近年來，氫能作為一種清潔、高效、可持續的二次能源，正逐漸被約40個國家視為氣候友好型能源解決方案的重要選項。我國各部委已密集出臺各項氫能支持政策，產業集群不斷壯大，氫能產業發展已具燎原之勢。

值得注意的是，氫氣作為一種容易泄漏的氣體，常態下極易燃燒和爆炸。如何在制、儲、運、用等環節中，利用氫氣傳感器等檢測儀器又好又快滿足本土產業需要成為關注焦點。

一方面，由于國內氫能產業處于起步階段，純國產化產品從零開始開發到成熟，需要很長的周期，需要大量的試錯積累；另一方面逐漸鋪開的市場需要合格的設備和工藝，也需要快速交付。

在此背景下，借助“中德2+2”氫氣傳感器合作項目這一契機，山東西微信息技術有限公司（簡稱“山東西微”）聯合北京理工大學前沿技術研究院（簡稱“北理工前沿技術研究院”），積極引進國外先進技術，通過消化、吸收和轉化，走出了一條為本土氫能安全和高效發展賦能的新途。

那么，氫氣傳感器的發展現狀如何？本土氫氣傳感器企業與國外相比有何差距？山東西微的氫氣檢測產品有何競爭優勢？未來有哪些發展方向？圍繞以上種種問題，感知芯視界編輯部日前采訪了北理工前沿技術研究院傳感智能技術創新中心主任、山東西微董事倪小龍，和他聊聊“氫風來襲”下的獨家見解和觀點。

 

 

圖：北理工前沿技術研究院傳感智能技術創新中心主任、山東西微董事倪小龍

倪小龍，高級工程師，1984年于東南大學（原南京工學院）無線電工程系畢業后，先后在江蘇某工廠、研究所工作，參與了多項國家與行業電子標準的制修訂。1998年后，長期在工業和信息化部（信息產業部）科技司高技術處，進行信息產業相關科技規劃編制、重大項目管理、推進技術創新和產學研相結合等工作。

氫能安全發展 氫氣傳感器價值凸顯

氫能源被譽為21世紀最清潔能源。追溯氫能發展歷史，其第一波熱潮是1973年石油危機引發的替代能源研究。第二波則是上世紀90年代，由于石油價格上漲嚴重，氫能再次作為替代燃料被關注。但后來隨著石油價格的下跌，氫能的熱度自然下滑。

但近些年的氫能逐漸成為世界能源的“新寵”，與前兩次顯然有一個關鍵的不同點。倪小龍談到，“為實現可持續發展，全球正在積極應對氣候變化。氫能是很多國家實現脫碳目標的重要方案，是解決氣候問題的關鍵拼圖。”

近年來，日本、美國、歐盟、韓國等國家和地區逐步明確了氫能在國家能源體系中的戰略地位。我國國家發改委、國家能源局于2022年3月發布《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》，正式將氫從危化品定義為未來重要的能源載體。

業界稱2022年是氫能爆發元年，氫能相關的地方性產業政策、項目投資、研究報告都呈指數級增長。倪小龍認為，“不管是從投資、科技創新角度，還是拉動地方經濟發展角度，氫能產業都是亮點和重點。”

同時，他也提醒道，“氫氣分子很小，在生產、儲存、運輸和使用的過程中容易泄漏。在空氣中氫氣濃度在4%—75%范圍內極易發生爆炸，需要實時掌握氫氣各方面的數據。而任何一個數據的產生都離不開傳感器。氫氣傳感器是氫能領域的關鍵零部件之一。”

 

 

圖：山東西微氫氣泄露檢測儀應用

目前，典型測氫氣的傳感技術主要運用了紅外線、金屬氧化物半導體、催化法等方法。倪小龍介紹道，這幾種方式各有優缺點。

紅外線傳感器，是用紅外光譜分析的方式來監測，運用紅外光源照射管線中的氣體，并在管線另一側查看光線或是光譜是否出現變化，優點是精度高，但成本比較高，一般只在實驗室作為研究設備來使用。

金屬氧化物半導體（MOS）氫氣傳感器，其金屬氧化物層的電阻隨溫度和周圍空氣中的氫含量而變化。從測量的角度來說，它比紅外傳感器的準確度略低，但利用MEMS工藝規模化量產后，整體上性價比更高。

催化法傳感器可穩定并快速檢測濃度在4%以內的氫氣，但對可燃性氣體的選擇性較差，易受抑制劑影響，且需較高的工作溫度，響應時間比較長，難以滿足氫能應用領域極高的安全與可靠性要求。

隨著碳中和能源變革契機的到來，研究機構Reports and Insights去年7月發布氫氣傳感器研究報告估計，到2022 年底，全球氫傳感器市場價值將達到3.88 億美元 ，預計到 2030 年將達到 6.85 億美元 ，復合年增長率為 7.4%。

當國內各地發展氫能產業集群，把氫能做為重點戰略，那是不是本土氫氣傳感器就可以一飛沖天了呢？

倪小龍認為，“本土研究人員已成功開發多種基于不同工作原理的氫氣傳感器，還有許多具有潛力的氫氣傳感器正處于實驗室樣機階段。但與國外企業產品相比，仍存在成本偏高、壽命較短、靈敏度不夠等問題，離大規模批量生產、‘走進千家萬戶’的要求還有一段路要走。”

那么，國內氫氣傳感器的整體實力和國外企業相比差距在哪呢？倪小龍舉了雕刻工藝品的例子來表達觀點：“大師和剛進門的學徒雕刻出來的工藝品，其品質和一致性完全不同。做傳感器也是同樣的道理，國家重視晚，企業起步慢。雖說現在可通過MEMS工藝實現批量生產，但沒有專利可言的材料配方以及工藝經驗不是靠一朝一夕就能獲得的。”

三方聯合 打造中高端氫氣泄露檢測儀器

氫能產業在發展，國產氫氣傳感器一時未崛起。通過跨國合作將雙邊的優勢和技能進行結合，為中國市場提供更有效的解決方案，成為當下可行的運作模式。“中德2+2氫氣傳感器項目”就是其中之一。

在這一項目中，山東西微、北理工前沿技術研究院和德國UST環境傳感科技有限公司（簡稱“德國UST”）三方攜手、各顯所能。

據倪小龍介紹，山東西微作為“中德2+2氫氣傳感器項目”生產運營方，是中國少數能夠大規模生產汽車領域高溫溫度傳感器的企業。比如，其研發生產的550℃“國五”標準的高溫溫度傳感器向廣西玉柴累計供貨超過30萬支。

北理工前沿技術研究院作為中企技術研發方，是北京理工大學與濟南市人民政府共建的高水平新型研發機構。其中傳感智能技術創新中心由張軍院士領銜，其科研團隊集聚萬人、青千、優青、青長等多學科交叉創新人才隊伍。

 

 

圖：2019年10月29日，校地簽署《共建北京理工大學前沿技術研究院合作協議》

倪小龍告訴記者，“引進海外技術，人家只會告訴你是什么，而不會說為什么、怎么做。有了這樣的人才團隊，就能接住引進來的技術，不斷吸收、消化和再創新，來應對本土環境出現的新問題、新挑戰。”

而德國UST是歐洲第二大綜合性傳感器芯片研發企業，產品廣泛應用在大眾、寶馬、奔馳、斯堪尼亞、MAN及各個德國載重汽車，這家成立30多年的企業，被倪小龍形容為“真正扎根傳感器行業的‘隱形冠軍’”。

在“中德2+2氫氣傳感器項目”中，山東西微以德國UST高性能氫氣傳感器為核心，圍繞氫能應用重點領域比如氫燃料電池汽車、加氫站等場景開發生產一系列氫安全監測產品。

手持式氫氣泄露檢測儀是山東西微引進的第一款典型產品。談及這款推出便自帶“光環”的產品，倪小龍評價稱，“在本土幾乎沒有競爭對手，而是直接與日本等歐美國家產品競爭。其性價比、質量性能、響應時間、量程和一致性、壽命等指標都更占據上風。”

 

 

圖：山東西微氫氣泄漏檢測儀

從產品應用領域上來說，在制、儲、運、用4大環節，均需要氫氣泄露檢測儀器，而山東西微的這款產品采用特制的MOX半導體氣體傳感器元件，支持自動檢測范圍切換，探測量程可從低濃度(ppm)到爆炸下限(LEL)，可以做到1款產品適用于氫能制、儲、運、用四大環節。

其次是技術上深具創新點。一是擁有極快的響應速度，檢測響應時間小于2秒；二是是傳感器工作溫度保持恒定，不受工作環境溫度影響；三是陶瓷膜的特殊設計，大大縮短了傳感器的加熱和衰減階段，提高了靈敏度和分辨率。

倪小龍還補充道，德國UST對其產品生產工藝和品種質量力求做到完美極致。其在10年前就已進入中國，具有一定的市場和知曉度，這也造就了山東西微引進的這款儀器，在產品質量以及獲得客戶信任度上更具競爭力。

關于這款儀器在國內的生產情況，倪小龍表示，“為確保產品質量和性能一致性，山東西微初期以組裝散件為主，生產線的一些核心的元器件、材料、設備、自動化的軟件平臺都實現了中德同步。目前已順利組裝了小批量的產品進行試點試用，2023年有望實現大規模的生產和應用。”

早做布局抓機遇，用本地化策略逐步實現國產化

現如今，政策、資金和科技創新賦能疊加的氫能，不僅滲透到能源的各個方面，更是帶動了加氫站、氫燃料電池等各種下游產業的發展。

《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035 年)》明確到2025年，燃料電池車輛保有量約5萬輛；到2035年，形成氫能產業體系，構建涵蓋交通、儲能、工業等領域的多元氫能應用生態。

 

 

圖：一輛氫能中運量公交車（左）駛入氫能公交車加氣站加氣（無人機照片）。

?新華社記者 方喆 攝

作為氫能燃料電池汽車的動力補給站，截止2021年底，中國含有在運行加氫站250座，根據預計到2025年，國內加氫站保有量有望達到1000座。

“單從氫能源汽車領域來說，氫能燃料電池有望復制鋰電池發展路徑，并在5年后出現拐點。這對氫氣泄露檢測儀來說將是一片藍海市場。”除此以外，倪小龍還看到了“氫進萬家”科技示范工程中帶來的發展機遇。

去年年底，國內首個“綠氫”摻入天然氣示范項目在民用終端應用驗證方面取得了新進展，多家能源和燃氣企業代表共同見證了摻氫天然氣在民用燃氣具上的成功點火。

“摻氫后，煙氣中一氧化碳、氮氧化物含量將發生改變，原有的居民安裝的家用天然氣報警器便無法適用，取而代之的是氫氣和天然氣一體化的報警器，這塊將是一個量大面廣的海量市場。”倪小龍分析道。

氫能下游重點應用場景的擴展步伐越來越快，這是倪小龍樂于看到的行業趨勢。那么傳感器企業該如何早布局，搶抓市場機遇？他給出了山東西微的一套組合拳式打法。

一方面是做好、做精氫氣傳感器跟相關的檢測儀產品，在德企大量成熟應用的先進基礎上，來開發本地化的落地技術。

“光做幾款優質產品是無法將企業做大做強的。因此，山東西微還利用北理工前沿技術研究院的科研力量，搭建氫能安全一體化的軟硬件監管平臺，不斷解決行業痛點，滿足行業發展需求。”倪小龍對企業生存、壯大之道有著自己的理解。

另一方面在市場規模擴大的基礎上，山東西微將不斷推進產品生產制造趨向國產化。倪小龍表示，“山東西微未來將與德國UST深化合作，按產品品質要求進行本地化的元器件采購和生產制造。往后再跨一步，有望在國內建設氫氣傳感器芯片封裝產線，逐步提升氫氣傳感器和檢測儀器的國產化率，賦能國內氫能產業良性發展。”