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第21屆聯(lián)合國氣候變化大會（巴黎氣候大會）通過的《巴黎協(xié)定》，提出了將全球平均氣溫上升（與工業(yè)化前時期相比）控制在2攝氏度以內的目標。近年來，歐盟、日本、韓國和中國相繼提出了各自的碳達峰和碳中和目標。為實現(xiàn)這些目標，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)重點研究氫冶金及其實施方法。汽車制造業(yè)也相繼開發(fā)了混合動力汽車、純電動汽車、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。為了實現(xiàn)碳中和，兩大產(chǎn)業(yè)都瞄準了低碳排放的氫能利用技術。
氫燃料電池汽車利用催化劑（通常是鉑）將儲氫罐中的氫氣分解成氫離子和電子，然后使氫離子穿過質子膜與空氣中的氧發(fā)生反應而產(chǎn)生電能。氫燃料電池汽車的能量轉換是在靜態(tài)條件下完成的，無噪音、無振動、工作溫度低、功率響應快。燃料電池直接將燃料的化學能轉化為電能，能量轉化效率為45%～50%，而一般內燃機車的能量轉化效率為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構由高壓儲氫罐、燃料電池（反應堆）、升壓逆變器、動力控制單元、電動機和驅動電池等組成（見圖1）。
質子膜燃料電池（Proton
Exchange
Membrane）是燃料電池汽車的動力源。質子膜燃料電池的核心部件是膜電極組件（MEA），它包括質子交換膜、催化層、氣體擴散層等片狀結構。這些材料層在熱壓成型后形成膜電極組件。需要在兩側安裝密封圈，然后將其放置在雙極板之間以形成單個電池。幾個單電池組合在一起形成燃料電池堆。質子交換膜是制造氫燃料電池的關鍵材料，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)化供應氫燃料電池質子交換膜材料。2014年，山東東岳集團在國內生產(chǎn)的普通燃料電池膜的使用壽命僅為800小時。2015年電池膜使用壽命達到2000小時。2016年東岳膜DF260達到國際燃料電池汽車膜要求。公司加速壽命試驗超過6000小時。全球年產(chǎn)鉑金約200噸。普通燃料電池汽車對鉑金的需求量從1g/kW下降到0.3g/kW，實驗室條件下有可能達到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)展狀況
日本著力建設氫能社會，制定了國家氫能基本戰(zhàn)略，確定了到2050年建成氫能社會的目標和具體行動計劃。截至2017年底，日本擁有超過2000輛氫燃料電池汽車。在2021年東京奧運會上，日本成功地使用氫氣作為主火炬的燃料。這是奧運會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會的火炬燃料外，奧運村周圍還建立了加氫站。奧運期間，氫燃料電池汽車將提供24小時加氫服務。日本計劃到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產(chǎn)業(yè)資本產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建設氫燃料電池汽車的氫基礎設施。“H2
Mobility”企業(yè)聯(lián)盟計劃到2023年建設并投產(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)邦內閣通過了《國家氫能戰(zhàn)略》，為德國未來氫能的生產(chǎn)、運輸、使用和再利用建立了統(tǒng)一、連貫的政策框架，以及相應的技術創(chuàng)新和投資。該戰(zhàn)略有助于德國實現(xiàn)其氣候目標。這是德國打造新的經(jīng)濟價值鏈，進一步發(fā)展與其他國家的國際能源政策合作，保障德國能源供應體系安全的必要舉措。此外，德國漢堡近年來還啟動了氫能示范應用項目——“HyCity”項目（氫能城市計劃），涵蓋氫氣生產(chǎn)、運輸、儲存和燃料電池應用的整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈。德國致力于開發(fā)集風力發(fā)電、水電解制氫、高壓儲氫和燃料電池發(fā)電技術于一體的氫能應用技術，并建立了多個氫能示范應用中心。
2019年，韓國發(fā)布《氫能源經(jīng)濟發(fā)展路線圖》，計劃到2019年底在國內推廣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。韓國政府還計劃在公共交通領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年達到韓國總發(fā)電量的7%~8%）。如果路線圖成功實施，到2040年，韓國政府可以創(chuàng)造43萬億韓元的年產(chǎn)值和42萬個就業(yè)崗位。
中國汽車工業(yè)協(xié)會研究數(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，運營加氫基礎設施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、關鍵材料和核心部件、氫氣供應等。
現(xiàn)代的“氫燃料電池重卡生態(tài)圈”
為了順利推動XCIENT Fuel Cell氫燃料電池重卡的普及，現(xiàn)代汽車構建了獨特的氫燃料生態(tài)系統(tǒng)，并利用這個生態(tài)系統(tǒng)將氫燃料電池重卡推向市場。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)、加氫站基礎設施建設聯(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)會是為了與加氫領域的主要參與者建立戰(zhàn)略合作伙伴關系。此外，作為現(xiàn)代汽車的合作伙伴，H2 Energy也是瑞士氫能移動協(xié)會的成員。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?！?br/>
氫氣密度低，難以儲存和運輸，但其熱值高。氫氣的高儲運成本與氫氣的特性有關。氫氣在1個標準大氣壓下的密度為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，轉換效率高達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。相關數(shù)據(jù)計算，7公斤氫氣足以為40噸重的卡車提供約96公里的動力。
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積極供應給瑞士氫動力協(xié)會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)新結構，同時涵蓋加氫站建設主體和卡車需求渠道。隨著現(xiàn)代汽車開始全面供應氫燃料電池重卡，加氫站基礎設施建設也將加快推進。
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域的領先地位?，F(xiàn)代汽車超越了單純的汽車供應商身份，通過與歐洲氫燃料價值鏈合作伙伴的密切合作，構建了實現(xiàn)氫燃料生產(chǎn)、流通、消費全產(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)進軍歐洲、北美和中國，引領全球環(huán)保商用車市場實現(xiàn)結構轉型升級。
2019年11月，中國首批氫燃料重型卡車在寶武集團投入商業(yè)運營。2021年7月7日，我國首輛49噸重氫運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。國內主要汽車企業(yè)和鋼鐵企業(yè)也已經(jīng)預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現(xiàn)方法的同時，氫燃料電池汽車制造行業(yè)將繼續(xù)幫助他們。
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