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第21屆聯(lián)合國氣候變化大會(huì)（巴黎氣候大會(huì)）通過的《巴黎協(xié)定》，提出了將全球平均氣溫上升（與工業(yè)化前時(shí)期相比）控制在2攝氏度以內(nèi)的目標(biāo)。近年來，歐盟、日本、韓國和中國相繼提出了各自的碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，鋼鐵行業(yè)和汽車制造業(yè)正在積極探索有效減少碳排放的途徑。鋼鐵行業(yè)重點(diǎn)研究氫冶金及其實(shí)施方法。汽車制造業(yè)也相繼開發(fā)了混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、氫燃料電池汽車。如今，越來越多的汽車廠商開始研發(fā)氫燃料電池汽車，鋼鐵企業(yè)也越來越重視氫能的利用。為了實(shí)現(xiàn)碳中和，兩大產(chǎn)業(yè)都瞄準(zhǔn)了低碳排放的氫能利用技術(shù)。
氫燃料電池汽車?yán)么呋瘎ㄍǔＪ倾K）將儲(chǔ)氫罐中的氫氣分解成氫離子和電子，然后使氫離子穿過質(zhì)子膜與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生電能。氫燃料電池汽車的能量轉(zhuǎn)換是在靜態(tài)條件下完成的，無噪音、無振動(dòng)、工作溫度低、功率響應(yīng)快。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)化效率為45%～50%，而一般內(nèi)燃機(jī)車的能量轉(zhuǎn)化效率為30%左右。氫燃料電池的功率由單體電池的片數(shù)決定，續(xù)航里程由氫燃料箱的大小（儲(chǔ)氫容量）決定。氫燃料電池汽車不排放硫氧化合物、氮氧化物等有害氣體，也不排放二氧化碳，這是一種綠色汽車。
氫燃料電池汽車的主要結(jié)構(gòu)由高壓儲(chǔ)氫罐、燃料電池（反應(yīng)堆）、升壓逆變器、動(dòng)力控制單元、電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電池等組成（見圖1）。
質(zhì)子膜燃料電池（Proton
Exchange
Membrane）是燃料電池汽車的動(dòng)力源。質(zhì)子膜燃料電池的核心部件是膜電極組件（MEA），它包括質(zhì)子交換膜、催化層、氣體擴(kuò)散層等片狀結(jié)構(gòu)。這些材料層在熱壓成型后形成膜電極組件。需要在兩側(cè)安裝密封圈，然后將其放置在雙極板之間以形成單個(gè)電池。幾個(gè)單電池組合在一起形成燃料電池堆。質(zhì)子交換膜是制造氫燃料電池的關(guān)鍵材料，一般占燃料電池系統(tǒng)成本的5%。目前，全球只有杜邦和一家日本公司能夠商業(yè)化供應(yīng)氫燃料電池質(zhì)子交換膜材料。2014年，山東東岳集團(tuán)在國內(nèi)生產(chǎn)的普通燃料電池膜的使用壽命僅為800小時(shí)。2015年電池膜使用壽命達(dá)到2000小時(shí)。2016年東岳膜DF260達(dá)到國際燃料電池汽車膜要求。公司加速壽命試驗(yàn)超過6000小時(shí)。全球年產(chǎn)鉑金約200噸。普通燃料電池汽車對(duì)鉑金的需求量從1g/kW下降到0.3g/kW，實(shí)驗(yàn)室條件下有可能達(dá)到0.1g/kW。2015年，豐田在其生產(chǎn)的每輛氫燃料電池汽車中使用了100克鉑金。目前，它已將鉑金使用量減少到每輛車10克。其目標(biāo)是將自行車中使用的鉑金量減少到5
克。
世界主要國家氫燃料電池汽車發(fā)展?fàn)顩r
日本著力建設(shè)氫能社會(huì)，制定了國家氫能基本戰(zhàn)略，確定了到2050年建成氫能社會(huì)的目標(biāo)和具體行動(dòng)計(jì)劃。截至2017年底，日本擁有超過2000輛氫燃料電池汽車。在2021年東京奧運(yùn)會(huì)上，日本成功地使用氫氣作為主火炬的燃料。這是奧運(yùn)會(huì)歷史上第一次主火炬使用不排放二氧化碳的燃料。除了使用氫氣作為東京奧運(yùn)會(huì)的火炬燃料外，奧運(yùn)村周圍還建立了加氫站。奧運(yùn)期間，氫燃料電池汽車將提供24小時(shí)加氫服務(wù)。日本計(jì)劃到2025年將有20萬輛氫燃料電池汽車上路，到2030年將有80萬輛，全國將建設(shè)并投入使用900座加氫站。
2015年，液化空氣、戴姆勒、林德、OMV、殼牌、道達(dá)爾等六家氫能行業(yè)龍頭企業(yè)組成“H2
Mobility”企業(yè)聯(lián)盟，支持德國氫能作為社會(huì)產(chǎn)業(yè)資本產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建設(shè)氫燃料電池汽車的氫基礎(chǔ)設(shè)施。“H2
Mobility”企業(yè)聯(lián)盟計(jì)劃到2023年建設(shè)并投產(chǎn)400座加氫站。中國長城汽車于2018年10月與“H2
Mobility”企業(yè)聯(lián)盟簽署諒解備忘錄，并通過提供額外資金獲得聯(lián)盟約5%的股份投資，成為第七大股東。
2020 年 6 月 10
日，德國聯(lián)邦內(nèi)閣通過了《國家氫能戰(zhàn)略》，為德國未來氫能的生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和再利用建立了統(tǒng)一、連貫的政策框架，以及相應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新和投資。該戰(zhàn)略有助于德國實(shí)現(xiàn)其氣候目標(biāo)。這是德國打造新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值鏈，進(jìn)一步發(fā)展與其他國家的國際能源政策合作，保障德國能源供應(yīng)體系安全的必要舉措。此外，德國漢堡近年來還啟動(dòng)了氫能示范應(yīng)用項(xiàng)目——“HyCity”項(xiàng)目（氫能城市計(jì)劃），涵蓋氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和燃料電池應(yīng)用的整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈。德國致力于開發(fā)集風(fēng)力發(fā)電、水電解制氫、高壓儲(chǔ)氫和燃料電池發(fā)電技術(shù)于一體的氫能應(yīng)用技術(shù)，并建立了多個(gè)氫能示范應(yīng)用中心。
2019年，韓國發(fā)布《氫能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖》，計(jì)劃到2019年底在國內(nèi)推廣4000多輛氫燃料電池汽車；到2025年，建立年產(chǎn)10萬輛氫燃料電池汽車的生產(chǎn)體系；到2040年，將分階段生產(chǎn)620萬輛氫燃料電池汽車。韓國政府還計(jì)劃在公共交通領(lǐng)域普及氫燃料電池汽車，力爭到2022年有2000輛氫燃料電池公交車，到2040年有4萬輛氫燃料電池公交車投入使用。此外，韓國警方更換了820輛警察大巴，將搭載氫燃料電池汽車。韓國計(jì)劃到2040年將現(xiàn)有的14座加氫站數(shù)量增加到1200座，燃料電池年發(fā)電量增加到15GW（2018年達(dá)到韓國總發(fā)電量的7%~8%）。如果路線圖成功實(shí)施，到2040年，韓國政府可以創(chuàng)造43萬億韓元的年產(chǎn)值和42萬個(gè)就業(yè)崗位。
中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)研究數(shù)據(jù)顯示，2019年全國氫燃料電池汽車產(chǎn)銷量分別為2831輛和2737輛，運(yùn)營加氫基礎(chǔ)設(shè)施28座。我國現(xiàn)有的氫燃料電池汽車以商用車為主，氫燃料電池乘用車尚處于示范運(yùn)行階段。在燃料電池叉車方面，中國已經(jīng)部署了東莞氫宇等公司。但目前制約我國氫燃料電池汽車發(fā)展的瓶頸包括燃料電池耐久性、關(guān)鍵材料和核心部件、氫氣供應(yīng)等。
現(xiàn)代的“氫燃料電池重卡生態(tài)圈”
為了順利推動(dòng)XCIENT Fuel Cell氫燃料電池重卡的普及，現(xiàn)代汽車構(gòu)建了獨(dú)特的氫燃料生態(tài)系統(tǒng)，并利用這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)將氫燃料電池重卡推向市場(chǎng)。為此，現(xiàn)代汽車率先打造“氫燃料電池重卡生態(tài)圈”，綁定氫燃料生產(chǎn)企業(yè)、加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)聯(lián)合組織、重卡客戶企業(yè)。
Hyundai
Hydrogen Mobility（現(xiàn)代汽車與瑞士專業(yè)氫能源解決方案公司H2
Energy成立的合資公司）作為氫燃料電池卡車的供應(yīng)商，已加入全球21家能源公司和物流公司的聯(lián)盟，成為H2 Mobility
Switzerland的合作伙伴成立協(xié)會(huì)是為了與加氫領(lǐng)域的主要參與者建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。此外，作為現(xiàn)代汽車的合作伙伴，H2
Energy也是瑞士氫能移動(dòng)協(xié)會(huì)的成員。2020年，與Alpiq、林德、世界知名能源公司（Hydrospider
Corporation）在瑞士成立了第一家生產(chǎn)商業(yè)氫能源的合資企業(yè)，氫燃料生產(chǎn)主體也被列入“氫燃料電池重型卡車生態(tài)圈。”
氫氣密度低，難以儲(chǔ)存和運(yùn)輸，但其熱值高。氫氣的高儲(chǔ)運(yùn)成本與氫氣的特性有關(guān)。氫氣在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度為0.0899克/升，其熱值為1.4億焦耳/千克。即約1公斤氫氣可完全放出39度電，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%。1公斤氫氣所含的能量與3.3升柴油所含的能量大致相同。相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，7公斤氫氣足以為40噸重的卡車提供約96公里的動(dòng)力。
Hydrospider致力于利用水力發(fā)電的剩余電力通過電解（電解水）生產(chǎn)氫能，基本不排放污染物。
Hydrospider生產(chǎn)的環(huán)保氫能將由H2 Energy和Hyundai Hydrogen
Mobility積極供應(yīng)給瑞士氫動(dòng)力協(xié)會(huì)成員公司建造的加氫站。這意味著現(xiàn)代汽車致力于打造的“氫燃料電池重卡生態(tài)圈”具有創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，同時(shí)涵蓋加氫站建設(shè)主體和卡車需求渠道。隨著現(xiàn)代汽車開始全面供應(yīng)氫燃料電池重卡，加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也將加快推進(jìn)。
現(xiàn)代汽車以打造全球第一輛量產(chǎn)和銷售氫燃料電池重型卡車起步，向世界展示了公司在氫燃料電池商用車領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。現(xiàn)代汽車超越了單純的汽車供應(yīng)商身份，通過與歐洲氫燃料價(jià)值鏈合作伙伴的密切合作，構(gòu)建了實(shí)現(xiàn)氫燃料生產(chǎn)、流通、消費(fèi)全產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)的氫燃料商業(yè)生態(tài)。未來，公司將繼續(xù)進(jìn)軍歐洲、北美和中國，引領(lǐng)全球環(huán)保商用車市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
2019年11月，中國首批氫燃料重型卡車在寶武集團(tuán)投入商業(yè)運(yùn)營。2021年7月7日，我國首輛49噸重氫運(yùn)輸車在河鋼唐鋼新區(qū)投入使用。氫燃料電池卡車由南京開沃新能源汽車公司生產(chǎn)。目前，氫燃料電池重卡市場(chǎng)正在逐步發(fā)展成熟。日本、韓國、美國和歐洲的氫燃料電池汽車公司已與傳統(tǒng)卡車制造商聯(lián)手。國內(nèi)主要汽車企業(yè)和鋼鐵企業(yè)也已經(jīng)預(yù)見到氫燃料電池重卡未來的發(fā)展前景。氫能重卡賽道百花齊放，中國各大車企必須憑借自身實(shí)力與國際品牌抗衡，在鋼鐵企業(yè)致力于研究氫冶金及其實(shí)現(xiàn)方法的同時(shí)，氫燃料電池汽車制造行業(yè)將繼續(xù)幫助他們。
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