李骏：氢氨一体化能源汽车将是重要方向

人们认识的不多。氨燃料是上天对中国的厚待。中国的能源结构和世界趋势并不相同，而中国的氨产量占据全球的半壁江山，合成氨厂遍布全国，同时氨的运输体系和分布网络在世界上可以说是最完善的。

从上世纪六十年代开始，氨燃料从军用到民用，正在逐渐地市场化。美国为了应对石油危机，研发成功氨燃料超音速飞机，俄罗斯也在近几年研发氨燃料火箭发动机。而日本、韩国的不少汽车公司也研发推出氨燃料汽车。在不少发达国家的农场都开始利用风能、太阳能，制取氨燃料、氨化肥。最后，王兆林教授展示了近几年各大高校在氨燃料领域工作的项目。

竞逐绿色能源新“战场”，氨能源或将掀起新一代能源革命！

2020 年以来，全球各大主要经济主体及地区，以逐渐形成“ 绿色发展”为核心的发展理念，碳中和计划成为全球热词，以光伏、风力、氢能等为代表的清洁能源发展开始加速，一场新的能源革命正在徐徐拉开大幕。

一直以来，化石燃料燃烧所产生的二氧化碳所占比重最大，是最主要的人为温室气体，如不尽快采取实质行动，大气中二氧化碳浓度将会超过450ppm的警戒值，到21世纪末全球温升将超过4摄氏度，对人类生存将构成重大威胁。

同时随着人口增长和城镇化、工业化的快速发展，全球化石能源资源有限，开发成本不断增大，保障全球能源供应面临巨大压力。而我国国情多煤少油，煤炭发电占比居高不下，石油依存度不断上升，加快发展清洁能源成必然趋势。

中国没有氨能源汽车，但是有氢能源汽车：首款氢能源汽车格罗夫，由格罗夫氢能自主研发，格罗夫氢能是一家位于湖北武汉的新能源企业。

利用氢作为能源的最大优势是它与空气中的氧气反应，只产生水蒸气排放，有效地减少了传统汽油车对空气的污染。

短期内吸入大量氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏力等。若吸入的氨气过多，导致血液中氨浓度过高，就会通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏的停搏和呼吸停止，危及生命。

室内空气中氨气主要来自建筑施工中使用的混泥土添加剂。添加剂中含有大量氨内物质，在墙体中随着温度、湿度等环境因素的变化而还原成氨气释放出来

（1）工业上用氮气和氢气合成氨气，反应的化学方程式：N2+3H2 

实验室制取氨气反应物为氯化铵（NH4Cl）晶体和熟石灰（Ca（OH）2）粉末，反应条件为加热，因此选择的发生装置为给固体加热”型；生成氨气、氯化钙和水，因此反应原理为2NH4Cl+Ca（OH）2

（2）从挤压胶头滴管能形成喷泉，其原因是烧瓶内气压变小，导致气压变化的是氨气极易溶于水，由于生成了红色喷泉说明氨水能使酚酞试液变红，可知氨水呈碱性；

（3）一定条件下氨气在纯氧中完全燃烧生成水和空气中含量最多的一种气体（氮气），反应的化学方程式为：4NH3+3O2

图表可知氨气比氢气沸点高，所以更易液化，便于储存和运输；

氨气具有刺激性气味，氨气易溶于水，所以氨气泄漏时易被发现，同时也便于处理．

答案：

（1）N2+3H2 

（2）氨气极易溶于水   氨水呈碱性

（3）4NH3+3O2

氨气比氢气沸点高，所以更易液化，便于储存和运输；氨气具有刺激性气味，氨气易溶于水，所以氨气泄漏时易被发现，同时也便于处理．

[1]、金龙汽车（600686）：

公司主营汽车产品及零配件，其大中型客车的市场占有率高。同时公司一直致力于新能源客车的研发，09年初，公司研制的新一代氢燃料电池城市客车在苏州下线，此举标志着国家“863计划十一五攻关项目：节能与新能源汽车”--氢燃料城市客车研发项目取得新突破。

[2]、上海汽车（600104）：

公司为世博会提供了970辆新能源汽车，包括油电混合动力、超级电容车、燃料电池车和纯电动车四大门类。从目前运行情况看，出勤率最高达99%，市场反应良好；上海汽车的新能源汽车历史可追溯至2002年，彼时公司已开始研究未来汽车的技术发展路线，当时欧洲的基本路线是柴油化，美国走的是燃料电池路线。经过研究，上汽的技术路线明确为：在汽车驱动电动化的趋势下，上汽重点发展纯电动和混合电动，二者要尽快产业化；跟进燃料电池车，进行示范化运行。

[3]、长城电工（600192）：

公司与中科院大连化学等共同设立大连新源动力股份公司，从事质子交换膜燃料电池开发生产。该公司依托中科院大连化物所自有知识产权的质子交换膜燃料电池技术，将以批量生产技术及多种燃料电池产品的开发，使其尽快商品化和产业化。新源动力是我国第一家致力于燃料电池产业化的股份制企业，承担了国家科技部863燃料电池重大专项。

注2：资料显示，质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将氢气与空气中的氧气经催化反应后结合生成水并释放出电能的技术，具有高效环保等优点。PEMFC应用前景广阔，市场潜力巨大，对产业结构升级、环境保护及经济的可持续发展均有重要意义，这种技术已被美国、加拿大等发达国家认定为21世纪首选的清洁能源系统。

[4]、同济科技（600846）：

公司(占36.23%股权)与中科院上海有机化学研究所、上海神力科技有限公司组建中科同力化工材料有限公司，该公司开发的质子交换膜制造燃料电池电动汽车。

[5]、新大洲A（000571）：

公司控股的大连新源动力以中科院大连化学物理研究所"九五重点攻关项目"--质子交换膜燃料电池技术为依托，是中国燃料电池产业的旗舰，将建成5500KW燃料电池堆用关键部件的批量生产线，这也将成为我国第一个燃料电池材料及部件的产业化生产基地。新大洲控股的新源动力已在江苏和上海市投资设立了两个全资子公司，主攻新能源电池研发生产。

[6]、复星医药（600196）：

公司控股子公司医药投资合计以5045.28万元受让神力科技36.26%股权，并以1000万元对其增资，完成后占注册资本38.808%。该公司氢动力项目系国家863项目，产品已进入生产阶段，已拥有270项专利成果，主要科研产品包括燃料电池轿车发动机(国家863重大专项成果)、燃料电池大巴发动机(国家863重大专项成果)等。

（1）上个世纪50年代末至60年代初建造的第一批原型核电站；

（2）60年代至70年代大批建造的单机容量在600~1400 MW的标准型核电站，它们是目前世界上正在运行的439座核电站（2002年6月统计数）的主体；

（3）80年代开始发展、在90年代末开始投入市场的先进轻水堆（ALWR）核电站。

Gen-IV的概念最先是在1999年6月召开的美国核学会年会上提出的。在当年11月该学会冬季年会上，进一步明确了发展Gen-IV的设想。美国、法国、日本、英国等核电发达国家在2000年组建了Gen-IV国际论坛，拟用2~3年的时间完成制定Gen-IV研发目标计划。这项计划总的目标是在2030年左右，向市场上提供能够很好解决核能经济性、安全性、废物处理和防止核扩散问题的Gen-IV。

2 Gen-IV的研发目标

目前Gen-IV先进核能系统的概念还比较模糊，国际上也没有一个确切的定义。但是，这里已经明确的是"先进核能系统"，而非"先进反应堆"。其应满足安全、经济、可持续发展、极少的废物生成、燃料增殖的风险低等基本标准。

2.1 可持续能力目标

按照比较权威的定义，可持续能力的本质是如何维系地球生存支持系统去满足人类基本需求的能力。对一个特定系统而言，是其在规定目标和预设阶段内可以成功地将其发展度、协调度、持续度稳定地约束在可持续发展阈值内的概率，也就是其成功地延伸至可持续发展目标的能力。Gen-IV的可持续能力目标包括燃料的有效利用、废物管理和在物理上对核扩散的限制。即：

可持续能力目标1：Gen-IV将为全世界提供满足洁净空气要求、长期可靠、燃料有效利用的可持续能源。

可持续能力目标2：Gen-IV产生的核废料量极少；采用的核废料管理方式将既能妥善地对核废料进行安全处置，又能显著减少工作人员的剂量，从而改进对公众健康和环境的保护。

可持续能力目标3：Gen-IV要把商业性核燃料循环导致的核扩散可能性限定在最低限度，使得难以将其转为军事用途，并为防止恐怖活动在物理上提供更有效的措施。

2.2 安全可靠性目标

在核能系统的研发和运行中，安全可靠是优先考虑的基本因素。在正常运行或假想的瞬态工况下，核能系统都必须保持其安全裕量，防止事故发生，并有有效的事故缓解措施。同时，要求有很高的运行可靠性。

多年来，改进核能系统的安全可靠性，降低厂外放射性释放的频率和程度，降低严重事故发生的概率，一直是明确的趋势。Gen-IV要通过进一步的改进达到更高的安全可靠性，更好地保护员工、公众的健康和环境。在这方面，Gen-IV也有三个目标：

安全可靠性目标1：Gen-IV在安全、可靠运行方面将明显优于其它核能系统。

这个目标是通过减少能诱发事故或使一般事故演变成严重事故的事件、设备问题和人因问题的数量来提高运行的安全性。这个目标也通过强化可靠性来提高核能系统的经济性。要达到这些运行目标、支持强化公众信心的安全示范，需要提出相应的要求和进行精心的设计。

为了将安全可靠性提高到最高水平，第四代核能系统必须继续采用工业界与监管机构为增强公众信心而建立的有关法规，并采用未来的先进技术。

安全可靠性目标2：Gen-IV堆芯损坏的可能性极低；即使损坏，程度也很轻。

这一目标对业主/运行者是至关重要的。多年来，人们一直在致力于降低堆芯损坏的概率。采用的措施包括PRA分析方法、制定用户要求文件、在安全系统中引进非能动概念等。

安全可靠性目标3：在事故条件下无厂外释放，不需要厂外应急。

公众、特别是居住在核设施附近的居民认为需要厂外应急是核能不安全、不可靠的一个证明。因此，Gen-IV在设计上的一个努力方向就是通过设计和采用先进技术取消厂外应急。这是核能安全的一个革命性改进，它表明：无论核电站发生什么事故，都不会造成对厂外公众的损害。

2.3 经济性目标

Gen-IV将采取重大步骤以降低新建核电厂的投资费用和财务风险，否则其在可持续能力、安全可靠性方面的优点会被较高的资本费用和发电成本以及相应的高风险所淹没。长期以来，核电站主要是带基本负荷运行。这种情况正在发生变化，全球能源市场正在由管制向解除管制过渡，会有更多的独立发电公司和商业电厂业主（运行者）进入解除了管制的电力市场。这意味着正在研发中的核电站要考虑更多的潜在的电厂业主，未来的核能系统要适应不同的要求，包括负荷跟踪和功率较小的机组。我国已建和在建的多数核电站的经济竞争性不理想。随着我国能源事业的发展和电力体制改革的不断深化，提高核电经济性的要求也将更为迫切。目前，新建核电厂的单位造价（$1500~2000/kW，是化石燃料电厂单位造价的2~4倍）和较长的建造时间、审批时间、退役时间，与其它电力生产方式是不能相比的。要能够和其它电力生产方式相竞争，核电站的建设应当满足：

·初投资（隔夜价）每千瓦小于1000美元；

·总的电力生产成本应低于3美分/kWh；

·建设期小于3年。

经济目标1：Gen-IV在全寿期内的经济性明显优于其它能源系统。

要确保核能系统成为世界能源供应体系中一个不可缺少的部分，需要全寿期内的成本优势。全寿期成本包括四个主要部分：建设投资、运行和维修成本、燃料循环成本、退役和净化成本。还有一些其它的重要因素影响全寿期成本，如融资条件、整个项目持续时间、建设进度、容量因子和电站寿命。目前，投资成本高和建设期太长是新建核电厂在财务上的主要障碍，而运行和维修成本在现有电站中近年来已大大改进。对Gen-IV，全寿期成本的所有因素都要优于其它的能源（包括现有的核系统），以确保其竞争力。

经济目标2：Gen-IV的财务风险水平与其它能源项目的财务风险水平相当。

在一个竞争的资本市场上，要筹集到建设所需的资金，Gen-IV就必须将财务风险降低到或保持在为新建项目融资进行竞争的水平。

很多人都说氢能是21世纪的终极能源，氢能源车是汽车的尽头。

在这样的基调下，2021年吹过的氢能热潮一直延续到2022年。但你可知道截至2021年，在中国马路上行驶的氢燃料电池车仅有9000多辆（央视财经数据）。

我们这些普通人几乎见不着，摸不着氢能源车。

氢能源车真的是人间理想之车吗？

我们什么时候才能看到这个“新能源汽车的尽头“？

氢能源车之所以被视作“汽车的尽头”，最重要的原因是能源可再生、来源丰富、质量密度高、无碳排放。

而氢能源汽车又分为两种发展路线：氢燃料电池、氢燃料发动机。由于前者在环保性、舒适性、动力性更具明显优势，因此成为绝大多数车企选择的技术方案。

无论是哪种技术路线，都能让汽车完全避免碳排放。但是否真正环保，还得从源头的制氢途径说起。

制氢途径一般可分为三种：

绿氢：由光、风、水等可再生能源发电后电解水制备出氢气，但技术有待提升，成本高；

蓝氢：由煤炭石油等化石能源、天然气等燃烧发电，并集中处理产生的二氧化碳，此类电能制备；

灰氢：由化石能源制氨，最后分解成氢气，技术成熟，成本低。

简言之，只有绿氢才能做到真正的低碳、环保。那现在中国是什么情况呢？

根据万联证券研究所2020年报告显示，中国的氢能源结构中煤制氢比例为62％，天然气制氢为19％，可再生能源电解水制氢仅占1％。

所以，氢能源车真的是人间理想吗？只能说是，但又不完全是。只有要等到绿氢技术成熟，氢燃料电池车才能算得上完全的脱碳环保。

根据国家监管平台2020年数据显示，在当时全国的6002辆氢燃料电池车中，99.95%都属于商用车，分别是物流车、公交客车、公路客车等。

为什么现在的氢燃料电池车都应用在商用车？主要有两大原因。

一是加氢站太少。

现阶段，建设一座加氢站至少需要上千万元，每年运营成本也高达200多万元。全国的加氢站都在亏钱，回报周期长，加氢站数量增长缓慢。

而乘用车的分布、使用范围广，以目前少有的加氢站根本没办法负荷。

相反商用车线路相对固定，作为配套服务的加氢站只需建在沿线周边，对加氢站数量要求不高。

二是成本太高，车太贵。

上汽大通2020年推出过一款名为EUNIQ 7的氢燃料电池车，补贴后售价约为29.98-39.98万元，也不算很贵，但这是在扣除国家和地方补贴共40万元前提下的售价。

技术更加成熟的丰田Mirai第一、二代版本补贴前售价45万左右，以第一代为例，售价720万日元（约合46万元人民币），政府补贴300万日元（约合20万人民币），加上税收等其他费用，补贴后售价约为30万元人民币。

因为加氢不便，Mirai无论在日本，还是美国都叫好不叫座。有数据显示，自2015年至2020年底，丰田在美国才卖出6487辆Mirai。

反过来看，让氢能进入我们普罗大众的生活，就先要满足两大前提条件：

一是加氢跟加油一样的便利、省钱，加氢站的建设要与氢能车同步发展。

二是卖的价格跟混合动力、纯电动车差不多。

从目前中国重金押注氢能来看，这个节点离我们并不是太远。根据汽车工程学会2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》显示：

到2025年，氢燃料汽车保有量计划达到10万辆左右，加氢站数量达到1000座以上。

至2035年，氢燃料电池车保有量要到100万辆。

届时，氢燃料电池车对我们来说已不再陌生。随着国家不断加大扶持力度，越来越多作为配套的加氢站也会陆续拔地而起。

如果说中国的氢能源车才开始起步，那么日本就已经在奋力狂奔，领先一圈了。

2021年5月，丰田章男驾驶着一台特殊的卡罗拉，以每小时140英里的速度，疾驰在富士国际赛车场的24小时耐力比赛上。

丰田章男最终获得了第49名的成绩，但他的内心就像被打了鸡血一样激动。它的出现，它每跑一公里，都是丰田历史上的重要注脚。

因为这台卡罗拉特别之处就在于搭载氢燃料发动机，跟大家都很熟悉的燃料电池汽车Mirai不同，前者是在活塞发动机中燃烧压缩氢气，跟传统油车烧油类似。

如果这项技术落地商用化，有可能就是丰田交给全球碳中和的又一份答卷。

在去年，丰田还与川崎重工、雅马哈、斯巴鲁、马自达组成“脱碳兄弟联盟”，平时一起研究以氢为代表的清洁性燃料，应用对象包括四轮的汽车，还有两轮的摩托。

实际上在日本，氢能的用武之地可不止汽车、摩托以及船舶、铁道等交通领域。

它还可以用于社区。东京奥运会选手村是全球第一个氢能源社区，其所有的商业设施、巴士、路灯等设备的用电都由氢能供应。

它还可以用于酒店。日本的川崎市金东东京酒店是世界首家使用废弃物生产氢能的酒店，即用废塑料、厨余垃圾制成氢气，最后转化为电能和热能……

全球范围内没有哪个国家比日本更热衷于氢能。早在2017年，日本政府发布了基本氢战略，在过去三十年间累计投入了数千亿日元，几乎是赌上了国运。

一海相隔的韩国同样也在狂追氢经济。

韩国计划到2040年生产620万辆氢燃料电池电动汽车，并在全国建立1200座加氢站，此外还将支持氢能在工业、家庭中的供电，并研发由氢能驱动的船舶、火车和建筑机械。

日韩两国之所以重仓氢能，重要原因之一都是本土资源匮乏，重度依赖石油进口。氢能特别是绿氢贵为一种清洁可再生能源，制氢可以自给自足，自然会成为日韩乃至全球的新宠。

无论是发展氢能源车，还是纯电动车，其实背后都是大国之间的一场关于能源的军事备赛。

回想19世纪下半叶，美国依靠原油建立了支撑大国崛起的“原油体系”：

首先在生产端，洛克菲勒创办了标准石油公司，通过改良设备、以及高效的冶炼技术，提高了炼化效益，一度控制了全球85%的市场；

再者在运输端，洛克菲勒建起了庞大的输油管道，使得石油成本得以大幅下降；

最后在消费端，亨利·福特流水线生产T型车，让汽车变成平民化，不断增加石油消化量。

如今石油资源告急，再加上全球暖化两大问题日益加剧，新能源的开拓必然成为各国头等大事，都需要建立自己的“新能源体系”。

作为“21世纪理想能源”的氢能领域，就必须在生产端建立低成本高效益的绿氢，在运输端就需要打造完全的储氢、运氢、加氢体系，在生产端就需要让车企生产更多成熟、更低价的氢能源车。

关于氢能的这场军事备赛无疑将在这个金三角闭环中弥漫出浓浓硝烟。