潮涌｜上海氢能汽车产业迈入“从1到10”进程

【编者按】潮涌科创，澎湃开局。上海市经济和信息化委员会、澎湃新闻联合推出“上海新型产业体系重点领域大调研”，聚焦上海“3+6”产业体系、新赛道和未来产业的重点行业领域，锁定船舶与海洋工程装备、氢能汽车、机器人、智能工厂、新材料、智能终端、人工智能、元宇宙、数字经济、生物医药等产业，深度调研上海产业高质量发展态势和未来趋势。

为助力实现碳达峰、碳中和目标，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，当前全球范围正在兴起“氢能经济”、“氢能社会”的发展热潮。氢能汽车作为氢能产业率先应用的领域成为如火如荼地发展。作为国家燃料电池汽车示范城市的上海，氢能汽车产业已经取得了怎样的进展？在本篇，澎湃科技采访了氢能汽车产业发展的主管部门、氢能汽车的代表企业、以及产业专家，寻找问题的答案。

“现在有两千多辆氢燃料电池汽车跑在上海的马路上”，上海市经济和信息化委员会智能制造推进处处长韩大东在接受澎湃科技采访时说，截至2022年10月底，上海已累计推广燃料电池汽车（目前通常是指氢能汽车）约2200辆。上海凭借过去数十年的积累已经发展成氢能汽车产业的排头兵，目前已经做到了小量规模化的整车运营，更明确地说，“已经实现从0到1的突破，正在逐步从1走向10的过程中。”

发展氢能汽车的意义并不止于汽车，作为氢能应用的重要场景，氢能汽车的发展成熟势必将带动整个氢能产业的成熟发展，从而为中国的能源问题找到新的突破口。不过，现在距离这一美好远景的实现，还需要克服重重障碍，如果有个期限，那可能至少是十年。

一、上海大力布局氢能汽车产业链

“现在的氢能汽车类似于10年前的纯电动汽车，未来10年氢能汽车也会沿着目前的发展路径成为今天的纯电动汽车。”韩大东表示，中国汽车产业在电动汽车领域实现“换道超车”之后，在氢燃料电池汽车这一赛道再次迎来了超前布局的机会。

有着雄厚汽车工业基础的上海，为氢燃料电池汽车的发展提供了一方沃土。

“在燃料电池汽车方面，上海起步比较早，上汽集团从2001年就已经开始推动氢燃料电池汽车的研发；燃料电池汽车在中国的首次应用，是在2008年奥运会期间；第二次大规模应用是2010年世博会期间，算是氢燃料电池汽车从实验室走向社会的真正意义上的第一步。”上海燃料电池商业化促进中心副理事长缪文泉回忆说。

现在，上海已初步形成较为完整的燃料电池汽车产业链，成为行业的领头羊之一。氢燃料电池汽车的研发与应用不断有所突破，大功率电堆等产品的技术指标达到国际先进水平，从膜电极、双极板等八大核心零部件到燃料电池汽车的系统集成，形成了技术、产品、应用的全产业链发展体系，基本实现燃料电池汽车车型的全覆盖。

一批氢能汽车产业龙头企业正在上海崛起。据上海市经信委提供的信息，“捷氢（上海捷氢科技股份有限公司）、氢晨（上海氢晨新能源科技有限公司）、重塑（上海重塑能源科技有限公司）、神力（上海神力科技有限公司）等企业均研发出了自主知识产权的电堆；唐锋（上海唐锋能源科技有限公司）、捷氢、韵量（上海韵量新能源科技有限公司）等企业开发出了高性能膜电极产品；治臻（上海治臻新能源股份有限公司）、清志（上海清志新能源技术有限公司）等企业已经量产了性能出色的超薄双极板、复合双极板等产品；势加透博（势加透博上海能源科技有限公司）、毅合捷（毅合捷汽车科技股份有限公司）等企业在空气压缩机上取得了自主突破。”

电堆是氢燃料电池系统的关键部件，氢气和氧气在这里产生化学反应产生能量，功能相当于传统燃油车的发动机；膜电极和双极板则是电堆的关键部件，重要性堪称电堆的“芯片”；用来为氢氧化学反应提供压缩空气的空气压缩机则是氢能汽车的重要部件。目前，这些重要部件正在上海逐步实现国产化，为上海氢能汽车发展打下了坚实的基础。

2021年8月，上海与京津冀、广东入选首批燃料电池汽车示范应用推广城市群。根据上海市氢能产业发展中长期规划（2022-2035），到2025年，上海将培育5-10家具有国际影响力的独角兽企业，建成3-5家国际一流的创新研发平台，燃料电池汽车保有量突破1万辆。

“虽然目前老百姓还不熟悉氢能汽车，但当有1万辆氢能汽车在路上跑的时候，老百姓自然也就了解了氢能汽车是什么”，韩大东说。2022年10月，上海首批燃料电池网约车已正式投入运营，80辆搭载捷氢自主研发的启源P390燃料电池系统的氢燃料电池乘用车上线上汽旗下“享道出行”平台，与普通上海消费者有了第一次亲密接触。

二、氢能产业开疆辟土的尖兵

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，正在成为全球能源转型的重要载体之一，主要发达国家近年来纷纷出台氢能规划和产业政策。欧盟在氢能发展战略中制定了一系列产业扶持政策，美国提出促进氢能发展的政策和技术路线图，日本出台包括技术研发资助、商业化推广补贴和税收优惠等配套政策，并率先提出在全球实现“氢能社会”的发展战略。

中国自党的十八大以来对氢能产业的支持力度不断加大，并以氢能汽车作为氢能应用为牵引，打造基于自主创新的现代氢能产业。

“选择氢能汽车作为氢能产业的突破口是非常具有现实意义的”，缪文泉表示，“氢能技术发展的过程中最先投入应用的是燃料电池，因为成本较高，也就需要应用在一些高附加值的产品中，导入汽车产业更加顺理成章。”

除了成本因素外，汽车产业汇集了人才、技术和资金等支撑产业发展的体系化优势，一旦氢能汽车发展起来，必将带动整个氢能产业的发展，包括制氢、储氢、运氢、加氢等氢能产业基础设施的建设，从而为氢能在其他行业的应用打下坚实基础。“某种意义上来说，氢能汽车是氢能产业里负重前行的一个尖兵，它的率先应用承载着整个能源转型的重大使命。”

相比其他车辆，氢能汽车凭借氢能零污染、可再生特性，具有“终极环保”优势。包括大巴、公交、货车等在内的商用车所排放的包括二氧化碳、氮化物、硫化物等污染物远超轿车，同样生命周期内，一辆重卡的排放量相当于200辆小轿车的排放，替换掉一台重卡，就等于减少200辆小轿车，这也是国内氢能汽车从商用车先行的一个原因。

除此之外，氢能汽车实际产品结构与性能也具有优势。

“相较于传统燃油车的发动机，氢燃料电池汽车的‘发电机’——电堆结构简单”，捷氢科技总经理卢兵兵向澎湃新闻记者介绍，电堆的内部运动结构很简单，只有空气、氢气、冷却液和电流的流动。“传统燃油发动机零件多大上百个，以捷氢科技研发的电堆为例，仅有58个一级零件；此外，电堆的产品可扩充性好，通过增加膜电极数量就可以扩充电堆功率，无需像发动机一样若要扩充功率必须从基础开始重新设计。”

相较于纯电动车，氢燃料电池汽车又有着补能快捷、续航里程长、不受锂钴镍资源限制等优势，“锂电池现在没有被技术‘卡脖子’，但是被卡住了资源，”卢兵兵说。从资源回收端来看，锂电池回收效率和经济性也不如氢燃料电池，“氢燃料电池现在每100千瓦需要30克左右贵金属铂，而铂是催化剂，再循环利用率可达到95%。”

此外，在“双碳”的大背景下，重卡却难以实现纯电化。“锂电池能量密度逊色于氢燃料电池，一辆重卡若使用2.5吨的锂电池，只能行驶130公里，相比而言，氢燃料电池(含储氢系统）总重不到两吨的情况下能跑到600-700公里。”氢晨科技董事长兼总经理易培云表示。

根据2020年3月国家发改委、国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》，未来国家将会对氢燃料电池汽车进行推广，并建设一批加氢站，到2030年要达成1000座加氢站的建设目标，预计到2025年，全国氢能源车辆保有量约为5万辆。

政策热度激起了行业涟漪，氢燃料电池成为锂电池之后又一具有想象力的赛道。

三、国产化破解规模化瓶颈

虽然前程远大，但是抵达远方的道路依然曲折。

“很多曾经在锂电领域成功过的参与者，无论是投资人还是零部件巨头，都希望到氢燃料电池汽车领域分一杯羹。”在卢兵兵看来，现在已经有越来越多的人认同氢燃料电池汽车产业的潜力，但事实上氢燃料电池汽车要像锂电池汽车一样进入爆发式增长的阶段，还有不少瓶颈需要突破，产业链上还有很多难题需要攻克。

就目前而言，氢燃料电池汽车全生命周期的用车成本高于其他动力类型的汽车。“用车成本共分为三部分：购买成本、能源成本、维保成本，其中主要是购买成本和能源成本与其它动力车型存在差距。”卢兵兵介绍，以一辆49吨氢燃料电池重卡为例，当前购车成本约为140-150万元，即便扣除政府补贴，与传统燃油车仍有不小的差距；上海市加氢站目前的氢气补贴后售价为35元/kg，以此计算，49吨氢燃料电池重卡的氢气使用成本约为每公里3.5元，同级燃油车则大概为每公里2.8元。“当然，随着燃料电池汽车市场推广不断拓展，研发成本逐步摊薄，国产化水平与产业化协同能力进一步提升，用车成本也将大幅降低。”

第二是可靠性和耐久性问题，并非氢燃料电池车的可靠性和耐久性存在本质缺陷，而是因为作为新事物，它仍然需要应用场景的不断验证和产品迭代，“与之相比的燃油车已经超过百年、历经各种工况检验和无数的技术研发与突破。”

第三是材料和核心零部件进口依赖问题还存在，给大规模应用带来一些瓶颈。

“在很多技术层面，国内企业已经颇具竞争力，甚至部分产品已经达到国际一流水平”，不过卢兵兵坦言，“目前在质子交换膜、碳纸、催化剂这三个核心材料方面，国内和国外的技术还存在差距。”

成立于2018年的捷氢科技脱胎于上汽集团，核心团队均来自专业背景的整车企业和燃料电池企业，在燃料电池电堆及系统设计、控制、集成、工艺开发、生产制造、整车适配等环节拥有核心技术优势，在燃料电池电堆关键核心部件膜电极的自主研发与制造中取得突破并实现了国产化、产业化。截至目前，已经完成多款燃料电池电堆和燃料电池系统的产品开发，功率涵盖6-260kW。

随着中国逐渐向产业链高端区间迈进，在芯片等行业发生过的“卡脖子”问题被认为也有可能在燃料电池领域重演。其实交换膜、碳纸、催化剂材料本身成本很低，价格昂贵主要是在工艺方法上未能突破。卢兵兵认为，这也在一定程度上反映出，过去国内在产业化应用方面比较强，在基础材料研究方面存在一些不足。国内企业要未雨绸缪，加紧研发。

“大国产化”是卢兵兵在提倡的理念，即从核心材料、零部件到电堆、系统，其生产工艺、装备、测试设备、研发设备，都要实现国产化，这样才可以避免“卡脖子”，促使整个产业有机会走到世界前列。捷氢科技自身也在身体力行，由于具备从研发、设计到制造、测试、应用相对比较完整的产业链，可以通过应用端来不断反馈、迭代，捷氢科技目前的研发、测试等设备，两三年时间内都实现了国产化，性能堪比国外水平，成本却只有60%-70%。此外，捷氢科技的上游供应商也会根据需求来进行自主开发，并通过捷氢科技的评价和反馈来迭代产品，进而推动上游企业的国产化。

四、降低成本，三步已经走了两步

国产化不仅可以避免“卡脖子”，还有一个重要的功能就是降低成本。易培云认为在一众制约因素之中，成本是氢燃料电池推广普及的关键。成本降低才会促进车辆规模化，有了使用规模可以促进产品迭代，有了产品迭代可以验证技术的可靠性。他将“降本”划分为三个阶段。

第一个阶段是通过技术快速降本。

燃料电池汽车主要包括燃料电池系统、车载储氢系统、整车控制系统等。其中，燃料电池系统是区别于传统燃油车和电动车的核心，也是整车成本下降的关键。而在燃料电池系统中，电堆占系统总成本的60%。膜电极作为燃料电池电堆的“芯片”，又占电堆成本的60%以上，很大程度上决定了燃料电池电堆的性能、寿命和成本。

“通过技术手段，使用同样多的材料能够发出更多的电，相对来讲，成本就降低了，”易培云解释说，从功率密度来看，电堆原来一升体积发电只有1.4kW，现在达到6.2kW；膜电极原来一平方厘米只能发电1W，现在是2W。

成立于2017年底的氢晨科技是位于临港的燃料电池电堆龙头企业，其单堆300kW大功率燃料电池电堆，功率密度为6.2kW/L，可比肩国际头部公司丰田Mirai2的5.4kW/L水平，可以让49吨的重卡满载上高速，以90公里的高速奔跑，该产品将在今年年底前实现批量交付。易培云介绍说，相较于2019年，电堆的成本已经下降80%，“我们希望到2025年，成本在现有基础上再降80%。”

第二个阶段是要通过国产化实现降本。

“原先我们的核心原材料都是进口的，不仅价格昂贵，交付周期还长。”易培云说，“现在我们临港从催化剂、膜电极到碳纸等都有了，绝大多数材料已经国产化，国产化之后降本又加速了。”除了担任氢晨科技董事长兼总经理，易培云还有一个身份是上海交通大学机械与动力工程学院的教授与博导，“我从2005年开始研究氢能，已经干了17年了，之所以坚持，是因为我和我的同事们都觉得这件事特别有意义，它能够改变人类的生活。”作为上海交通大学与临港集团科技成果转化的典型代表，氢晨科技的发展也带动了临港新片区氢能产业形成集聚效应，吸引了众多和交大有千丝万缕关系的“交二代”企业的入驻，集体推动产业技术的提升。

降本的第三个阶段是依靠规模化降本。

“量产车型如果能达到100万辆的话，成本就能大幅下降。”易培云举例说，电堆外壳模具开模一次成本假设为150万元，销售10个电堆的话每个成本15万元，销售100万个的话每个电堆摊销的开模费几乎可以忽略不计。但现在显然还没有到这个阶段，“目前的成本下降还是属于技术降本占主导，大概占六成；国产化降本占40%。”他强调说，“如果进入规模化降本阶段的时候，我们是有信心能够把燃料电池系统做到和发动机价格相近。”

在缪文泉看来，当下氢能汽车还处于产业萌芽期，上海目前在整个示范城市应用中已经走在了前面，若要继续保持优势，则必须扩大应用市场，形成规模化和技术迭代的护城河。

五、为国家产业发展蹚出一条路

走向规模化，除了解决装备的技术难关，氢能汽车还需要解决一个关键因素，那就是加氢的便捷度。

2022年10月24日，在嘉定区的一家由加油站改建的加油加氢站，一辆辆东风凯普特货车驶入站内准备加氢。这些氢能汽车属于上海某物流公司旗下，刚刚投入运营两个月。货车司机们对于氢能汽车的体验最明显的感受是“加氢太麻烦了。”以往开燃油车可能三四天加一次油，改用氢能车后，每天都要跑一趟，虽然加氢只需要十多分钟，但是如果连续加氢两辆车后，由于加氢罐内压力不够，第三辆车的加氢速度就会变慢。此外，因为车载储氢罐的加氢压力尚不支持70Mpa，导致目前国内的储氢罐储氢容量与日韩相比存在差距，使得理论上的行驶里程无法实现。

据悉，目前上海已经陆续建成十多座加氢站，但是早期由于经验不足，部分加氢站布局不合理，造成“有车的地方加氢站不够用，有的加氢站没有车去加氢”。“有时人多的时候，需要排队等一个多小时。”货车司机抱怨说。

加氢站数量少导致加氢站的建设运营成本也很高，据悉目前仅改造一家加油站成为加氢站成本需要上千万元。中国没有学习日韩从乘用车开始发展氢能汽车，而是选择从商用车开始，也是结合了应用场景和上游基础设施不足的现实情况，希望先通过商用车场景来推动燃料电池的应用实现产业规模上升，技术进步也得到应用的验证。从加氢的便捷性来看，商用车路线比较固定，加氢站也仅需相应地在“两点一线”上进行布局。业内普遍预测氢燃料电池将在2030年左右从商用车延伸至被大规模使用的乘用车，但前提是要有足够的加氢站。

氢燃料电池汽车与加氢站的关系就像“先有鸡还是先有蛋”一样困扰着产业发展。“先要有加氢站，这是‘鸡’，而使用氢气的车辆就是‘蛋’，但如果没有形成多个蛋的话，加氢站运营走不远，因为车子量不够的话，氢气成本太高。”韩大东表示，上海作为试点城市，其中一个重要工作就是让“鸡和蛋”协同壮大起来，“整车、零部件很重要，汽车运营单位也重要，加氢站也很重要，还有制氢、加氢站装备……它们都是氢能汽车产业链上的企业，都是我们接下来重中之重要推进的工作。”

加氢站的建设目前还存在审批时间过长的问题。长久以来，我国一直将氢气列为危化品进行管理。据了解，嘉定这家由加油站改建的加油加氢站前后审批花了近半年时间，如果是完全新建加氢站即便在顺利的情况下也需要一年的审批时间。

针对加氢等待的困扰，缪文泉建议在目前加氢站短缺、持续加氢能力不足的情况下，通过“换氢”技术体系来解决，即采用更换相关装置上耗尽的储氢系统，快速补充氢气，但这也需要建立新的“换氢标准”。

“氢能汽车是一个新生事物，在发展过程中肯定会出现原有的法律法规和监管不配套，和产业发展需求不匹配的问题”，韩大东认为，作为政府部门，一方面要为产业发展提供土壤，允许产业有一个相对“野蛮”生长的过程，在法律法规没有明确禁止的前提下，允许做一些尝试；另一方面也要积极推动管理标准的修缮，“譬如我们正在新建一个上海氢燃料产业的标准委员会，着手建立与氢能汽车相关的标准，并推广至国家标准。”

“目前氢燃料电池汽车还存在很多痛点和空白点，甚至还有邻避效应的问题。我们不能确定接下来这个产业发展还会碰到哪些新的问题，但是不去碰、不去试，这个问题永远会存在。”在韩大东看来，上海等城市先行先试的责任就是要为国家蹚出一条路，努力去解决碰到的问题，用审慎但包容的心态看待氢能产业，“不能忽视一切，也不能举步不动，不要乱箭齐发，而是有的放矢。”

根据上海市的规划，到2025年，上海将建设各类加氢站70座左右，氢能产业链产业规模突破1000亿元。到2035年，上海氢能产业发展总体达到国际领先水平，建成引领全国氢能产业发展的研发创新中心、关键核心装备与零部件制造检测中心。