衣宝廉
要实现“碳达峰碳中和”目标，必须大力发展可再生能源。由于可再生能源的随机性、波动性、季节性，要确保电网的稳定运行，必须大力发展储能。利用可再生能源电解水制绿氢，是最廉价的储能方式，同时还可以实现可再生能源再分配，解决可再生能源地区分布不均的问题并发展氢—电供能体系。氢能还有助于实现交通、冶金、建筑等领域的脱碳目标。其中，燃料电池车的商业化是氢能应用的突破口。
北京冬奥会期间千辆级燃料电池车的示范运行，证明燃料电池特别适合应用于寒冷的冬季，也证明了燃料电池车具有五大优点：第一，比能量较高，特别适用于重载和长途运输。第二，燃料电池发动机的发电电堆与储氢罐是分开的，只要加强氢的检测与控制，就不会产生燃烧与爆炸。当前全世界有八万多辆燃料电池车在运行，还没有出现一辆车发生燃烧或爆炸的情况。第三，加氢与加油速度在同一数量级，即加氢时间与加油时间基本相等。第四，冬季续驶里程不缩短，没有里程焦虑，燃料电池发动机废热还能为车辆供暖。第五，续驶里程、驾驶舒适性可以与燃油车媲美。
目前为止，燃料电池车还没有实现商业化，只能靠政府补贴或奖励进行示范运行，其原因主要为以下三点：一是燃料电池电堆和系统制备费用高，燃料电池车的售价是燃油车的两倍多。二是绿氢制备和储运费用高，燃料电池车的运行费用也远高于燃油车。三是加氢站的建设费用也是加油站和充电站的几倍。为实现燃料电池车的无补贴运行，科技部门和企业应在国家政策的支持和引导下合力攻关。
首先，应降低电堆与系统成本。一是突破“卡脖子”技术并实现批量生产。如研发制备高活性、低铂的电催化剂并进行批量生产，空压机、氢气压缩机研制与批量生产，70兆帕储氢瓶试制与批量生产等。目前燃料电池车用的四型储氢瓶就是70兆帕。二是科技创新，提高电堆额定工况的工作电流密度，即提升车用燃料电池电堆比功率，由现在每平方厘米1.5-2安培提高到4-5安培。第三，提高发动机系统的可靠性与耐久性，特别是电堆运行时膜电极三合一的水含量测量与平衡控制；改进电堆组装工艺，提高电堆内单池性能的一致性等，使燃料电池发动机寿命达到用户保质期的要求。预计到2030年，在上述工作完成的基础上，燃料电池发动机成本可由现在每千瓦3000元左右降到500-1000元。
其次，要降低氢源的费用。一是从长远来看：东北、西北和西南的可再生能源制氢，可用管道或天然气管网输送氢到中部、东部。沿海城市，海上风电制氢，建氢气输送管道输送到中心加氢站。二是从近期来看：优先利用副产氢，先净化应用。同时开展抗毒氢氧化电催化剂的研发与生产，就可以直接利用廉价的副产氢。三是无副产氢地区，可开展天然气、煤层气催化裂解制绿氢和碳材料，给燃料电池车供气。
最后，要降低加氢站建设费用。一是在氢源附近建设中心加氢站，中心站配备氢压缩机。依托中心加氢站，建不配置氢气压缩机的油氢合建站，大幅度降低加氢站的建设费用。运输氢气的列管运氢车可采用三型或四型高压氢气瓶。
截至2023年10月，我国氢燃料电池汽车累计销售18197辆，仅次于韩国的3.4万辆，已成为全球第二大燃料电池汽车市场。我国累计建成加氢站417座，数量位居全球首位。但目前燃料电池车仍处在大规模示范阶段，只有当氢源和燃料电池车售价降到与燃油车差不多的程度，氢能高速公路联网、市内加氢站实现基本普及，燃料电池轿车才可能进入寻常百姓家。按现在燃料电池车的成本与氢源的售价下降速度，以及加氢站的建设速度，预计2030年前后，燃料电池轿车将进入寻常百姓家。
（作者系中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员。本文根据作者在“学习强国”学习平台与中国科学报社联合发起的“科学家回信”活动中第四十三期回信内容整理。）
