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载货汽车按总质量划分为重、中、轻、微四大类，其中：总质量>14吨为重型载货车(重卡)。根据产品的车型，重卡又分为重卡整车、重卡非完整车辆(重卡底盘)和半挂牵引车。按照动力类型也可分为传统燃油重型卡车、天然气重型卡车、纯电动重型卡车、混合动力重型卡车、燃料电池重型卡车。本文主要讨论氢燃料电池重卡对燃（柴）油重卡的替代路径。
一、替代背景
（一）2030/2060碳达峰、碳中和目标
2020年9月，我国提出碳达峰及碳中和承诺：将提高国家自主贡献力度，力争于2030年前达到二氧化碳排放峰值，力争于2060年前实现碳中和。3060目标的提出推动了以氢能及氢燃料电池为代表的新能源技术的应用，交通领域的碳减排也成为大势所趋。
（二）汽车行业的减排重任
汽车行业是大气污染治理的重点领域。据智研咨询《2021-2027年中国汽车行业竞争格局分析及投资前景规划报告》数据显示：2021年上半年中国载货卡车保有量为0.32亿辆，占汽车保有量的8.31%。
载重卡车保有量不高，却是移动污染排放的主要来源。生态环境部《中国移动源环境管理年报（2020）》显示，2019年全国机动车排放的污染物总量中，货车占据了29.7%的CO、26.3%的HC、83.5%的NOx以及90.1%的PM排放量。尤其是重卡，分别占NOx的74%和PM排放的52.4%。因此，基数少、污染占比大的重卡是减排的重点关注对象。
（三）能源转型、保证国家能源安全的需要
我国能源结构特征“富煤、少气、贫油”，其中石油对外依存度72%，天然气43%，在国际局势不明朗的大环境下，能源结构亟待优化：利用风、光等自然资源所产生的绿氢作为新的能源，将推动能源结构转型，在交通运输领域，用新能源取代对石油、天然气的依赖，达到降低能源对外依存度的目标。
（四）经济转型的需要
目前，世界经济基础正发生变化，我国正处于经济高速增长向高质量发展的阶段。通过能源结构的调整，倒逼产业结构的调整和优化，是转型发展的必经之路。在此背景下，氢燃料电池行业的发展需求倒逼了上游技术的突破，促进了下游应用和基础设施的发展。
二、固定场景下氢燃料电池重卡的优势
在碳中和、实现能源结构和经济结构转型的目标驱动下，实现重卡新能源化，以清洁能源替代传统化石能源，是汽车行业发展所追求的重要目标之一。当前，新能源重卡主要有氢能与纯电动两种路线。
纯电动汽车领域布局起步较早，国家从技术研发、充电基础设施、安全管理、财政补贴等多个角度出台了许多政策保障行业发展。到2015年中国已经成为了全球最大的新能源汽车市场。但在目前，业内已形成“乘锂商氢”的共识，这种共识来源于纯电动车在长距离运输场景中的短板及氢燃料电池车在此领域的优势。
（一）固定场景，包含三个场景的集合：
1、固定路线：港口及物流园区等相对封闭的固定线路场景，可布局加氢站等配套能源加注设施。
2、中长途干线：运行里程在400-800公里
3、高载重：大载重的重卡领域，被普遍认为是氢燃料电池未来重要的应用场景。
（二）氢燃料电池卡车在固定场景中的优势：
1、续航里程长：纯电动商用车或卡车，通常采用磷酸铁锂（有别于纯电动乘用车的三元锂电池）能量密度较低，限制其续航里程，导致其续航能力大多集中在200-300公里；而氢燃料的能量密度高，能够通过增加气瓶体积或提高储氢压力等方式提高续航能力，使得燃料电池卡车续航普遍能够达到400公里以上。重卡匹配一定续航里程的电池必然导致自重较大，因此氢燃料过渡到液氢路线后车重较纯电优势进一步放大， 在载重量具有更大需求的场景上将更有优势。
2、载重能力强：纯电动卡车续航能力与电池重量成正比，若提高续航能力,纯电动重卡须牺牲重量进行对冲。在150公里续航，纯电动重卡的电池系统重量达到1.66吨，而400公里续航对应的电池系统质量为4.43吨左右；同续航能力下燃料电池重卡动力系统质量仅为0.8吨，远低于纯电动重卡。自重低意味着载重效率更高，因此在载重方面，燃料电池重卡优势尽显。
3、加氢速度快：燃料电池卡车能够在10分钟左右完成燃料的补充，而纯电动卡车的一次充电往往需要一个小时以上的时间。
4、低温性能优越：燃料电池卡车能够实现-30℃的冷起动，从而适应高纬度地区的恶劣气候条件。而纯电动卡车受温度变化影响较大。
因此，从应用场景来讲，燃料电池卡车更适用于长距离运输，纯电动更适用于城市内部中、短距离运输。由于上述原因，目前新能源汽车补贴政策并没有向纯电重卡倾斜，以至于纯电动重卡的购置价格和使用成本高于其他动力重卡，这也是发展氢燃料电池重卡的机会。
三、氢燃料电池卡车推广面临的挑战
（一）氢燃料电池卡车购车成本较高：目前燃料电池系统成本较高，导致购车成本达到了柴油卡车两倍左右；
（二）氢燃料成本较高：在目前技术水平和生产规模下，由于市场各地规模、氢源供应不一，不同区域的加氢价格差别较大。按照加氢站氢气价格60-80元/kg测算，氢燃料电池重卡的百公里燃料成本超过400元，远超柴油和纯电动两种车型。据日本氢能机构数据测算，氢气成本下降到30元/Kg,成本能和汽油和柴油持平，降至20元/Kg可媲美锂电池的充电成本。
（三）加氢站数量限制车辆规模：氢燃料电池车的发展和商业化离不开加氢站的建设，而相对加油站，加氢站投入高、收益不明朗和目前存在的技术瓶颈，成为过去很长时间内企业谨慎投资加氢站的原因。
（四）重卡用户结构带来的阻力：
1、传统模式下，个体用户是重卡的主要购买和运营主体。主要购买和运营形式为：个体用户按揭购买重卡并运营，物流企业负责提供用车场景及货源，物流公司与重卡持有人按比例进行利益分配。
2、重卡金融产品的出现，让个体用户购买和运营重卡的成本更低、运营效率提高。通过金融产品，个体用户用较低的首付款持有重卡，并与车队进行不同形式的合作绑定。
在目前氢能重卡缺乏购车成本优势、缺乏燃料成本优势、车队运营管理模式有变化的情况下，在个人用户层面，氢能重卡的推广将遭遇较大的阻力。但随着互联网与智能物流的发展、物流效率提升推动着重卡用户结构发生变化，为追求更长的营运时间与更高的周转效率，重卡持有者会逐渐向行业头部客户集中。这种趋势成为氢能重卡推广的突破口。
四、替代路径的建议
（一）推动关键部件的国产化应用
目前，关键零部件成本居高不下是限制氢能与燃料电池重卡普及的重要因素。以燃料电池系统为例，其成本约占燃料电池整车成本的50%以上，而电堆占燃料电池系统成本50%以上。在国内装车的氢燃料电池车曾一度采用国外电堆技术，近年来得益于关键材料和部件的国产化进程加快，电堆已整体降价30%-50%。目前，燃料电池发动机系统、空压机、电堆、双极板、膜电极领域已实现自主化应用，需持续进行性能提升和技术升级。对氢气循环系统、质子交换膜、催化剂、碳纸等对进口产品依赖性较强的领域需实现国产化批量应用，以降低系统成本。
（二）降低用氢成本
1、降低制氢成本：当期制氢方式主要有化石燃料制氢、工业副产物制氢、电解水制氢、生物质制氢及其他。目前，化石燃料制氢与工业副产物制氢凭借较低的成本占据制氢结构的主体地位。而实现可再生能源制氢是实现低碳社会的终极目标。随着大规模可再生能源应用的政策推动和部署与融资成本的降低，风电、光电成本的降低，电解水制氢成本有望不断降低。据预测，到2030年，可再生制氢成本可能降至10元/千克。
2、降低氢气储运成本：氢气的储运方式包括氢气专用管道、压缩氢气（CH2）、液化氢气（LH2）、液体有机物氢载体（LOHC）、金属合金储氢等方式。当前中国加氢站用氢气主要采用高压气态储氢、长管拖车运输的方式。未来燃料电池车的增多，加氢站负荷进一步增大，高密度合金固体储氢产品、液氢储氢等方式是通过技术创新可提高效率、降低成本的突破。
（三）完善加氢站等基础设施的建设
通过政策引导，对加氢站等基础设施的建设进行规划和补贴，通过规模效应，降低加氢站建设成本，推动加氢站的覆盖。据统计，全国范围内，目前北京、上海、天津、山东、浙江、山西、江苏、广东、湖北、湖南、安徽、河北、河南、四川、重庆、贵州、辽宁、内蒙古、宁夏回族自治区等省市规划了加氢站建设目标；广东广州、广东佛山、山西长治、山东潍坊、上海嘉定、江苏苏州、四川成都、湖北武汉、浙江嘉兴、浙江宁波、河南新乡等地出台了加氢站建设补贴方案和运营补贴方案，对不同类型（撬装站、固定站；新建站、改建站），不同日加氢能力、不同加注压力、不同年度建成的加氢站均拟定了不同的补贴标准。
（四）提供政策支持，鼓励企业购置氢能重卡
1、提供购置和运营补贴，加大资金支持
鼓励国企或物流头部企业将传统燃油重卡（含载货、牵引）更新置换氢能源车辆，对更新置换并选购同等及以上吨位氢能源车辆的给予置换补贴；对运营氢能重卡的物流企业给与运营补贴和奖励。
2、选择合适场景开放路权
鼓励氢能重卡的使用，对固定线路开放路权。
（五）构建氢能重卡的应用场景体系
推动氢能重卡示范路线的规划。在示范区域内部形成上下游协同的氢能重卡产业生态，全面降低制、储、运、加全环节成本，从通过补贴、扶持等手段引导头部企业达成采购，到推进企业逐步走向独立、可持续的商业运作。
综上，通过政策推动，一方面国家级地方级政府的奖励机制弥补目前氢能重卡的成本劣势，一方面打造示范线路和场景推动产业和市场的成熟，扩大上下游应用需求，达到提高上游生产规模，降低关键零部件及整车成本的目标，逐步完成重卡的“柴改氢”任务。
专栏一：
目前国内的氢能卡车示范场景
容易线公路
容城至易县公路，是雄安新区规划建设使用的主要建材运输通道。加氢站建设：“容易线公路驿站”北区加油加气合建站，加氢能力100公斤/12小时；氢能卡车：100辆49吨氢能重卡。
成渝氢走廊、西部首条氢重卡示范线
据四川省生态环境厅相关信息显示，2025年，成渝打造的氢走廊燃料电池汽车应用规模将达到6000辆。首条西部氢重卡示范项目位于成渝氢走廊中心，主要应用于川威集团矿石、矿渣、钢材等原材料运输。氢能重卡：49吨氢燃料电池重型牵引车（亿华通与成都大运汽车联合开发）
天津荣程众和自用氢能源项目
从荣程众和厂区往返天津港氢重卡专线，包含1座加氢站（储氢总量500千克，运行时间12小时，能同时满足15辆49吨重卡物流车和4辆公交/通勤车）、10辆氢能重卡（开沃汽车生产制造）
唐山海港开发区“氢能重卡”示范区
将从制氢、储运氢、加氢，及氢能汽车、氢能装备生产等方面，打造全产业链“氢能重卡”产业模式，打造河北省重卡运输“柴改氢”的示范区。亮点：1、采用焦化副产品制氢的加氢站项目在省内率先完工；2、在省内率先推动49T氢燃料重卡在沿海港口工业集中区示范运行。以氢燃料电池重卡示范运行为切入点，以海港区内部重卡市场为前期支撑，构建“研、产、用”全产业链生态示范模式；3、立足供应端和需求端优势开发港内资源促“内循环”。
上海临港氢能应用示范场景
到2022年，全面推进燃料电池车在中运量公交、公共交通领域场景打造；支持氢燃料电池在物流、重卡领域商业化应用，累计完成不低于150辆氢燃料电池汽车规模；建成投运平霄路、鸿音路加氢站，启动广祥路等3座加氢站建设；年氢气供给量不少于1500吨，在现有工业副产氢供应的基础上，积极探索发展区域内天然气、电解水和甲醇制氢路径。到2025年，完成1500辆氢燃料电池车辆应用；建成各类型加氢站点14座；年氢气供给量不低于14000吨，构建工业副产氢和可再生能源制氢有机结合的氢源保障体系；打造具有临港新片区特色的可再生能源和谷电制氢产业，年氢气自给率不低于当年需求量的30%；推广氢能分布式能源和热电冷三联供系统技术在建筑领域和工业园区示范应用。
专栏二：
氢能重卡整车的企业布局
北汽福田
2005年开始研发燃料电池技术，创造了多项行业第一。北汽福田规划布局了氢燃料商用车全系列车型，涵盖城市客车、城郊客车、轻卡、中卡及重卡等不同产品。福田汽车2020年末发布了《氢燃料电池商用车战略规划》：预计到2023年累计推广氢燃料电池商用车4000台，到2025年累计推广15000台，到2030年累计推广20万台，将有600辆北汽福田氢燃料车将服务冬奥会。近日，福田汽车联合航天六院101所、清华大学、亿华通共同开发的全球首辆续航超1000公里的液氢重卡发布。相较于氢气储供系统，液氢储供更加安全，同体积下携氢量增加了近3倍。此外，该车型采用了4台额定功率80kw轮毂电机电机驱动，单台最大扭矩可达15000Nm。
潍柴动力
2016年收购弗尔塞33.5%股份，掌握车用燃料电池、燃料电池电源系统关键零部件、系统的设计开发等；2017年与德国博世签订战略合作，双方就开发生产氢燃料电池及相关部件开展合作；2018年收购固态氧化物燃料电池供应商英图锡里斯动力控股有限公司20%股份；成立合资公司在固态氧化物燃料电池领域展开合作。2018年1.63亿收购巴德拉19.9%股份成为第一大股东；成立合资公司，合资公司支付9000万美元技术转移费获得巴德拉下一代燃料电池在中国的独家生产权。2019年12月，潍柴宣布首台国产200吨以上氢燃料-锂电池混合能源矿用卡车自卸车成功下线。该车是由潍柴动力、中国氢能联盟、国家能源集团联合研发，核心控制系统则由中车永济电机公司提供。
上汽集团
国内最早开展燃料电池技术研发的车企之一。2010年上海世博会期间，上汽实现了包括174辆燃料电池汽车在内的1000辆新能源汽车。捷氢科技为上汽集团旗下企业，聚焦燃料电池电堆和系统研发制造，现已掌握从电堆核心零部件开发、电堆集成、燃料电池系统集成、整车集成的全方位开发能力。2021年以来，上汽红岩与安徽、河北、山西、河南、贵州等地区的战略合作伙伴，签订近6000辆新能源重卡的订单，是8月新能源重卡市场唯一销量破百的企业。截止9月底，已累计交付1000余辆,占据市场份额的20%左右。
东风商用车
东风商用车：在中国拥有独立的研发和生产基地，其年产能达20万台。产品覆盖中重型卡车、发动机、驾驶室、车架、车桥、变速箱等关键总成。 其产品为长途运输、区域配送、城际运输、建筑工程及采矿业服务。东风公司自主开发的该款12吨氢燃料物流车型，进入国家工业和信息化部官网第346批《道路机动车辆生产企业及产品》目录，搭载大容量储氢系统，结合高效率的燃料电池系统与高性能的整车能量管理系统，可实现整车600公里长续航里程，满足客户长途运输需求。
长城汽车
长城汽车氢能战略构建了 " 制 - 储 - 运 - 加 - 应用 " 一体化供应链生态，联通上下游产业链，加速氢能商业化推广。将采取 " 商乘并举 " 的模式，通过场景探索带动技术及产业发展，加速产品落地，实现长城汽车氢能战略目标。2021 年，推出全球首款 C 级氢燃料电池 SUV，落地全球首个完成 100 辆 49 吨氢能重卡应用项目；推出了一套车规级 " 氢动力系统 " 全场景解决方案—氢柠技术。
大运汽车
2009年3月，大运集团组建成都大运汽车集团有限公司，先后开发了燃油类、燃气类、氢能源卡车及新能源卡车、客车、乘用车等产品，形成了完整的、具备核心竞争力的汽车产品链，在经济性、安全性、舒适性方面具有十分明显的竞争优势。河北省保定市百辆氢燃料电池重卡示范线“容易线公路”重卡示范专线，100辆氢燃料重卡正式投入运营，其中有60辆为大运氢燃料重卡。
苏州金龙
苏州金龙自2000年起就开始为新能源研发谋篇布局，并一步步进行技术积累，先后开发出纯电动客车、氢燃料电池动力客车和混合动力客车， 拥有4~18米全系列的新能源产品。2020年12月，60台42吨苏州金龙氢燃料电池重卡车交付宝武清能。该批苏州金龙氢燃料电池重卡车辆所搭载的120kW氢燃料电池系统由上海杰宁新能源科技发展有限公司生产，配套电堆来自清能股份（872589.OC）子公司上海清能所生产的VLSII系列燃料电池电堆，额定功率为150kW。
北奔重汽
2021年3月，北奔重汽首台100kW级氢燃料电池环卫重卡车正式下线，由北奔重汽和上海交大共同研制开发，车辆搭载的质子交换膜燃料电池电堆功率等级达到150千瓦、功率密度3.5kW/L，技术处于国际领先水平。车辆匹配40Ah的稀土镍氢动力电池，可保证低温大倍率放电，实现整车低温启动的高性能需求。
深兰科技
在氢能源研究方面，深兰科技与上海清能共建氢能联合实验室，首次把人工智能与氢燃料电池技术进行深度结合并应用到移动能源中；发布了中国首个外部环境感知整车集成优化控制的人工智能系统，在采用自主开发的AI智能控制技术和氢燃料电池电堆及发动机系统设计集成技术的基础上，开展了熊猫智能氢燃料物流车的整车设计，打造了多款熊猫智能氢燃料物流车；在2021年工信部公示的《道路机动车辆生产企业及产品》名录中，深兰科技作为氢能源燃料电池供应商首次入选该榜单，也是国内唯一获得该资质的AI企业，将在两年内实现1000台以上自动驾驶+氢能重卡的交付。
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