淺談氫能源技術的新突破與創(chuàng)新路徑換氫技術是目前氫能源產業(yè)政策和市場等多方面因素共同作用的結果，將推動氫能產業(yè)實現跨越式發(fā)展。一、什么是換氫換氫是利用專用裝置或人工輔助快速更換燃料電池汽車儲氫模塊，實現燃料電池車輛等裝置完成氫補充的過程。對于燃料電池汽車來說，就是利用加注好的車載氫系統直接更換整車上需要補氫的車載氫系統的過程。二、換氫流程1.車輛進站：氫燃料電池汽車駛入加氫站，按照工作人員的指引停靠在指定的加氫位置。2.安全檢查：工作人員會對車輛進行全面的安全檢查，包括檢查車輛的氫氣系統是否存在泄漏、零部件是否損壞等，確保車輛處于安全狀態(tài)，符合加氫條件。3.連接加氫設備：確認車輛安全后，工作人員將加氫槍與車輛的加氫口進行連接，確保連接牢固，防止氫氣泄漏。4.開始換氫：通過加氫站的氫氣壓縮設備和控制系統，將高壓氫氣從加氫站的儲氫裝置輸送到車輛的儲氫罐中。在加氫過程中，工作人員會密切監(jiān)控加氫的壓力、溫度等參數，確保加氫過程安全、穩(wěn)定地進行。5.完成換氫：當車輛儲氫罐達到規(guī)定的壓力或充入的氫氣量達到設定值時，加氫過程結束。工作人員關閉加氫槍閥門，斷開加氫槍與車輛的連接，并對車輛的加氫口進行檢查，確保密封良好。6.車輛出站：工作人員再次對車輛進行安全檢查，確認無誤后，車輛可以駛離加氫站，繼續(xù)投入使用。三、換氫設備1.加氫槍：類似于加油站的加油槍，是將氫氣從加氫站的儲氫系統傳輸到車輛儲氫罐的關鍵設備，需要具備良好的密封性能和安全性能，能夠承受高壓氫氣的傳輸。2.氫氣壓縮機：用于將氫氣壓縮到高壓狀態(tài)，以便存儲和運輸。在加氫站中，氫氣壓縮機是將來自氣源的低壓氫氣壓縮到適合車輛儲氫罐存儲的高壓氫氣的重要設備。3.儲氫罐：無論是加氫站的儲氫罐還是車輛上的儲氫罐，都是用于儲存氫氣的裝置。車輛上的儲氫罐需要在保證安全的前提下，盡可能地減小體積和重量，以提高車輛的性能和續(xù)航里程。四、換氫成本換氫成本主要包括氫氣成本、加氫站建設及運營成本分攤、設備折舊等方面，具體如下：1.氫氣制取成本煤制氫：成本約6.7-17.9元/kg。天然氣制氫：成本在8.9-17.9元/kg。工業(yè)副產氫：成本為8.9-16.8元/kg。電解水制氫：成本較高，約38-54.8元/kg。生物制氫：成本約28.6元/kg。2.加氫站相關成本建設成本分攤：以500kg的35Mpa固定式加氫站為例，建設費用約1000萬元，設備折舊年限15年，年折舊費用66.6萬元；若土地購置300萬元，折舊年限30年，年折舊費用10萬元。3.運營成本分攤人工成本：加氫站最低配備5名員工，人工平均8萬元/人/年，5名員工人工成本40萬元/年。其他費用：包括電費、計量費用、維修維護費用等，合計約50-100萬元/年。4.運輸成本（1）氣態(tài)運輸：如果采用管束拖車運輸，距離較近時，每公斤氫氣運輸成本可能在5-10元；長距離運輸成本會更高。（2）液態(tài)運輸：液氫罐車運輸，成本相對氣態(tài)運輸更高，每公斤運輸成本可能在10-20元甚至更高，這還不包括液氫的液化成本。（3）終端加氫成本：據相關數據，如果加氫站采用價格較低的化石能源制氫和工業(yè)副產氫，考慮氫氣運輸成本及利潤，氫氣到廠價格約25-35元/kg。假設加氫站年運行天數300天，產能利用率100%，年加氫量150噸，毛利率約為15%，加氫槍口價格約為45元/kg。五、換氫技術的優(yōu)點“以換代加”彌補加氫基礎設施不足的重要舉措。換氫能夠將車載氫系統從車中脫離出來，實現在氫氣供應端集中充裝，實施以滿換空的新型補氫模式，降低氫氣運輸成本，簡化氫氣補充站點流程，完善換氫基礎設施建設。而且換氫站的建設成本比加氫站更低，這也能夠降低氫氣價格，從而降低燃料電池汽車的運營成本。提升運營效率和優(yōu)化用戶體驗的有效措施。可更換氫系統換氫時間比加氫時間短，由于重卡的儲氫量高，目前一輛氫燃料電池重卡的加氫時間可達10~30min，影響車輛運營效率，而“換氫”僅需要幾分鐘，能夠顯著提升車輛運營效率和用戶體驗。降低車載氫系統全生命周期成本的關鍵途徑。車載氫系統的設計壽命為11000次充裝循環(huán)，遠高于燃料電池汽車整個生命周期的需求（2000~3000次充裝循環(huán)）。如果儲氫系統從一次性購置變?yōu)椤皳Q氫”的逐次支付費用的模式，能夠有效降低燃料電池汽車的購置成本，使氫燃料電池汽車的初期推廣更容易。六、換氫技術的缺點通過這些優(yōu)點可以看出，換氫技術為氫能汽車的推廣和應用提供了一種成本效益高且方便快捷的解決方案，盡管如此，仍面臨一些挑戰(zhàn)：1.換氫站建設成本高：換氫站需要配備專門的設備，如氫氣壓縮機、儲氫罐等。土地成本、基礎設施建設費用以及安全防護措施都增加了初期投資。2.技術成熟度有待提高：相比于傳統的加油站和充電站，換氫技術仍處于相對較新的階段。自動化和快速換氫系統的可靠性、穩(wěn)定性和效率還需進一步優(yōu)化。3.氫氣儲存和運輸的安全性問題：氫氣的易燃易爆特性使得其儲存和運輸需要嚴格的安全規(guī)范。高壓儲氫罐可能會受到撞擊或溫度變化的影響，存在一定的安全隱患。4.兼容性和標準化問題：不同廠商的燃料電池汽車和換氫設備之間可能存在兼容性問題。目前缺乏統一的國際標準和規(guī)范，制約了換氫網絡的擴展和互聯互通。5.設備維護復雜：換氫站的設備和系統比較復雜，需要專業(yè)的維護和技術支持。長時間運行后的磨損和老化問題也需要及時解決。6.運營成本較高：換氫站的運營需要持續(xù)投入人力、物力和財力進行管理和維護。氫氣的運輸和儲存成本也會影響到最終的終端售價。7.市場接受度和普及率低：由于氫燃料電池汽車的數量較少，換氫站的投資回報率較低，企業(yè)投資意愿不強。消費者對氫燃料電池汽車的認知度和接受程度還有待提高。七、換氫技術現狀2024年，在FCVC2024的展會中，豐田展示了打破傳統加氫模式的換氫站，表示換氫站已在中國進入實證實驗階段。實際上，全球首個提出重型卡車更換氫氣概念的是日本豐田汽車公司。在2022年6月，豐田及其子公司WovenPlanet共同開發(fā)了一款創(chuàng)新的便攜式氫罐原型。這種新型便攜氫罐旨在簡化氫能的日常搬運和供應過程，能夠為家庭內外的多種生活場景提供能源支持。針對高速公路上貨運量大、行駛距離長以及需要連續(xù)作業(yè)的挑戰(zhàn)，豐田提出了一個集成的解決方案，包括高功率系統、70MPa的加氫系統，以及一個一體化的可更換式氫氣瓶存儲模塊。這一方案的關鍵在于其可更換的氫氣瓶存儲模塊，這可以在加氫設施不便的地區(qū)使用，從而擴大了氫能應用的覆蓋范圍，并有效解決了補充氫能的難題。2025年3月，中汽氫能發(fā)布消息，經過半年緊張籌備，中汽研新能源汽車檢驗中心（天津）有限公司聯合能源企業(yè)、整車企業(yè)、車載氫系統企業(yè)、系統企業(yè)、特檢院、船舶及軌道交通等近30家單位，共同發(fā)起成立了“換氫技術聯盟”。總體來看，重卡換“氫”模式是對低成本推廣和運營氫能重卡的有益嘗試。國內一些先鋒科研團隊