加拿大工程院院士叶思宇:广州应在大湾区组队推氢能源汽车

作为最理想的清洁能源之一，氢能被视为新能源汽车的终极解决方案。



2017年10月，黄埔区提出重点发展

燃料电池和氢能源汽车产业，

并签定六个涉及氢能源领域的

全产业链板块项目的合作协议。

2018年2月，黄埔区与

鸿基创能科技（广州）有限公司

签署战略合作框架协议，

共建氢燃料电池膜电极产业化项目

以填补国内空白。2018年11月，

加拿大工程院院士叶思宇

担任鸿基创能首席技术官一职。



近日，南都记者专访了这位

领导开发燃料电池核心组件膜电极的专家，

希望了解氢能源汽车推广的难点在哪儿？

技术突破成效如何？

在纯电动汽车和燃油汽车“瓜分”市场之下，

氢能源汽车如何“接轨”？

在此过程中，政府应当发挥怎样的作用？

广州又应当如何发力氢能产业？


氢能源汽车价高首先是膜电极成本高
南都：国内很多地区都提出要发展氢能源汽车，但目前看来仍在起步阶段，您怎么看？叶思宇：氢能源汽车就是氢燃料电池汽车，通过氢气和空气中的氧气发生电化学反应后生成电驱动整个汽车的运行。虽然氢燃料电池叫做“电池”，但它其实是发动机，只需要加氢就可以续航。作为氢能源汽车的关键，氢燃料电池本身就是一个产业，涵盖催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板、密封圈、空压机、电堆及系统、氢燃料电池测试设备等等上下游环节。仅就氢燃料电池来看，目前我们原材料和关键零部件等方面仍有差距。而要从整车产业链去考虑的话，不仅是技术问题要解决，还要把成本降下来，仍然有较长的路要走。南都：如何能把氢燃料电池的成本降下来？叶思宇：由于膜电极是电堆的重要组成部分，且生产成本较高，所以随着膜电极的成本下降，整个燃料电池车的成本将会迎来较大的降幅。数据表明，在每年生产1000套电堆系统时，膜电极的成本占比为78%。即使产量提高到50万套/年，膜电极的成本仍然要占到62%。按照整车来算，膜电极的成本约占到整车成本的1/6。除了通过不断的技术革新和工艺过程的进步以外，规模化是降低氢燃料电池成本的关键。南都：您带领团队一直专注于做膜电极，是否已经有所突破？叶思宇：我们主要从以下几方面来降低膜电极的成本。首先，目前国内主要使用的是喷涂、热压转印或一面直涂一面热压转印技术，这些工艺催化剂浆料利用率较低、浪费较大、过程复杂。鸿基创能采用的是双面直涂技术，可以按照客户要求的尺寸设置膜电极，催化剂浆料利用率高、过程质量控制精密、良品率高。同时，我们独创了膜电极单层边框封装技术，降低了材料成本。我们还有独特的胶黏剂技术，能提高膜电极的寿命。另外，我们在膜电极的封装技术上自主研发出自动快速封装工艺，以提高产能。南都：跟世界先进水平比起来，鸿基创能的膜电极质量如何？叶思宇：从性能来说，使用鸿基创能膜电极的电堆比国外进口产品的性能提升了35%，成本下降了30%，包括大家比较关注的每千瓦的成本也下降了50%。使用寿命还在评估中，目前已经装到车上的有三台，一台物流车、一台大巴车、一台重卡车。至今三台车的运行情况良好，没有任何性能衰减，所以对其寿命超过15000小时是有信心的。南都：预计何时可以实现大规模量产？叶思宇：鸿基创能在去年9月时设备才真正调试完成投产，至今订单超过了5500万。如果不是受到新冠肺炎疫情影响，订单可能会更多。我们预计今年可能会在云浮、佛山进行小规模示范运营，2022年推出第二代膜电极产品，膜电极年产能300万片，2024年推出第三代膜电极产品，膜电极年产能1000万片。

先从商用车开始推广氢能源汽车南都：除了加快技术研发降低成本，大规模商用也能降低成本，如何推广氢能源汽车？叶思宇：对于这点不同国家的选择并不一样。像日韩会把乘用车当作氢能源汽车优先发展的窗口，因为燃料电池汽车早期都由主机厂控制，如奔驰、丰田、福特、奥迪、大众……它们都以乘用车为主。但是，燃料电池的应用不完全由其自身所决定，关键还与加氢站等配套设施相关，像我国大部分专家和从业人员会认为以商用车着手推广比较有利。


广州市目前唯一一条氢能源车示范运营线388路公交车尾部的燃料电池。首先商用车的驾驶路线是点对点固定的，如公交车，这样加氢站的布局相对容易。从技术难度来说，乘用车比商用车对燃料电池系统和电堆的要求更苛刻，如功率密度、体积等等，要将燃料电池发动机和储氢瓶等放进乘用车的小环境中是比较有挑战的。另外，在中国，纯电动汽车作为乘用车已经从成本、性能等方面被广大用户接受。燃料电池和纯电动竞争会存在成本上的劣势，但对于像大巴、物流和重卡这样一些路途较长、载重较大的应用，燃料电池的优势就比较明显。南都：有观点认为，未来氢能源汽车将替代目前主流能源汽车，您怎么看？叶思宇：如果替代是一个渐进的过程，我同意使用“替代”这个词，因为新事物总会占据一部分旧市场。但“完全替代”这个词要谨慎使用。另外，不论是发展纯电动汽车，还是氢能源汽车，能源安全和环境保护都要考虑。从环境保护来说，我们希望新能源汽车，包括纯电动和燃料电池汽车，最终能够完全取代燃油车。但从能源安全角度来说，每个国家可能不一样，如在使用石油天然气方面，美国可能完全不用担心，这是他们的优势；而日韩就非常担忧，我们国家可能相对比较担忧。这是一个国家的能源战略问题。只是从环保角度来说，我们希望能减少使用化工燃油产品，或把这些产品使用到更有价值的地方。南都：但氢是二次能源，要环保是否还应考虑制取、储运等环节必须无污染？叶思宇：从新能源生命周期来看，我们希望是由风、光或水电这样纯粹的、真正的可再生能源发电，再由电制氢，而氢与氧的电化学反应的产物是水，达到完全循环。但如果我们现在完全应用理想标准，成本太高。所以还有其他制备方法，比如煤制氢，这取决于我们的资源禀赋。只要我们在煤制氢的过程中，保证产生的二氧化碳能被集中收集和未来重新使用，就是环保的。另外，氢气本身就是化工厂和炼钢的副产物之一。过去没有被利用之前，制出来的氢要么被重新利用一部分，要么被烧掉。虽然这个制作过程是不环保的，但因为我们本来就需要制作化工产品，所以氢气的产生并没有增加额外负担。现在制氢并不难，但要看制作效率是不是最高，副产物是不是最少，这些还需进一步发展。


氢能源汽车排放出的是洁净的富氢水。

产学研用链条上国内最缺工程验证南都：国内的氢能源汽车市场无疑是巨大的，您是否支持“市场换技术”的产业发展路径？叶思宇：我认为如果没有市场，技术也很难蓬勃发展起来，但市场本身不等于技术。所以发展技术需要靠自己，一个是积极学习国外先进技术，一个是积极引进和培养先进技术人才，但最重要的是，要将实验室中先进的技术和市场上先进的制造业连接起来进行工程验证，这可能是我们国家目前的巨大瓶颈。南都：什么是工程验证？叶思宇：任何技术都既需要一定的平台去验证，还需要放在真正的产品上验证，比如膜电极如果没有应用在车上，单一技术指标达到世界先进又如何？应用后的汽车在成本、性能上没有优势，又如何优化改进？这些问题只靠科学家是没有办法去验证的，而制造企业可能没有动力去验证，就会导致科学家研发出的先进技术仅停留在顶级期刊的纸面上。与此同时，号称世界级的制造企业受制于很多关键技术是进口的，利润可能很低，进一步的发展空间就非常有限。我认为中国目前最缺的就是先进科研成果的工程验证。南都：这几年一直在推产学研用一体化发展，问题出在哪儿？叶思宇：很多教授的专长可能并不在产业化上，所以他可能会做出某一件特别优秀的样品，但却很难做出产业化需要的在各个指标上均达到优秀的产品。如果企业直接将难题交给大学教授，他们可能没有办法将企业的问题转化为科学技术上的问题。对于企业来说，如果中间没有一个既懂工程又懂科学的团队，工程师在拿到教授的研究成果后仍然不知道如何解决问题。同样重要的是，产品验证或者应用过程中反馈的信息，如果能够迅速转化为科学研究的问题，你的下一步研发就会比别人更快。南都：如何做到工程验证？叶思宇：汽车的产业链相对来说联系较为紧密，可能有人愿意验证，但也需要政府通过项目、产业集群、政策、补贴等方式推动实现。像本身使用进口部件做的产品，在短期内市场压力不大的情况下，可能没有动力更换国内自主做出的部件，这时就需要政府出钱支持验证和“试用”，看看新部件是否存在问题，问题出自哪里，再将问题转化为科学技术问题，让研究人员解决。

政府还应尽早发挥引导作用南都：您前面提到加氢站是关键，这是否也需要政府出钱先建起来？叶思宇：氢能源汽车的发展是要靠市场决定的。就像充电桩建起来，如果没有足够的用户会亏本，有了电动车，充电桩不够，用户也不会选择电动车。加氢站与氢能源车的关系也同样，需要靠市场调解达到平衡，只是任何一个新技术应用的初期需要一定的“扶持”，很难完全靠自己发展壮大，所以还需要国家进行适当引导。


广州知识城加氢站。南都：您认为，政府应当从哪些方面着手引导？叶思宇：比如我刚才提到的公交车会率先应用氢燃料电池，那么政府的积极介入和适当补贴会让加氢站的运营成本可控。对于以城市配送为主的物流车辆或重卡，因为污染严重所以也应改成燃料电池车。政府在引导时应当从两方面进行考量，一是直接的扶持降低市场成本，二是扶持对环境带来的好处的应用，这是基于整个生命周期的考量。所以我认为，对于早期进入这个领域的企业可以给予适当的以奖代补、碳税优惠等政策补贴。南都：政府应当尽早介入新技术的市场化发展吗？叶思宇：政府尽早介入肯定是对的，但介入的方式有很多种。我认为，政府首先要起顶层规划、设计作用，因为一项技术从研发到市场化的过程中，如果没有规划，可能会造成环境、人力、原材料等不必要的浪费。尤其考虑到新能源生命周期的回收利用，如要将风、光、水电等结合起来；而企业可能总是在熟知的范围内做事，可能无法与其他环节很好配合，这时政府就应当积极地帮助他们连接起来形成网络。

广州应在大湾区“组队”发展南都：广州正在发力氢能源汽车产业，在您看来，哪些方面需要加强？叶思宇：首先广州甚至整个粤港澳大湾区可能缺少一个燃料电池车企龙头，这是非常遗憾的事情。不过龙头企业不一定要靠终端产品发展而来，也可以靠技术，比如比亚迪和特斯拉都是做电池出身。其次，广州还缺乏技术上的沉淀积累，这就需要依靠大湾区的优势。一方面是佛山在公交车、轻轨上现有的示范性项目的优势，另一方面是云浮在电堆和系统制造等制造业的优势，而我们广州在做燃料电池产业化的膜电极和关键材料制作的理解上优于其他地方，只有整合起来组成团队才能做得比别人更好。比如佛山把他的示范项目做得更好，然后把示范过程中所产生的问题积极反馈回给云浮和广州、深圳的制造业、科研院所等等。承担研究的人员也要跟提出问题的团队保持紧密互动，这是一个渐进的过程，很可能这个问题解决了，会衍生出下一个问题。要不断地、系统地反复应用反馈、相互促进。南都：广州目前已经集聚了一批“氢”企，应当如何更好的实现产业链上下游合作？叶思宇：我认为任何产业的发展一定要根据地方自己的优势，当然有些产业是至关重要的，能够影响其他产业，“下血本”培植也是对的，但这并不代表任何地方都要做真正的全产业链发展。因为氢燃料电池的产业链太长，它所需要的技术、资本投入，都有较高的门槛，而且需要有行业经验积累的人才能做起来。所以，我们不提倡单个地方打造全产业链，真正的合作更多的是信息和人员的交流，不是我发现你的有用我也去做，而是我们一起做，将我的问题变成你的问题来解决，或将你的答案变成我未来解决方案的一部分。所以回到我们上面讨论的，大湾区应该“组队”，一起建立领先中国甚至全球的氢燃料电池的产业集群。

【人物档案】

叶思宇，1978年就读厦门大学化学系，1988年在厦门大学获得电化学专业博士学位，毕业后赴德国杜伊斯堡大学和加拿大魁北克大学做博士后深造，2000年受邀加入全球最顶尖的燃料电池研发和生产企业——加拿大巴拉德动力系统公司，2002年被提拔为巴拉德公司首席科学家，2018年当选加拿大国家工程院院士，目前是国际公认燃料电池电催化和膜电极的领军人物，成功推出全球第一个基于非贵重金属催化剂的燃料电池产品，该成果被誉为燃料电池领域的重大突破。

他曾任职加拿大巴拉德动力系统公司首席科学家。目前，他是鸿基创能科技（广州）有限公司副董事长和首席技术官。
2018年回国后，叶思宇积极推进燃料电池产业化进程，担任广东省省长经济顾问，广东省政府新能源汽车产业创新发展咨询委员会燃料电池汽车领域专家组组长，广东省氢能技术重点实验室第一届学术委员会主任，致力于推动中国新能源产业的发展。
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来源 | 南方都市报