杨浩翰/图
 

随着全球能源需求的不断增长以及环境保护的迫切需求，寻找一种清洁、高效的替代能源已成为当务之急。在众多备选能源中，氢能以其独特的优势脱颖而出，被视为未来能源转型的关键。它不仅具有高能量密度、零污染、零碳排放的特性，而且在与可再生能源、电网的灵活适配耦合及下游多元化利用形式方面展现出巨大潜力。近些年，从国家到地方关于氢能的产业规划也正在逐渐明晰，这种新能源的研发和利用正在为我们的未来生活带来更多的可能性。
 

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氢之貌
 

氢，在元素周期表中排在第一位，是一种无色透明、无臭无味、难溶于水且极易燃烧的气体。氢在自然界储存十分丰富，主要以气态、液态化合物以及固态的金属氢化物的形式存在，如氢气、水、矿物燃料和各类碳水化合物。
 

加拿大工程院院士、深圳市氢能与燃料电池协会荣誉会长、南科大讲席教授王海江表示，氢气是能源领域难得的理想燃料，它具有极高的（质量）能量密度，可以从多种渠道大规模制取，无论是通过燃料电池的电化学反应还是通过内燃机的燃烧反应，氢气都可以高效转化为我们所需要的能量，同时产生纯净水而没有任何其他污染，是一种清洁的二次能源。
 

国际氢能源委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》称，2050年，全球氢能源需求将增至目前的10倍，产业链产值将超过2.5万亿美元。
 

氢能源根据生产来源，可划分“灰氢”“蓝氢”“绿氢”三类。灰氢是只从化石燃料比如石油、天然气、煤等制取的氢，制取过程中碳排放强度相对较大。蓝氢是用化石燃料制取的，同时配合碳捕捉和碳封存技术，碳排放强度相对较低。绿氢是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源，通过电解的方式制取的氢，制氢过程基本上没有碳排放。
 

在实现双碳目标的背景下，绿氢无疑将成为未来氢气的主要来源，以可再生能源电解水制氢逐步取代灰氢等传统制备方式，为应对气候变化和促进可持续发展作出重要贡献。
 

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氢之用
 

氢作为内燃机的燃料已有相当长的历史。早在1807年，人类历史上第一款氢气内燃机在欧洲诞生，但由于制造和使用氢气的技术远比蒸汽和汽油复杂，氢气内燃机被蒸汽机、汽油机抢了先机。
 

1960年液氢首次用作航天动力燃料，1970年美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料，氢已是航天领域的常用燃料。
 

进入21世纪，随着气候变化、能源安全、地缘政治形势日趋严峻，氢能相关利用技术快速发展，其中以燃料电池为核心的氢燃料电池汽车开始走向市场。
 

2015年，以丰田公司Mirai为代表的氢燃料电池汽车开始产业化生产，美国的普拉格能源公司成功将燃料电池叉车进行商业化落地，燃料电池逐渐从实验室走向市场。
 

不同于氢气在空气中燃烧发出大量光和热。氢燃料电池内部发生的电化学反应没有燃烧过程，氢气在阳极与电解质反应，产生电子，电子通过外部电路产生电流，氧气在阴极生成水，产生少量热，发电效率可达到60%以上。
 

氢燃料电池具有体积小、续航能力强、无污染、零排放、噪音低等优点，并在高海拔、高温、高寒多复杂环境下有更加稳定的优势，在零下30摄氏度的环境下能够无辅热快速启动。
 

氢燃料电池汽车作为一种高效、环保的交通工具，正受到越来越多的关注。日本、韩国、美国和中国都在氢燃料电池领域积极进行布局和研发。
 

在2008年，北京奥运会投入运行了3辆氢燃料电池汽车，并建成了我国首座车用加氢站，开启了氢燃料电池汽车“从0到1”的示范。截至2023年底，中国的氢燃料电池车保有量已超过1.2万辆，氢能产业从探索示范阶段向产业规模化阶段稳步迈进。
 

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氢之策
 

据中国氢能联盟预计，到2025年，我国氢能产业产值将达到1万亿元；到2050年，氢气需求量将接近6000万吨，实现二氧化碳减排约7亿吨，氢能在我国终端能源体系中占比超过10%，产业链年产值达到12万亿元。
 

各国积极布局推动氢能产业发展，我国也将氢能纳入国家能源战略体系。2019年，氢能首次写入政府工作报告，明确指出要推动充电、加氢等设施建设。在今年的政府工作报告中，提出大力推进现代化产业体系建设，加快发展新质生产力，加快前沿氢能、新材料等产业发展。国家能源局印发的《2024年能源工作指导意见》中明确，要编制加快推动氢能产业高质量发展的相关政策，有序推进氢能技术创新与产业发展，稳步开展氢能试点示范，重点发展可再生能源制氢，拓展氢能应用场景。
 

地方层面，广东出台行动计划，加快培育氢气制储、输运、加注以及氢燃料电池装备制造、低碳零碳工业应用的“制储输用”全产业链；内蒙古允许在化工园区外建设太阳能、风能等可再生能源电解水制氢项目和制氢加氢站，不需要取得危险化学品安全生产许可；山东发布通知对氢能车辆免收高速过路费，试行两年……截至2024年1月，我国发布超过438个地方氢能相关政策，覆盖29个省（自治区、直辖市）、超过90个地级市，其中省级政策数量达113个，涉及氢能相关技术创新、氢能供应、基础设施建设、应用场景支持等。其中，氢能在交通领域的应用，是产业发展初期商业化及降本的重要突破口。
 

氢燃料电池现阶段在交通端的优势应用领域主要集中在大功率、重载、长续航里程的公交、重卡、冷链物流、市政专用等车辆，再逐步推广到船舶、航空等领域。王海江院士表示，燃料电池汽车关键材料、部件的国产化，大功率燃料电池系统的探索，高压气态或液态储氢系统、冷启动及热管理技术，都是我国氢燃料电池汽车行业目前的重点攻关方向。
 

氢能制备、储运及应用有机结合是氢能迅速走向规模化、商业化的关键。有专家表示，目前氢能在实际的应用规模较小，氢能产业链降本及绿色发展还面临不少痛点难点。比如，大规模低成本制绿氢上存在技术难题；大规模跨季节储能引用的技术、成本、商业模式问题尚未解决；氢气储运相关技术、标准、法规暂未完善，都成为氢能规模化发展的掣肘，还需要上下游企业及科研机构齐心协力进行突破。
 

04

氢之难
 

深圳明确氢能与燃料电池产业的战略性地位，紧抓产业发展窗口。
 

2021年，深圳提出将氢能与燃料电池作为战略性新兴产业重点领域进行布局发展；同年出台《深圳市氢能产业发展规划（2021-2025）》，按照规划，到2025年在应用示范推广上，实现氢能在交通运输、分布式发电、前沿新兴及交叉等领域的应用示范，其中示范燃料电池车辆不少于1000辆，建设加氢站不少于10座，分布式能源、热电联供及备用电源应用不少于100套、氢能船舶1-3艘、氢能无人机不少于100架；2022年，出台“20+8”产业政策，明确氢能作为战略性新兴产业集群重要组成，重点部署氢能产业培育工程。
 

深圳市氢能与燃料电池协会秘书长张祎莹表示，通过对深圳市产业链的梳理，深圳氢能产业发展具有良好的基础和较强的创新能力，但也面临氢气供应及基础设施不足、产业聚集不明显等短板和挑战。深圳可通过加强统筹谋划、协调推进全市氢能产业发展，进一步完善基础设施，加大力度构建稳定氢气供应网络，优化解决加氢站、氢储运等涉氢项目审批流程，完善燃料电池汽车、加氢站等购置和运营补贴机制，加大氢能和燃料电池在深圳的试点示范和应用推广力度。
 

深圳氢能产业链主体近200家

创新能力与创新活跃度全国领先
 

作为构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要一环，氢能在全球范围内的关注度稳步提升。截至2023年底，全球已有包括中国在内的50余个国家和地区发布国家级氢能发展战略，提出了氢能发展和利用的中长期目标。
 

作为全国首批燃料电池汽车示范城市群核心城市之一，深圳以氢能产业作为实现碳达峰目标和做大做强绿色产业的重要抓手，紧抓产业发展窗口。目前，深圳已经聚集近200家氢能产业链相关主体，自主创新能力居全国领先地位。
 

深圳氢能产业链形成规模效应
 

自2016年起，深圳率先布局氢能与燃料电池产业，将其作为绿色低碳产业发展关键领域及能源转型着力补齐的关键技术短板之一。目前，深圳已拥有较完备产业发展基础与国内领先的产业创新氛围。
 

深圳市氢能与燃料电池协会发布的《深圳市氢能与燃料电池产业发展报告（2023）》显示，截至今年1月，深圳市共有近200家氢能产业相关企业、科研院校、行业组织及相关科技创新平台，逐步形成全国领先的以行业领军企业牵头、产学研深度合作、上下游协同的产业发展态势。产业专利申请方面，广东省氢能与燃料电池产业专利申请量超1万件，全国排名第三，深圳氢能与燃料电池产业专利申请量3665件，排名全省第一，展现出很强的创新活跃度。
 

深圳企业研发与创新能力雄厚，技术发展、示范应用及市场占有率处于国内领先地位，共有国家专精特新“小巨人”3家，市专精特新企业近20家，已搭建完备的产业链条，涵盖碳纸、催化剂、膜电极、双极板、电堆、整车在内的关键材料、核心零部件、下游产品及高端装备制造等环节。

与前一年相比，2023年深圳市产业链各个环节布局企业均有增长，尤其与氢气供应相关的企业数量增速最快。2023年，氢气制、储、运、加相关企业数量增长近50%，主要集中在电解水制氢设备领域；燃料电池及系统相关企业增长数量最多，新增24家，增长幅度近43%。
 

发挥创新资源优势壮大发展动能
 

氢能上中下游企业在深圳形成集聚效应，构筑了完整的产业生态，与深圳定位成为氢能产业技术策源地、先进制造集聚高地、多场景应用示范基地的发展目标相符。
 

在科研基础方面，深圳重点依托市内高等院校筹建氢能科学院，不断开展氢能重大技术突破及顶尖人才引进和培育，包括深圳大学、南方科技大学、深圳清华大学研究院、中山大学等高层次人才、科研实力和技术积累为产业科技研发创新提供有力支撑。
 

标准制定方面，深圳市部分科研院所、行业组织及企业已参与超过20项国家标准、地方标准、行业标准、团体标准建设，覆盖关键材料、制氢、氢储运、燃料电池、系统及相关核心部件、氢安全、加氢站管理等。
 

在场景资源方面，深圳作为国家低碳试点城市，是全国电子信息、新能源汽车等产业集聚基地，拥有港口、物流、园区、城际交通、民用便携式设备、发电、工业利用、储能等广阔的市场资源， 氢能应用示范场景丰富。
 

“深圳在氢能与燃料电池产业发展过程中，通过良好的产业、技术、创新、人才、资本、市场等资源，为产业聚集提供了沃土，有效吸引和促进产业协同、上下游联动，提高区域竞争力，促进区域创新发展。”深圳市氢能与燃料电池协会秘书长张祎莹表示。
 

深圳“小巨人”竞逐氢能赛道
 

“电化学反应把氢气转化为电能，为驱动汽车提供动力，最终的排放物只有水”，清洁环保的氢能汽车正在逐步进入居民生活。作为氢能燃料电池龙头企业，深圳市氢蓝时代动力科技有限公司（简称“氢蓝时代”）坚持自主研发，实现核心零部件国产化。
 

汽车是氢能产业发展重要的应用领域，而燃料电池则是其中的核心部件。从2017年筹建至今，氢蓝时代聚焦氢能领域持续研发创新，坚持正向开发加速市场化产业化应用，已发布多款氢燃料电池系统产品，逐步成为氢能燃料电池龙头企业。目前，氢蓝时代已推出1-1000kW全矩阵自主知识产权氢燃料电池系统产品，产品核心技术指标，如电堆和系统功率能力、功率密度、动态响应速率、百公里氢耗、低温启动性能等方面行业领先。
 

氢蓝时代营销公司副总裁刘向东表示，作为国家级专精特新“小巨人”，公司组建300余人的核心技术团队，推进大功率燃料电池技术和氢能应用，推出燃料电池系统计算和仿真测试平台，实现核心零部件国产化。
 

他说，在短短7年内，氢蓝时代创下多项“第一”：率先推出全球首款额定功率132kW、260kW单堆燃料电池系统，承担全球首例生物制氢综合应用示范项目，推出全国首个兆瓦级船用燃料电池系统产品，并建成国内最大规模的企业级研发测试中心和高度国产化的智慧生产车间。
 

“应用于汽车能源，与锂电相比，氢能的能量转化效率高，续航里程长，在低温环境下的表现也更好。随着制氢能技术的不断进步，氢能在我国清洁能源结构中的地位将日益凸显，应用前景也会越来越广泛。”刘向东说。
 

目前，氢蓝时代的燃料电池已经在公交车和重卡车领域展开应用。2023年6月，搭载氢蓝时代氢燃料电池系统的氢能大巴在深圳交付，用于华为、腾讯等企业员工通勤服务，成为“氢能驱动、零碳出行”园区通勤车示范应用标杆。
 

“在新能源汽车发展初期，各级政府部门通过各种应用场景赋能，为产业发展奠定了基础，中国的新能源汽车才得以形成如今的规模。作为燃料电池厂商，我们直面终端市场，仅仅依靠自身融资很难兼顾研发创新与市场推广。”刘向东表示，培育发展氢能产业，需要政策端持续发力，搭建更多应用场景，为氢能技术的发展创造更多市场空间。
 

全球首列氢能源市域列车试跑
 

由中车长客研制，最高续航里程可超1000公里

新华社发
 

日前，由中车长客股份公司自主研制的全球首列氢能源市域列车（上图）在位于长春的中车长客试验线上进行了时速160公里满载运行试验，标志着氢能在轨道交通领域应用取得新突破。
 

据介绍，当日试验过程中，列车以160公里/小时的速度运行，列车每公里实际运行平均能耗仅为5千瓦时，最高续航里程可达1000公里以上。在完成列车氢动力系统及其关键部件耐久、高低温、振动、电磁兼容、防火安全等方面试验验证的基础上，中车长客进一步开展了不同速度等级下能耗、续航里程、可靠性、牵引、制动、动力学等整车试验，首次验证了氢能列车在零下25摄氏度至35摄氏度环境温度下的实际性能，试验结果中各指标均达到车辆设计要求，车辆性能指标达到国际领先水平。
 

另外，昨日有报道称，日本国土交通省正努力推动氢动力列车在地方线路上的运行，并计划在铁路条例中增加与氢能相关的安全规定，以确保该技术在铁路行业的安全可靠应用。