【卡车之家 原创】为了实现碳中和，降低传统能源，增加新能源占比已然是大势所趋。不过目前纯电产品受制于电池容量、续航里程、充电速度等各种因素限制，其使用场景多局限于城市，那有没有一种新能源能解决这些问题呢？
答案肯定是有的，氢能源就可以解决，但是为什么氢能源现在还未能像电动产品一样普及开呢？我们今天就来详细地了解一下。
谈到氢能源，它并不是近年来的新兴产品，而是“古董级产品”。
早在1800年的时候，英国科学家就已经发现能通过电解的形式制造氢气，1801年法国科学院院士汉弗莱·戴维首次提出了燃料电池概念，1838年德国科学家克里斯蒂安·弗里德里希·舍恩拜因对燃料电池的现象和原理展开深入研究，并于1839年提出相关理论。
同年英国物理学家威廉·罗伯特·格罗夫基于舍恩拜因的理论，将两个铂电极的一端浸没于硫酸溶液中，另一端分别置于氢气和氧气中，并检测到铂电极之间的电流流动以及液面上升（水电解的相反过程），格罗夫称这种电池为“气体电池”，于是氢燃料电池的雏形就诞生了，格罗夫也因此被称为“燃料电池之父”，而此时距离汽车的诞生还有47年。
在接下来的时间，科学家们对燃料电池的理论进行了各种完善：试图制造出第一个可实用的燃料电池装置；完善燃料电池的工作理论，指出电极、电解质、氧化剂、还原剂、阳离子和阴离子是燃料电池的关键要素等等。不过当时的氢燃料电池都还处在实验阶段，并不具备实用性。
氢燃料电池的首次工业化应用是在1895年，英国科学家威廉·雅克，制作出了一个由100个管状单电池组成的1.5千瓦的电堆和一个约30千瓦的电堆，该电堆使用通入空气的圆柱形铁罐做电池阴极，碳棒为电池阳极，采用约450摄氏度的熔融KOH作为游离电解质，获得了良好的电池性能（100毫安/厘米2,1.0伏），该项研究被推荐用于英国的电动潜艇，这意味着燃料电池开始迈向工业实用领域。不过此时的燃料电池仍然存在导电率低、粒子交换膜化学稳定性差等问题，实用价值仍然有限。
在接下来的几十年里，科学家们尝试了用碳制取氢气、用熔融碳酸盐、热氢氧化钾等做电解质、用硫酸化的聚苯乙烯离子交换膜等各种方法来提升燃料电池的各项性能。
通过技术的不断迭代，在20世纪60年代，聚合物电解质燃料电池逐渐分为两类：低温质子交换膜燃料电池（工作温度不超过100C°）和高温质子交换膜电池（工作温度150-200C°），并开始逐步运用在潜艇、拖拉机、航空等工业领域上。
而汽车领域引入氢燃料电池系统是在1966年，通用汽车推出了全球首款燃料电池汽车Electrovan，该车动力系统由32个串联薄电极燃料电池模块组成，持续输出功率为32千瓦，峰值功率为160千瓦。而这个时候，我国的大连化物所也开始研制航天氢氧燃料电池，并于1978年设计制造出我国第一台碱性燃料电池，开启了我国氢燃料电池的研发和实用之路。
时间回到现在，氢燃料电池在汽车领域的代表企业主要为日本的丰田和加拿大的巴拉德，其中丰田采用的是“金属双极板+乘用车"技术路线，巴拉德则是“石墨双极板+商用车”技术路线。
成果方面，丰田于在2021年推出了Mirai的第二代产品，电堆功率密度提升到了5.4千瓦/升，冷启动能力达到-30摄氏度，寿命超过5000时（性能衰退10%为寿命重点）。巴拉德则是从2011年开始在美国运行燃料电池公交车，其燃料电池寿命达到17000时，根据最新的资料显示，巴拉德最新一代燃料电池产品电堆功率密度达到4.2千瓦/升，冷启动能力为-20摄氏度，寿命预计超过30000时（性能衰退20%为寿命终点）。
相对于国际产品，我国目前的氢能源研发采用双线并存的策略，其中石墨双极板燃料电池电堆功率密度普遍达到4千瓦/升，寿命达到15000时，以性能衰退20%作为寿命终点，金属双极板燃料电池电堆功率密度达到5千瓦/升，寿命达到10000时，以性能衰退20%作为寿命终点，达到国际领先水平。
尽管我国燃料电池性能追平国际，但是大家可能注意到了，在我国氢能源产品并不常见，这是为什么呢？
这里不得不提，在极力实现碳中和的这个目标下，一个能源要想能好发展，那它能带来什么不重要，它是怎么来的，很重要。像电能，虽然火力是主力发电渠道，但是水电、风电、太阳能等的占比在逐渐上升，且都是可再生的渠道，甚至接下来逐步建设的核电更是一个彻底替代火电的发电形式，都可以有效地解决它的来源问题，所以电能是我国目前大力推广的替代能源。
而氢能的来源是什么样呢？主要是三种方法：1.以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢;2.以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢;3.电解水制氢。
我国目前最主流的制氢方法是化石能源制氢，因为这种技术最成熟，并且煤炭的价格低，成本很可控，在它的支持下，截至到2022年我国的制氢产能规模已经达到了4000万/吨，产量达到3781万/吨，而同期的天然气产能也不过2201.1万吨（2201.1亿立方米），但这种生产方式每制取1千克氢就会产生20千克的二氧化碳，很不贴合咱们碳中和的主旨。
而低碳的电解水制氢也存在问题，制造的效率不够高。其在制造过程中会有大量的能量损失，导致电能的损耗很大，据资料显示，在一个电解水制氢的投入中，电价能占到其成本的78%，这种高昂的成本成为了目前电解水制氢难以推广起来的最大的困难。
复杂的生产成本，以及高达1200-1800万左右投入才能建成一个加氢站，这就导致截止到2022年的加氢站一共只有358座，远低于9258座的加气站，且加氢价格昂贵。目前我国的加氢价格基本是每公斤50-100元（国家补贴后），而普通汽车消耗一公斤只能跑100，这就让氢能源车在售价已经非常高昂（国产车型八十万以上）的情况下，运行成本也变得十分高昂。
看到这里，卡友们也不用对氢能源就丧失信心，因为能源是一个国家工业和生活发展的命脉，随着国际能源形势的变化，我国进行能源结构调整已经迫在眉睫。
在2022年3月，国家能源局印发了《氢能产业发展中长期规划（2021～2035年）》，这也为氢燃料电池实现了加速。
在规划里，生产方面要在2025年实现以工业副产氢替换化石能源制氢作为主要方式，同步开展可再生能源电解水试点运营，到2035年，以低碳排放可再生能源电解水制氢、半集中化制氢为主，辅以工业副产氢提升利用效率。
运输方面则是2025年以高压气氢运输，2035年实现液氢运输为主，配合高压气氢进行储运。加注模式则是2025年以合建站（类加油站）为主，同步开展制氢加氢一体站试运营，2035年实现加氢站及各类基础建设的设施的多元化、网络化发展。
并且随着国家的能源转型，电能的来源逐渐从火电转向水、风、太阳能和核电等，电价也将不再会是电解水制氢的限制，相关的制氢成本会得到大幅的降低。同时像质子汽车等相关车企表示，要在2026年左右将氢燃料产品价格降低40%。
那随着购置成本降低，基础配套建设的完善，我们有理由相信在卡车领域，氢能源将会在2030年左右走向大众，届时补能速度快、续航里程长的氢能源产品将会像现在的LNG一样，成为大家新选择。（文/田濠）
