發(fā)方面一直是國內(nèi)領(lǐng)軍者，那么，針對我們現(xiàn)有的燃料電池相關(guān)技術(shù)的瓶頸短板，大連化物所在技術(shù)研發(fā)上如何繼續(xù)加強(qiáng)？
衣寶廉：大連化物所在這方面的研究主要有三個(gè)方面：一是推廣應(yīng)用已有的燃料電池和制氫技術(shù)，支持國家的示范和產(chǎn)業(yè)化。目前大連化物所已經(jīng)組建了3家相關(guān)公司，即新源動(dòng)力、六安的明天氫能公司和國創(chuàng)氫能公司；二是大連市和我們不斷進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，提高技術(shù)水平。改進(jìn)電堆制備工藝、催化劑、質(zhì)子膜及其流程，提高電堆比功率，同時(shí)還在進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究；三是著眼長遠(yuǎn)，研發(fā)高溫膜和抗毒氫氧化電催化劑。
在研發(fā)工作上，首先是通過不斷改進(jìn)技術(shù)來提高電堆的比功率。“十五”期間，國內(nèi)燃料電池的工作電流密度為500毫安，到“十二五”期間，通過我們的研究將其提高到了800毫安至1安培，幾乎翻了一番。電堆輸出也從10kW提升到18kW。再到現(xiàn)在的“十四五”，電流密度已經(jīng)提高到1~1.5安培，與“十五”時(shí)期相比提高了3倍，也因此讓電堆的成本出現(xiàn)了明顯下降。我們希望未來能夠?qū)㈦娏髅芏忍岣叩?安培，結(jié)合部分關(guān)鍵材料的批量生產(chǎn)，可將電堆成本降到1000元以下。其次是加強(qiáng)基礎(chǔ)應(yīng)用研究，主要目的是提高電堆的比功率。
桂俊松：您認(rèn)為我國在氫燃料汽車標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面還需要注意哪些問題？
衣寶廉：在燃料電池的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，我認(rèn)為現(xiàn)在國家標(biāo)準(zhǔn)跟不上市場發(fā)展的需求。不管是國家還是地方，都要針對現(xiàn)在市場上需要解決的問題盡快出臺(tái)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣，才能有力促進(jìn)我國氫能應(yīng)用和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
原標(biāo)題： 衣寶廉院士直面氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)難點(diǎn)
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