第21届联合国气候变化大会（巴黎气候大会）通过的《巴黎协定》，提出了将全球平均气温上升（与工业化前时期相比）控制在2摄氏度以内的目标。近年来，欧盟、日本、韩国和中国相继提出了各自的碳达峰和碳中和目标。为实现这些目标，钢铁行业和汽车制造业正在积极探索有效减少碳排放的途径。钢铁行业重点研究氢冶金及其实施方法。汽车制造业也相继开发了混合动力汽车、纯电动汽车、氢燃料电池汽车。如今，越来越多的汽车厂商开始研发氢燃料电池汽车，钢铁企业也越来越重视氢能的利用。为了实现碳中和，两大产业都瞄准了低碳排放的氢能利用技术。

氢燃料电池汽车利用催化剂（通常是铂）将储氢罐中的氢气分解成氢离子和电子，然后使氢离子穿过质子膜与空气中的氧发生反应而产生电能。氢燃料电池汽车的能量转换是在静态条件下完成的，无噪音、无振动、工作温度低、功率响应快。燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，能量转化效率为45%～50%，而一般内燃机车的能量转化效率为30%左右。氢燃料电池的功率由单体电池的片数决定，续航里程由氢燃料箱的大小（储氢容量）决定。氢燃料电池汽车不排放硫氧化合物、氮氧化物等有害气体，也不排放二氧化碳，这是一种绿色汽车。

氢燃料电池汽车的主要结构由高压储氢罐、燃料电池（反应堆）、升压逆变器、动力控制单元、电动机和驱动电池等组成（见图1）。

质子膜燃料电池（Proton Exchange Membrane）是燃料电池汽车的动力源。质子膜燃料电池的核心部件是膜电极组件（MEA），它包括质子交换膜、催化层、气体扩散层等片状结构。这些材料层在热压成型后形成膜电极组件。需要在两侧安装密封圈，然后将其放置在双极板之间以形成单个电池。几个单电池组合在一起形成燃料电池堆。质子交换膜是制造氢燃料电池的关键材料，一般占燃料电池系统成本的5%。目前，全球只有杜邦和一家日本公司能够商业化供应氢燃料电池质子交换膜材料。2014年，山东东岳集团在国内生产的普通燃料电池膜的使用寿命仅为800小时。2015年电池膜使用寿命达到2000小时。2016年东岳膜DF260达到国际燃料电池汽车膜要求。公司加速寿命试验超过6000小时。全球年产铂金约200吨。普通燃料电池汽车对铂金的需求量从1g/kW下降到0.3g/kW，实验室条件下有可能达到0.1g/kW。2015年，丰田在其生产的每辆氢燃料电池汽车中使用了100克铂金。目前，它已将铂金使用量减少到每辆车10克。其目标是将自行车中使用的铂金量减少到5 克。

世界主要国家氢燃料电池汽车发展状况

日本着力建设氢能社会，制定了国家氢能基本战略，确定了到2050年建成氢能社会的目标和具体行动计划。截至2017年底，日本拥有超过2000辆氢燃料电池汽车。在2021年东京奥运会上，日本成功地使用氢气作为主火炬的燃料。这是奥运会历史上第一次主火炬使用不排放二氧化碳的燃料。除了使用氢气作为东京奥运会的火炬燃料外，奥运村周围还建立了加氢站。奥运期间，氢燃料电池汽车将提供24小时加氢服务。日本计划到2025年将有20万辆氢燃料电池汽车上路，到2030年将有80万辆，全国将建设并投入使用900座加氢站。

2015年，液化空气、戴姆勒、林德、OMV、壳牌、道达尔等六家氢能行业龙头企业组成“H2 Mobility”企业联盟，支持德国氢能作为社会产业资本产业发展，建设氢燃料电池汽车的氢基础设施。“H2 Mobility”企业联盟计划到2023年建设并投产400座加氢站。中国长城汽车于2018年10月与“H2 Mobility”企业联盟签署谅解备忘录，并通过提供额外资金获得联盟约5%的股份投资，成为第七大股东。

2020 年 6 月 10 日，德国联邦内阁通过了《国家氢能战略》，为德国未来氢能的生产、运输、使用和再利用建立了统一、连贯的政策框架，以及相应的技术创新和投资。该战略有助于德国实现其气候目标。这是德国打造新的经济价值链，进一步发展与其他国家的国际能源政策合作，保障德国能源供应体系安全的必要举措。此外，德国汉堡近年来还启动了氢能示范应用项目——“HyCity”项目（氢能城市计划），涵盖氢气生产、运输、储存和燃料电池应用的整个氢能产业链。德国致力于开发集风力发电、水电解制氢、高压储氢和燃料电池发电技术于一体的氢能应用技术，并建立了多个氢能示范应用中心。

2019年，韩国发布《氢能源经济发展路线图》，计划到2019年底在国内推广4000多辆氢燃料电池汽车；到2025年，建立年产10万辆氢燃料电池汽车的生产体系；到2040年，将分阶段生产620万辆氢燃料电池汽车。韩国政府还计划在公共交通领域普及氢燃料电池汽车，力争到2022年有2000辆氢燃料电池公交车，到2040年有4万辆氢燃料电池公交车投入使用。此外，韩国警方更换了820辆警察大巴，将搭载氢燃料电池汽车。韩国计划到2040年将现有的14座加氢站数量增加到1200座，燃料电池年发电量增加到15GW（2018年达到韩国总发电量的7%~8%）。如果路线图成功实施，到2040年，韩国政府可以创造43万亿韩元的年产值和42万个就业岗位。

中国汽车工业协会研究数据显示，2019年全国氢燃料电池汽车产销量分别为2831辆和2737辆，运营加氢基础设施28座。我国现有的氢燃料电池汽车以商用车为主，氢燃料电池乘用车尚处于示范运行阶段。在燃料电池叉车方面，中国已经部署了东莞氢宇等公司。但目前制约我国氢燃料电池汽车发展的瓶颈包括燃料电池耐久性、关键材料和核心部件、氢气供应等。

现代的“氢燃料电池重卡生态圈”

为了顺利推动XCIENT Fuel Cell氢燃料电池重卡的普及，现代汽车构建了独特的氢燃料生态系统，并利用这个生态系统将氢燃料电池重卡推向市场。为此，现代汽车率先打造“氢燃料电池重卡生态圈”，绑定氢燃料生产企业、加氢站基础设施建设联合组织、重卡客户企业。

Hyundai Hydrogen Mobility（现代汽车与瑞士专业氢能源解决方案公司H2 Energy成立的合资公司）作为氢燃料电池卡车的供应商，已加入全球21家能源公司和物流公司的联盟，成为H2 Mobility Switzerland的合作伙伴成立协会是为了与加氢领域的主要参与者建立战略合作伙伴关系。此外，作为现代汽车的合作伙伴，H2 Energy也是瑞士氢能移动协会的成员。2020年，与Alpiq、林德、世界知名能源公司（Hydrospider Corporation）在瑞士成立了第一家生产商业氢能源的合资企业，氢燃料生产主体也被列入“氢燃料电池重型卡车生态圈。”

氢气密度低，难以储存和运输，但其热值高。氢气的高储运成本与氢气的特性有关。氢气在1个标准大气压下的密度为0.0899克/升，其热值为1.4亿焦耳/千克。即约1公斤氢气可完全放出39度电，转换效率高达60%。1公斤氢气所含的能量与3.3升柴油所含的能量大致相同。相关数据计算，7公斤氢气足以为40吨重的卡车提供约96公里的动力。

Hydrospider致力于利用水力发电的剩余电力通过电解（电解水）生产氢能，基本不排放污染物。 Hydrospider生产的环保氢能将由H2 Energy和Hyundai Hydrogen Mobility积极供应给瑞士氢动力协会成员公司建造的加氢站。这意味着现代汽车致力于打造的“氢燃料电池重卡生态圈”具有创新结构，同时涵盖加氢站建设主体和卡车需求渠道。随着现代汽车开始全面供应氢燃料电池重卡，加氢站基础设施建设也将加快推进。

现代汽车以打造全球第一辆量产和销售氢燃料电池重型卡车起步，向世界展示了公司在氢燃料电池商用车领域的领先地位。现代汽车超越了单纯的汽车供应商身份，通过与欧洲氢燃料价值链合作伙伴的密切合作，构建了实现氢燃料生产、流通、消费全产业链循环的氢燃料商业生态。未来，公司将继续进军欧洲、北美和中国，引领全球环保商用车市场实现结构转型升级。

2019年11月，中国首批氢燃料重型卡车在宝武集团投入商业运营。2021年7月7日，我国首辆49吨重氢运输车在河钢唐钢新区投入使用。氢燃料电池卡车由南京开沃新能源汽车公司生产。目前，氢燃料电池重卡市场正在逐步发展成熟。日本、韩国、美国和欧洲的氢燃料电池汽车公司已与传统卡车制造商联手。国内主要汽车企业和钢铁企业也已经预见到氢燃料电池重卡未来的发展前景。氢能重卡赛道百花齐放，中国各大车企必须凭借自身实力与国际品牌抗衡，在钢铁企业致力于研究氢冶金及其实现方法的同时，氢燃料电池汽车制造行业将继续帮助他们。

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