也许是最后一块需要深度谋划的高科技新大陆

氢能（Hydrogen Energy）是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能，科学家以敏锐的战略眼光进行氢能制取与氢燃料动力机研究，现已进入商业化应用阶段。我国氢能应用于新能源汽车、航天、氢能电池等，处在国际前列。随着水制取氢气的商业应用获得突破，氢能大量应用已无技术障碍。由于氢能农机的高环保性，大概率会成为最后一块需要深度谋划的高科技新大陆。本文旨在抛砖引玉，若有助于氢能农机发展，则某愿达矣。

一、什么是氢能农机

1、先说氢能

需要做点科普铺垫。氢能（Hydrogen Energy）是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能，是一种二次清洁能源，被誉为“21世纪终极能源”，也是在碳达峰、碳中和的大背景下，加速开发利用的一种清洁能源。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，有助于解决能源危机、环境污染等问题，是人类的战略能源发展方向。氢能是一种公认的清洁能源，具有重量轻、储量丰富、燃烧性能好等特点。交通，正是其最重要的应用场景之一。

氢能是氢的化学能，氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，二次能源。工业上生产氢的方式很多，常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。

二次能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带。二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。当今电能就是应用最广的“过程性能源”；柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”。由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接贮存，因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法直接使用从发电厂输出来的电能，只能采用像柴油、汽油这一类“含能体能源”。可见，过程性能源和含能体能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围。

随着人们将目光投向寻求新的“含能体能源”，作为二次能源的电能，可从各种一次能源中生产出来，例如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能。而作为二次能源的汽油和柴油等则不然，生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源。

氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。

世界各国如冰岛、中国、德国、日本和美国等不同的国家之间在氢能交通工具的商业化的方面已经出现了激烈的竞争。虽然其它利用形式是可能的（例如取暖、烹饪、发电、航行器、机车），但氢能在小汽车、卡车、公共汽车、出租车、摩托车和商业船上的应用已经成为焦点。中国对氢能的研究与发展可以追溯到20世纪60年代初，中国科学家为发展本国的航天事业，对作为火箭燃料的液氢的生产、H2/O2燃料电池的研制与开发进行了大量而有效的工作。将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发，则是从20世纪70年代开始的。现在，为进一步开发氢能，推动氢能利用的发展，氢能技术已被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划（能源领域）》。目前我国氢能已在多个领域广泛使用，氢能内燃机进入产业化新阶段，应用于城市公交、货运车动力等。

2、氢能农机

氢能农机是指以氢能作为主要能源驱动的农业机械设备。氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源，被应用于农业机械领域，为农业生产带来了新的动力选择。

氢能在农机上的应用目前仍处于发展阶段，但已经展现出一定的潜力。例如，未来随着燃料电池逐步具有商业价值，可不断提高燃料电池比重，氢燃料电池在农机大功率车辆上的使用将更为频繁。此外，氢能可以用于解决农机排放问题。我国是农业生产大国，燃油动力的农业机械数量庞大，每年消耗大量的石油资源，同时排放大量的污染物，对环境造成严重影响。面对这一问题，农业农村部等部门相继出台政策支持加快相关高污染农机的淘汰进度，推进农业机械化转型升级。在实际的农机电动化升级中，氢燃料电池在大功率农机上的应用仍较为有限，但氢燃料电池具有能量密度高、续航里程长、加注时间短等特点，这意味着并不适用于锂电的大功率车辆包括重型车、矿山机械等也有了电动化转型的可行路径。

3、氢能农机的特点

一是清洁环保 。氢能农机的最大特点之一是其清洁性。氢燃烧后的产物主要是水，不会像传统燃油农机那样产生大量的有害气体和颗粒物排放，对土壤、大气和水源的污染极小，有助于保护农业生态环境。

二是高效节能。 氢能具有较高的能量密度，能够为农机提供强大而持久的动力，提高作业效率。相比传统能源，氢能的利用效率更高，可以降低能源消耗。

三是续航能力强 。氢燃料电池在续航方面表现出色，能够满足长时间、高强度的农业作业需求，减少了频繁补充能源所带来的时间成本。

四是加注时间短。 与充电式电动农机相比，氢能农机的加注氢气时间较短，能够更快地恢复作业能力，提高农机的使用效率。

适应复杂工况。 由于氢能的特性，使得氢能农机在面对不同的气候和作业条件时，性能相对稳定，能够适应各种复杂的农业生产环境。

二、氢能农机的发展现状

目前，氢能农机的发展仍处于初级阶段。在全球范围内，虽然对氢能农机的研究和开发在不断推进，但实际应用的规模还相对较小。 从技术层面看，氢燃料电池在农机上的应用仍面临一些技术难题，如成本高、可靠性有待提高、低温性能不佳等。同时，制取“绿氢”的技术仍有待突破，以降低氢能的生产成本和环境影响。 在政策方面，各国政府对氢能产业的支持力度在逐渐加大，但针对氢能农机的专门政策和补贴还相对较少。 在市场方面，由于成本和基础设施等因素的限制，消费者对氢能农机的接受度还不高，市场需求尚未充分释放。 不过，一些地区和企业已经开始积极探索氢能农机的应用。例如，国内的部分企业已经研制出了氢能农机的样机，并进行了实地测试和应用。

1、一汽解放的氢气发动机

一汽解放自主设计研发了国内首款重型商用车缸内直喷氢气发动机，并在实验台成功点火并稳定运行。这款氢气发动机属于13L重型发动机，运转功率超过500马力，指示热效率突破55%。这款发动机所基于的零碳氢基内燃动力孵化平台，具备氢气单燃料缸内直喷、氢气单燃料缸内和气道混合喷射、氨气和氢气双燃料喷射能力，可以灵活转化成氢气、氨气等净零碳燃料产品。

2、玉柴的燃氢发动机

玉柴自主研发的YCK16H燃氢发动机也处于实验成功点火阶段。这款发动机排量达15.93升，最大马力达560马力。是目前中国排量最大、马力最大的燃氢发动机。该平台对燃料纯度的适应性高，可以适配灰氢、绿氢、甲醇在线制氢等多种途径制备的燃料。

玉柴 YCK16H 燃氢发动机采用了先进的燃料高压共轨、高压缸内直喷技术和双流道增压技术，可以按需求在缸内实现均质燃烧或者分层燃烧，动力性更强、热效率更高、稳定性更好。氨燃料、甲醇的应用也是这一发动机平台的亮点。相比较氢气，氨燃料和甲醇制备成本更低、更易于储存，对环境影响小。

玉柴 YCK05H 燃氢发动机适用于公交、环卫、物流配送等场景。具有零碳排放的特点，符合国家战略需求；与燃料电池相比，燃氢发动机制造成本低 70%、使用成本低 50%、寿命长 40%；在产业上，相比其他零碳技术路线，燃氢发动机可延用现有产线和供应体系，是我国内燃机行业落实“双碳”目标的重要技术路径。其多点进气，动态响应好；进气道布置喷嘴，缸盖刚度高；大流量高压喷嘴，混合均匀；防回火进气歧管采用高效低惯量涡轮增压技术，满足超稀薄高效燃烧系统的进气量需求；适配高含水量、宽浓度范围、低能量密度排气；常用转速范围下匹配优化，降低泵气损失低，提升有效热效率；与配气相位协同优化，降低回火风险。采用高效稀薄燃烧技术，最高热效率 42%；快速燃烧技术，抑制爆震；低爆压（相比于柴油）；喷射相位、压力智能控制技术；冷型大间隙火花塞，高能点火系统。

3、目前已知研制氢能农机样机的企业主要有星光农机

2022年1月16日，中车氢能举行产业园入驻启用仪式，这标志着中国中车集团与张家港深化合作、共同探索氢能产业发展迈入新阶段。而中国中车集团则是星光农机的最终控制人。星光农机自2021年下半年开展新能源动力技术研究以来，已有氢能、电能技术开发合作，考虑到氢能储能结构和作业时限要求的影响，目前以增程电能驱动为主。同时，星光农机还将依托大股东体系内机电、无人驾驶等产业领域的资源，在新业务拓展、产品优化等方面继续聚力探索新格局。

4、我国首台5G+氢燃料电动拖拉机在洛阳正式亮相，这款拖拉机采用氢燃料作为能源，污染排放小，且电能的使用成本相较燃油而言更低，没有怠速损耗，能源利用率高、噪音小。氢燃料电动拖拉机（ET504-H）,是依据当前的农机产业环境以及科技发展的趋势，集绿色能源、5G物联、智能感知、无人驾驶、分布式控制的融合创新。使用了5G移动通信技术，实时感知整车运行状态及周边作业环境数据采集，利用5G具备的高速率、低时延、大连接等特性，将5G应用场景与新型农机无人集群场景有机结合，研究无人驾驶及集群驾驶策略。

该款氢燃料电动拖拉机采用蘑菇头GPS天线、鲨式呼吸信号灯、隐形式不锈钢外壳、毫米波雷达、大数据云平台等多项高科技技术；高颜值和黑科技完美结合，颠覆了人们对拖拉机相貌平平、操作笨重的传统认知。在动力方面，该车动力系统是拥有多年丰富的氢能源技术，装载智能整车控制系统，优化供电匹配，轻载燃料电池独立供电，重载燃料电池、锂电池混合供电，比之前2018年亮相的版本“超级拖拉机I号”更加超长续航。

目前关于国内氢能农机样机实地测试的详细情况，已有确切和全面的公开报道。而在氢能车辆领域，我国已首次完成氢能车辆长距离、跨区域实际运输测试。中国石化依托传统加油站网络优势布局加氢站网络，此前已初步实现京津、成渝、沪嘉甬、济青和汉宜高速氢能通车，最长距离约 350 公里。此次京沪高速的测试运输，中国石化销售公司加快推进沿线加氢站建设，组织沿线省市企业做好沿途加氢站的各项服务工作，保证了测试运输顺利完成。

综上所述，国内企业在氢能农机领域的研究已经有了实质性的进展，一汽解放和玉柴都成功研发出了氢能发动机样机并进行了测试。这些研究成果为氢能农机的发展奠定了基础，有望推动农业机械向更加环保、高效的 direction 发展。

4、氢能农机的未来前景

氢能农机的未来前景充满希望。随着技术的不断进步，氢燃料电池的成本有望降低，性能将进一步提升，这将使得氢能农机的购置和使用成本逐渐降低，更具市场竞争力。 政策支持力度预计会不断加大，政府可能会出台更多针对氢能农机的优惠政策和补贴措施，以推动其发展和应用。 随着环保要求的日益严格，农业领域对清洁能源的需求将不断增加，氢能农机作为一种零排放的解决方案，将有更广阔的市场空间。 在技术创新方面，未来可能会出现更高效的氢能制取和储存技术，以及更适应农业作业特点的氢能农机设计，进一步提高其性能和实用性。 此外，随着加氢基础设施的逐步完善，氢能农机的使用便利性将大大提高，也将促进其广泛应用。总之，氢能农机有望在未来的农业生产中发挥重要作用，推动农业的绿色、高效发展。

三、国内外氢能农机最新进展

1、国内氢能农机的发展前景

氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向，氢能与电能类似，长远看，将成为未来清洁能源体系中重要的二次能源。国家发展改革委发布的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》标志着我国首个氢能产业发展规划“出炉”，并明确了氢能的三大战略定位。权威数据显示，目前全国已经有 20 多个省份发布了促进氢能或燃料电池产业发展的相关文件，拟建设的绿氢产能规模已经超过 100 万吨。氢能及燃料电池产业发展正进入快速成长的新时期。预计到 2025 年，我国氢能产业产值将达到 1 万亿元；到 2050 年，氢气需求量将接近 6000 万吨，实现二氧化碳减排约 7 亿吨，氢能在我国终端能源体系中占比超过 10%，产业链年产值达到 12 万亿元，成为引领经济发展的新增长极。

2、国外氢能农机的现状

美国、日本、韩国、欧盟等发达国家和地区均出台相应政策，将发展氢能产业提升到国家能源战略高度。例如，2019 年 3 月，日本经济产业省发布了新版《氢能与燃料电池路线图》，提出了燃料电池汽车推广应用、燃料电池动力系统经济性、加氢站建设及运营等新的发展目标。同时，日本制定了“氢/燃料电池战略技术发展战略”，不仅规定了具体的技术发展项目，还明确了符合路线图中每个领域设定的目标。通过持续的氢燃料电池技术研发支持、推进氢燃料电池试点示范及多领域应用、结合其资源禀赋特征确立制氢技术路线等措施，世界主要国家已在燃料电池汽车技术研发、产业链构建及加氢站建设方面取得优势。

四、氢能农机发展中存在的问题

1、氢能农机面临的技术难题

氢能制取、储运等关键技术和核心部件尚未完全实现国产化，与世界先进水平存在差距，面临“卡脖子”问题。

加氢站数量虽逐年增长，但缺乏完善的建设体系标准，企业投资建设积极性不高。

制氢、储氢成本较高。我国最主要的制氢方法为煤制氢，成本投入高昂，利润空间不大，企业制氢动力不足。在氢能源产业市场份额不高的前提下，储氢和用氢成本较高成为现实问题。

2、氢能农机推广的阻碍因素

农民意识未转变。不少农民对农业机械产品存在抵触心理，尤其不愿意选用大型、先进的智能化机械设备。

经费投入有限。农机化推广与管理工作需要大量资金支持，但由于政府重视程度不够、地方经济水平低等因素，投入经费有限，且经费管理存在规划不科学、落实不到位等问题。

新设备和技术推广应用不到位。农机化推广与管理应紧跟时代发展，及时更新设备与技术，但目前在这方面存在不足。

推广和管理机制不完善。相关机制存在缺陷与不足，对工作目标、内容、程序、流程规范不足，导致农机推广和管理工作易陷入混乱，影响农业机械化发展进程。

专业队伍整体素养偏低。农机化推广与管理需要大量专业人才，但目前专业队伍存在理论水平低、技能掌握不到位、产业信息滞后等问题，影响工作效果。

3、氢能农机成本方面的问题

目前，氢能的高成本问题主要集中在耗电、存储运输两方面。例如，西北地区利用风、光电产绿氢具有成本优势，同时当地有很多煤炭、能源运输车，可通过改造，将其变为氢能重卡；若管道掺氢技术突破，国家主管网允许，掺氢进入国家主管网也是可行办法。储存方面，若以低压力大容积的球罐作为缓冲罐，能很大程度上解决成本问题。此外，电费在电解水氢气的成本中占到60%以上，其他为固定成本。如果电解水制氢要获得与化石能源制氢相同的价格竞争力，电价需降至0.05元以下，这在近期很难实现。

4、氢能农机政策支持的不足

绿电制氢政策。绿电供应的间歇性和制氢的连续性之间存在矛盾，建议出台针对绿氢发展的支持政策，以电网作为补充和调节，实现绿电制氢的连续性。

氢能产业政策。虽然多地出台政策支持氢能产业发展，但在氢能规范管理、关键核心技术创新以及国家标准体系建设等方面，仍需进一步完善有关政策和规定，加快构建1+N政策体系。

五、如何加快我国氢能农机发展

1、提高氢能农机的技术成熟度和降低成本

氢能农机的发展面临的主要挑战之一是技术成熟度和成本问题。目前，氢燃料电池在农机生产中具有潜力，但由于成本高、加氢设施不完备等原因，其应用仍较为有限。为了加快氢能农机的发展，需要加大对氢燃料电池技术的研发力度，提高其能量密度和续航里程，同时降低生产成本。此外，政府可以通过提供政策支持和资金补贴，鼓励企业进行技术创新和产业升级，从而加速氢能农机的商业化进程。

2、完善氢能农机的标准化建设和市场准入

氢能农机的发展还需要完善的标准化建设和市场准入制度。目前，我国在氢能农机的标准化建设方面还存在不足，需要进一步完善相关标准，以确保氢能农机的产品质量和安全性。此外，政府应制定相应的市场准入规则，规范氢能农机的市场秩序，保护消费者权益。

3、加强氢能基础设施建设

氢能农机的发展离不开氢能基础设施的支持。为了加快氢能农机的发展，需要加强加氢站等基础设施的建设。政府可以通过提供资金补贴和政策支持，鼓励企业投资建设加氢站等基础设施2。同时，也需要建立健全的氢能运输和储存体系，确保氢能的安全高效运输和使用。

4、推广电电混合技术

为了加快电动农机的推广应用与降本增效，可以采用电电混合技术，即燃料电池和锂电池配合使用。这种技术可以根据性价比，匹配多种车型、多个工况，既能有效解决续航问题，还能降低系统成本，提高可靠性。随着燃料电池逐步具有商业价值，可以不断提高燃料电池比重，从而推动氢能农机的发展。

总之，加快我国氢能农机的发展需要多方面的共同努力。政府应提供政策支持和资金补贴，鼓励企业进行技术创新和产业升级；加强氢能基础设施建设，建立健全的氢能运输和储存体系；推广电电混合技术，提高氢能农机的续航能力和可靠性。同时，也需要加强行业标准的制定和执行，规范氢能农机的市场秩序。通过这些措施的实施，有望推动我国氢能农机的发展，促进农业的可持续发展。

建议国内实力型农机制造企业能抢抓商机，及早部局，搭上氢能农机时代快车，在抢占先机中谋发展。