全国政协副主席、科技部前部长万钢，近日在《人民日报》撰文称，新能源汽车应及时把产业化重点向燃料电池汽车拓展。

 

       一文掀起千层浪，特别是氢燃料电池是否具备了产业化条件，业界争议很大。

 

       由此，我们不妨来看看，在氢燃料电池领域，中国家底儿有多厚？产业化还需要补足什么？

 

      1、我们有什么？

 

       说到燃料电池，最核心的材料是质子交换膜、催化剂、气体扩散层、以及双极板。质子交换膜、催化剂和扩散层经过一定的工艺加工程膜电极（MEA），而膜电极是燃料电池的心脏。

    燃料电池

 

      A质子交换膜

 

       质子交换膜是膜电极中最核心的部件之一。对于质子交换膜，有三个主要的技术要求：

 

      （1）必须具有较高的质子导电性

 

      （2）必须有足够低的气体渗透率

 

      （3）在运行环境下具有足够的化学和机械稳定性

 

       在国内，上海有机所、大连化学物理所、武汉理工大学、山东东岳集团、新源动力等是质子交换膜主要开发和生产单位。以东岳的DF260隔膜为例，膜厚度为15微米，在开路电位情况下耐久性大于600小时，膜在保证性能的前提下运行寿命超过6000小时，干湿循环次数超过20000次，得到AFCC（Automotive Fuel Cell Cooperation，戴姆勒－奔驰与福特的合资公司）的认可，并给东岳特聘专家、上海交通大学张永明教授颁发了技术达标奖。目前，该膜已经定型量产，二代规划产能20万平方米，至少可满足每年20000辆全功率型FCV的需求。

 

      B催化剂

 

       催化剂以Pt（铂）催化剂为主。中国氢能专家衣宝廉院士在一次采访中曾提到，低Pt催化剂是燃料电池的主要技术方向。当一辆FCV的铂用量低于传统汽车三元催化中铂的用量的时候，就达到了目标。而制备壳型结构的催化剂是降低催化剂用量的一个有效的方法。

 

       在“十三五”重点研发计划项目的支持下，大连化物所、上海交通大学、华南理工大学、北京大学、苏州大学等著名研究机构取得了多方面的进展。

 

       除此之外，清华大学、重庆大学、厦门大学等研究机构也对非Pt催化剂开发展开了研究，并取得了阶段性成绩。虽然中国新型催化剂，其中一部分在性能和稳定性上已经超过商业催化剂，但尚未实现量产制备。

 

      C膜电极

 

       膜电极方面，如武汉理工新能源有限公司早已实现了商业化生产，产能已经达到5000平米，国内开发的第二代膜电极水平和国外商业化膜电极水平差距较小。目前，以开发有序化膜电极、新一代CCM技术为主要研发方向。

 

      D双极板

 

       双极板也是燃料电池的核心部件之一。如果按照功能去命名，可能叫做“双极集电分离板”更加贴切。基于双极板的作用，其特性必须兼具较好的导电、导热性能，极低的气体渗透率，要有足够的尺寸和足够的强度，还要耐腐蚀。双极板承担着电堆大部分的重量和成本，因此，低成本、轻量化、易生产，是对双极板的具体要求。

 

       从材料上看，双极板主要分为石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板。目前，国内以开发金属双极板电堆为主要技术路线。尤其丰田Mirai推出钛基双极板燃料电池电堆之后，更坚定了行业开发金属双极板技术方向的信心。双极板技术的难点在于成型、焊接、涂层三个关键步骤。

 

       上海治臻新能源装备有限公司依托于上海交通大学的技术力量，已经攻克了双极板成型、焊接、涂层三道技术难关，可以实现双极板国产化、批量化生产，设计年产量可达50万副，至少可供1500辆以上FCV使用。

 

       由以上可以看出，虽然中国燃料电池技术与国际领先水平仍有差距，但已经初步具备了产业化的条件。

 

      2、我们缺什么？

 

      A缺市场驱动力

 

       市场需求是产业化的前提，而产业化又是降低成本的基础。燃料电池是关系国家未来能源结构的关键技术。如果只能满足小众的需求，那便是资源的浪费。但是迄今为止，燃料电池并没有找到一个很好的应用场景。纵观全球，燃料电池的盈利空间也极其有限。而在小规模试制阶段会有成本失真的现象。

 

       举个例子，一台百千瓦级的全功率燃料电池电堆，双极板不锈钢用量只有几十公斤，没有市场规模，几乎没有大型钢厂会接这样的订单。只能去市场上抓性能差不多的材料，或委托小钢厂加工。材料性能和一致性很难保证。即使并非高价材料，也可能导致成品率降低，增加双极板成本。

 

       这种情况不只出现在双极板，也出现在燃料电池电堆及系统各个部件之中。由于没有市场规模，大家缺乏国产化的动力。而对于技术课题和工程示范项目，往往对成本不太敏感。即使性能提上去了，价格也降不下来。因此，在没有市场规模的前提下，不论是研发成本、材料成本、制造成本、还是后期的维护服务成本都很难下降。

 

       没有规模化成本就不能降低，成本不降低更没有规模化市场。这一死循环的破解方法是不遗余力地挖掘需求，这仰赖于企业家的能力和精神：发现未来的机会，现在敢于投入。但中国汽车主管部门的思路是，他们引导，企业家跟随。无论有没有万钢的文章，中国坚定推动氢燃料电池产业化，已经是非常明确的了。相较之下，氢燃料电池市场驱动力反而不足。能否政府引导先冷启动，市场驱动力随后跟上并接过大棒？我们乐观其成。

      B缺战略性的资金

 

       《能源技术革命创新行动计划（2016－2030年）》提出了燃料电池的目标：“2020年实现质子交换膜燃料电池（以下称PEMFC）电源系统实现额定输出功率50～100kW、系统比功率≥300Wh／kg、电堆比功率3000W／L以上、使用寿命5000小时。”一个50kW的电堆，完成5000小时的寿命测试，仅氢气费用就要达到上百万甚至数百万之多，因此，发展燃料电池产业，需要大量的资金投入。

 

       这次燃料电池势头和2006年那会儿不同，有许多资本进入，所以可能更有希望。但我有一丝担心，因为资本和资金虽然都是钱，但可能不完全一样。一种资本是风险投资，他要求你快速烧钱，尽快看到成效，然后以一个合理的回报退出。另一种虽然是行业投资，但在他们眼里，燃料电池是一个新的风口，他们在几乎没有太多思考的前提下，便跻身其中，一有风吹草动，可能像惊弓之鸟一样撤出。无论哪种资本，只能“锦上添花”，很难“雪中送炭”。

 

       燃料电池是一条长线投资，换言之，燃料电池的获利属于未来。因此，燃料电池缺乏的是高瞻远瞩的战略投资。更加需要警惕的是，如果资本急功近利可能会产生“拔苗助长”的负面效果，比如把不合格的电堆推向市场，可能引发故障或者事故，除了安全隐患外，甚至会误导社会对燃料电池的认知，反而不利于燃料电池行业的发展。

 

      C缺产业链

资料来源：CST三交产研

 

       现在社会分工更加明细，如果燃料电池只是几个企业，而非一个产业，那势必是低效的。说到产业链，我们很容易想到制氢和储氢。依照Mirai的数据，百公里氢气消耗量约为0.6～0.7公斤。那么氢气的价格就直接关系到用户的使用成本。氢气价格的组成，受到制氢、纯化、储运、加氢站建设与运营、利润等诸多因素影响，甚至包括加氢计量的偏差。

 

       未形成产业链，是除了市场规模外，另一个影响燃料电池成本的重要原因。或者通俗的说：这些材料和元器件都不是专为燃料电池设计的，因此可能存在着需求与性能和成本上的各种不匹配。如FCV一般使用碳纤维材料作为生产IV型瓶（非金属内胆全缠绕气瓶）的主要材料，这种材料的成本短期内成本可能很难降低。

 

      D缺技术方向

 

       船是谁造的？船是大海造的。因为不符合“大海的设计规范”的船，都已经沉没了。燃料电池该往哪走，市场是最好的指挥棒。

 

       丰田公司开发的Mirai，为燃料电池行业提振了士气。但诸如钛基双极板，3D流道技术等，不应顺理成章地就成为燃料电池产业化的技术方向。比如双极板，钛基双极板耐腐蚀，轻量化，但是机械加工难度大，成本高。不锈钢不但材料成本低，也更易于加工，除冷压成型外，还可以采用热成型等其他工艺，因此也不失为一个好的选择。

丰田Mirai燃料电池车

 

       缺乏技术方向还导致了另一个现象：观望。由于存在着技术不确定性的风险，很多企业不敢“盲目”的投入。一方面行业热火朝天，另一方面产业化推进速度很慢。

 

       在市场需求不明确时，要根据企业的定位，目标客户，探索性的定制方向，而非千人一面。正如投资界说的：不能把鸡蛋放在同一个篮子里。在技术方向不确定时，百花齐放可能是更好的局面。

 

      3、怎么做？

 

      A找应用场景

 

       如果燃料电池不能找到合理的应用场景，可能会成本失真，缺乏方向。前文提到那些国内顶尖的燃料电池研发机构，未必是产业化的最合适场所。他们有能力提升材料和电堆的各项指标，完善着各种理论，甚至开发原型机和工程样机……但这都不是达成产业化的充分条件。

福田氢燃料电池公交

 

       燃料电池的场景，比如重载货车利用“液氢＋燃料电池”的组合，或者特种燃料电池车辆（如叉车）。这些是企业家基于商业嗅觉所开发的应用，而非科学家的判断。燃料电池产业化的前提是，找到不得不使用燃料电池的应用场景。光阐述燃料电池的优势并没有什么帮助。

 

       举个例子，在“有电有网”的场景，储能电池固然有调峰的功能，但并非是必须的。再加上峰谷电价差额较小，在成本上看加储能电池略显“鸡肋”。但如果“无电无网”的新能源发电场景下，储能电池就是必不可少的模块。同样，燃料电池的优势是“多网融合”，和其他电池不同，它不依赖外部电网，而是一种全新的发电模式。相比低功率密度的太阳能发电，燃料电池系统可能是一种更加适合的分布式电源（比如变成充电站）。它既不需要变压器增容，也不需要动辄几百平米的铺设空间，而且调度很快。

 

       这就是我臆断的一个应用场景。应用场景合适，才有可能创造市场。有了市场，才会营造规模，而在规模之下，原来固有的问题，可能不再是问题。比如大家都担心燃料电池对贵金属催化剂的依赖，但当它初具规模，形成Pt回收的产业链条，这个担心将不复存在。

 

      B相信自己的专家

 

       如果有在丰田、本田、现代这样的FCV先进企业工作过的人，愿意在国内工作，恰好他们在国外还接触过燃料电池，国内企业很多企业都会趋之若鹜。且不说这些“洋专家”是否货真价实，即使他们真的了解核心技术，也未必能将中国的燃料电池技术推向新的高峰。

 

       技术应用，也要因地制宜。需要技术专家，更需要技术团队，研发机制，资金支持，绩效管理等一系列影响因素。一个企业，很难因为某个专家而改变基因。也许这些洋专家自己也很清楚，他的价值，多来自于不对称的信息。为保证自己的收益，也很少有人愿意把自己掌握的东西全盘托出。

 

       我们有自己的专家，在燃料电池研发的道路上，走了十余年或者几十年，更重要是，他们更了解国情，提出的建议更具有可行性。

 

       某次会议上，一位德国专家在回答中国企业的征询是说了一句：FürIhre China－Problem， sollten Sie Ihre eigenen chinesischen Experten informieren（中国的问题，要请教中国自己的专家）。这句话我非常赞同。

 

      C灵活的战略

 

       日本在氢能方面可说是世界的典范，“建立氢能社会”更是日本的国家战略之一。日本为什么这么做？日本资源匮乏，核电＋氢能的技术路线，可能帮助日本摆脱进口能源的依赖。大家经常说“地缘经济”“地缘政治”，我想“地缘能源”也同时成立。

 

       首先，战略制定要因地制宜。中国每年大量的可再生能源无法上网，出现了大量的弃风弃光现象。是否一定可以用这些电能电解水制氢？姑且认为商业模型成立，但根据质量守恒，每生产1公斤氢气，所需要的水为9公斤（实际更多）。因此不见得有弃风弃光的地方都适合电解水制氢，还需要考虑当地是不是有充足方便的水源。

 

       其次，要发展的看问题。发展清洁能源战略必会有一个趋势：未来可再生能源的上网率将大量提升，这就意味着弃风弃光现象将减少。可再生能源发电制氢作为一个长期投资项目，必须考虑这个因素在未来对经济模型的影响。

 

       第三，战略要可执行，不能为氢能而氢能。即使是日本，今年也提出了“氢电并重”的战略方向。

       日本计划2020年氢燃料电池车市场份额达1％，2030年达到3％，远远少于电动汽车和插电式混合动力。

 

      D建立产业链

 

       制造行业不比互联网企业，由于其重资产的特点，很难短期内出现可能掌控全产业链的寡头。建立产业链，既需要决心，更需要实力。德国有一家企业叫ElringKlinger，他是车企的供应商。最近很快推出了自己的电堆，我觉得这得益于他在金属成型方面的积累。拉行业外有实力的企业入伙，是快速加快产业链建设的有效途径。

 

       比如燃料电池系统中的核心部件空压机，我第一个想到的就是那个掌握空气压缩机核心技术的格力。科学不等于技术，技术也不等于产品，每一步都有一道鸿沟。如果格力进入，要比几个工程师拿笔钱创业靠谱一些。多挖掘这样的企业进入，可能大大加速燃料电池产业链的进程。

 

      4、总结

 

       什么是产业化？我的理解是有规模化的市场，标准化的产品，专业化的分工，以及合理的商业模式四个条件。如果用这四个标准来衡量，燃料电池目前所处的产业状态比较初级，但是具备了初步产业化的条件。

 

       有好的土壤，才能孕育出好的技术。不过，目前中国汽车主管部门的思路，如万钢文章指出的，将远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等纯电动汽车不能覆盖的市场需求，确定为氢燃料电池的应用场景。这一官方指引，和民间企业的判断，大体一致。另外，根据中国的节能与新能源汽车技术路线图，2020年将有5000辆氢燃料电池市场，2025年将有5万辆的市场。这些因素，有望带动氢燃料电池产业化的开始。

节能与新能源汽车技术路线图目标节能与新能源汽车技术路线图目标

 

       最后，我想以一个正能量的消息作为结尾：

 

       美国媒体VerticalNews报道，2025年，全球燃料电池市场预计达到248．1亿美元的市场规模，CAGR（CompoundAnnual Growth Rate，复合年均增长率）预期可以达到20.9％。