發(fā)展氫燃料電池與發(fā)展氫燃料電池汽車并不能畫等號,氫燃料電池涉及很大應(yīng)用范圍,飛機、火車、輪船、發(fā)電、儲能等,特別是飛機。就如同美國布魯姆能源領(lǐng)導(dǎo)人斯里達爾所說,他相信燃料電池仍將在汽車工業(yè)發(fā)展中扮演著非常重要的角色,但它們應(yīng)該為電動汽車充電站供電。

氫燃料電池是比純電動更好的解決方案嗎?

似乎,風(fēng)起于青萍之末。

2018年5月11日,中國總理李克強在日本首相安倍晉三的陪同下,參觀考察豐田汽車北海道廠區(qū)。在那里,總理看到了豐田的氫燃料電池車。

后來,有媒體這樣描述:面對豐田汽車的氫燃料電池轎車MIRAI,總理“面色凝重”。這種并不準確的描述卻有效地為已經(jīng)開始發(fā)熱的中國的氫燃料電池汽車熱推波助瀾。

第二天,5月12日,恰逢汽車商業(yè)評論舉辦第十屆中國汽車藍皮書論壇,數(shù)位業(yè)界專家圍繞“插混、純電還是選擇燃料電池”議題展開討論。當(dāng)時大家比較一致的觀點是,氫燃料電池汽車尚處于培育期,商業(yè)化還很遙遠。

然而,整個2018年,氫燃料電池汽車熱持續(xù)升溫。

2018年,國內(nèi)《新能源車推薦目錄》上共計出現(xiàn)70余款氫燃料電池汽車型,相比2017年增長超過200%。

與此同時,上海、廣州、武漢、西安、杭州等十余座城市都已出臺政策支持氫燃料電池汽車發(fā)展。

而資料顯示,包括氫能源小鎮(zhèn)與產(chǎn)業(yè)園、氫燃料電池整車、上游原材料項目等等,2018年國內(nèi)面向氫能源的投資規(guī)劃已經(jīng)超過了2000億元!

2018年12月15日,全國政協(xié)副主席、致公黨中央主席、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主席萬鋼,這位曾經(jīng)的科技部部長在《人民日報》第六版發(fā)表題為《促進新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展》的“挺”氫燃料電池汽車的文章。

他在文中認為,純電動汽車的短板是續(xù)駛里程和充電時間,尚不能滿足量大面廣的遠程公交、雙班出租、城市物流、長途運輸?shù)仁袌鲂枨?。為此,?yīng)及時把產(chǎn)業(yè)化重點向燃料電池汽車拓展。

然后強調(diào),燃料電池汽車具有清潔零排放、續(xù)駛里程長、加注時間快的特點,經(jīng)過多年研發(fā)積累,我國已形成自主特色的電-電混合技術(shù)優(yōu)勢,并先后經(jīng)歷了北京奧運會、上海世博會期間的規(guī)模示范運行,實現(xiàn)全譜型汽車“零排放”的關(guān)鍵技術(shù)方案。

這篇文章顯然是隨后12月21日由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司組織在北京召開的“氫燃料電池汽車行業(yè)研討會”的前奏。財政部、發(fā)改委、應(yīng)急管理部、能源局、工信部、行業(yè)協(xié)會以及9家氫燃料汽車相關(guān)企業(yè)參會。

轉(zhuǎn)眼到了2019年兩會,多位車企和相關(guān)企業(yè)的代表委員好像約好了一樣,紛紛拿出了發(fā)展氫燃料電池汽車的議案或者提案。而最令氫燃料電池汽車狂熱愛好者興奮的是,“推動加氫設(shè)施建設(shè)”首次寫入《政府工作報告》。

在如此利好政策的刺激下,氫能和燃料電池概念相關(guān)的上市公司股價更是一路飆升。

多方消息稱我國氫燃料電池汽車將在2019年正式實施“十城千輛”工程,為難的是要挑出哪十個城市,因為正在積極布局氫能和燃料電池的城市,遠遠超過了十個。

一切似曾相識。這并不是中國人第一次為“氫”癡狂。

回望世紀之交,彼時,國家863計劃電動汽車重大專項剛剛開始實施,要發(fā)展燃料電池、混合動力、純電動三種動力的新能源汽車。注意這個語序,當(dāng)時,不管在實際重視程度上,還是國撥經(jīng)費的側(cè)重上,都是以燃料電池為主的。

上海市甚至提出了一個燃料電池汽車“百千萬計劃”:2008年要達到100輛,2010年達到1000輛,2012年實現(xiàn)萬輛級。

這里的燃料電池汽車,基本上就是指氫燃料電池汽車。

汽車商業(yè)評論注意到,當(dāng)時,人們對氫經(jīng)濟懷有一種美好而盲目的樂觀,認為不久就能大步跨入氫燃料電池汽車社會。

面對這種產(chǎn)業(yè)的大躍進思維,科學(xué)家們坐不住了。

出于對當(dāng)時燃料電池技術(shù)薄弱與成本高昂的清醒認識,2006年6月,倪維斗、楊裕生等中國工程院和中國科學(xué)院十位院士上書時任總理溫家寶,建議電動車的發(fā)展重點不要放在氫燃料電池電動車上。

院士們認為,因為燃料電池可靠性有待提高、材料昂貴、能量轉(zhuǎn)換效率低,以及氫的來源和儲運有問題等等,電動車在近中期依靠不了氫燃料電池,對氫燃料電池的研究要作長期打算,切切實實地解決關(guān)鍵材料和關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。

于是,雖然2008年北京奧運會期間有氫燃料電池汽車做示范運營,特別是2010年上海世博會期間,有了196輛燃料電池汽車參加運行(其中,燃料電池轎車90輛、燃料電池公交車6輛、燃料電池觀光車100輛,歷時6個月,是目前世界上規(guī)模最大的燃料車示范項目之一),但這股氫燃料電池汽車的熱潮還是慢了下來。

2016年,全國共售出37輛燃料電池汽車,但是2017年突然開始加速,共售出1098輛燃料電池汽車,2018年產(chǎn)銷均完成1527輛。

加氫站建設(shè)也突然加速,截至2018年11月,中國已建成27座氫氣站,另有16座正在建設(shè)中,預(yù)計到2030年將超過1000個。

這跟2016年以來,國家發(fā)布了多達9個政策文件支持氫燃料電池技術(shù)創(chuàng)新不無關(guān)系。敏感的投資者或者投機者們已經(jīng)預(yù)感到,十多年過去,氫燃料電池汽車的熱浪又一次席卷中國市場。

那么,當(dāng)年十院士提出的氫燃料電池那些問題解決了嗎?現(xiàn)在真的到了氫燃料電池汽車可以大規(guī)模普及推廣的時候了嗎?我們應(yīng)該如何保持怎樣的清醒態(tài)度?

看上去很美,硬傷不少

2H2+O2=2H2O

單從這個化學(xué)反應(yīng)方程式來看,氫能真的是零排放的終極解決方案。然而,完美只存在于公式中,氫燃料電池要實際投入使用,情況復(fù)雜很多。

首先,從氫作為能源的角度來看,其生產(chǎn)、分配、運輸、加注等等環(huán)節(jié)很長、很復(fù)雜。

清華大學(xué)陳全世教授說,燃料電池技術(shù)所需要的氫純度要求非常高,至少要99.99%,其中一氧化碳的濃度要保持10的負6次方以下,否則會讓催化劑鉑金中毒。工業(yè)副產(chǎn)的氫氣提純難度大,而電解水制氫純度高,但成本是煤炭天然氣制氫的2-3倍。

中國科學(xué)院院士歐陽明高稱,目前中國制氫“使用的還是一百年前的技術(shù)”,儲氫、運氫等也都是多年前的工藝,“氫能本身現(xiàn)在面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)比燃料電池要大得多,包括技術(shù)和政策等方面”。

實際上,不管哪種制氫方式、哪種存儲方式、哪種運輸方式,氫能源生態(tài)系統(tǒng)都不是一蹴而就的,涉及大量基礎(chǔ)設(shè)施的投入與建設(shè),技術(shù)含量也高。反觀電動汽車,只要拼命建充電樁即可,沒那么多中間環(huán)節(jié)。

歐陽明高認為,當(dāng)前中國氫能技術(shù)落后于燃料電池技術(shù),進展比較慢,需要全鏈條各環(huán)節(jié)氫能科學(xué)與技術(shù)的新突破。

再回到核心的燃料電池技術(shù)上。眾所周知,燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置,它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。它用燃料和氧氣作為原料,又沒有機械傳動部件,一無噪聲污染,二是排放出的有害氣體極少。如果用氫做燃料,那就沒有有害氣體排出。

燃料電池技術(shù)與氫能技術(shù)是既相互聯(lián)系又存有區(qū)別的兩個領(lǐng)域。燃料電池是動力問題,氫能是燃料問題。如同傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機和加油一樣,一個是汽車行業(yè)的事,一個是能源行業(yè)的事。

那么,中國當(dāng)下的燃料電池技術(shù)又如何?

從“十五”以來,國家科技計劃和產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程等項目持續(xù)地支持氫燃料電池汽車的研究開發(fā)工作,初步形成了從燃料電池電堆、系統(tǒng)和整車的研發(fā)體系及制造能力,并開展了示范運行。

然而,與另外兩種新能源車相比,燃料電池汽車至今仍處于示范運營階段。為什么? 汽車商業(yè)評論綜合對業(yè)內(nèi)專家的采訪,基本可以得出這個結(jié)論:我國汽車燃料電池的核心技術(shù)和國外相比,存在代際的差距,落后國外大概5-10年,最悲觀的說法是,落后20年。

同濟大學(xué)汽車學(xué)院教授林瑞表示,中國與國際領(lǐng)先國家最大的差距所在,是電堆的核心材料和零部件還需要進口。此外,建模工程工藝方面與國外相差巨大,比如金屬雙極板的流道設(shè)計,中國還是二維平面,日本已經(jīng)是三維。

清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授王誠告訴汽車商業(yè)評論:“我們國內(nèi)有的做電堆的企業(yè)號稱很大,但所有的原材料都依賴進口。國內(nèi)公司主要是在做組裝,買來膜和催化劑,再組裝。關(guān)鍵技術(shù)和原材料都被國外壟斷?!?/p>

“國際上燃料電池車用電堆體積比功率達到3.0-3.2kW/L,國內(nèi)企業(yè)有報道最高的為2.0kW/L,僅達到國際先進水平的三分之二?!敝袊こ淘涸菏恳聦毩f,由于功率密度低,導(dǎo)致國內(nèi)電堆成本高、體積大,也不適于組裝乘用車。

膜電極(含質(zhì)子膜、催化劑、碳紙)和雙極板是燃料電池技術(shù)壁壘最高的兩大部件,特別是膜電極技術(shù)是壁壘中的壁壘。

中能源工程集團氫能科技有限公司(簡稱中氫科技)總經(jīng)理穆懷萍告訴汽車商業(yè)評論:“雙極板與國外的技術(shù)差距,是及格和優(yōu)秀的差異,膜電極與國外的差距,是不及格和及格的差異?!保ㄋ匾鈴娬{(diào):這種說法旨在表明膜電極是氫燃料電池的靈魂,決定著其關(guān)鍵性能和使用壽命。)當(dāng)然,此言也并不盡然。留美博士章俊良教授領(lǐng)導(dǎo)的上海交通大學(xué)燃料電池研究所,研制出的量產(chǎn)膜電極已經(jīng)達到日韓同等水平,屬于第二代鉑合金膜電極技術(shù)。

再從燃料電池汽車的設(shè)計上說。氫燃料汽車整個系統(tǒng)比傳統(tǒng)內(nèi)燃機還要復(fù)雜,相對純電動車,氫燃料電池汽車束縛了車的造型設(shè)計,未來布置智能座艙很可能會受限制,特別是乘用車,對汽車造型的變化無疑是一個不利因素。

歐陽明高曾表示:“氫燃料電池動力系統(tǒng)的總體積(儲氫瓶+燃料電池發(fā)動機+輔助電池)是會大于純電動的,對轎車來講,體積想做到比純電動還小,目前70兆帕的儲氫瓶還不大可能?!?/p>

上海捷氫科技有限公司系統(tǒng)開發(fā)部總監(jiān)蔡俊在最近一次演講中提到,他們對比了純電動車型和氫燃料電池汽車型在未來的競爭優(yōu)勢,從成本上來說,乘用車續(xù)航里程400公里以下,燃料電池相對純電動是沒有優(yōu)勢的,即便400公里以上也沒有明顯的成本優(yōu)勢。

當(dāng)然,到了更大級別的客車和貨車車型,100公里以上的續(xù)航里程,氫燃料電池已經(jīng)比鋰動力電池有優(yōu)勢了,到了30噸甚至更高噸位的卡車車型,氫燃料電池汽車只要續(xù)航超過75公里,就具有壓倒性的優(yōu)勢。

我們不否認氫燃料電池在某些車型上的優(yōu)勢,只是這種優(yōu)勢也有待在產(chǎn)業(yè)化成熟之后才能得到驗證。因為氫燃料電池汽車不是孤立發(fā)展的,它涉及的上下游產(chǎn)業(yè)鏈比純電動車更漫長。

正如王誠所說,“氫燃料電池是氫能大產(chǎn)業(yè)鏈中處在中間階段的小產(chǎn)業(yè)鏈,這個大的產(chǎn)業(yè)鏈是很多短鏈構(gòu)成的長鏈,統(tǒng)籌起來比較難?!?/p>

他告訴汽車商業(yè)評論,“在氫燃料電池領(lǐng)域,現(xiàn)在,豐田應(yīng)用的指標(biāo)是最好的,美國研究的指標(biāo)是最好的,它們都是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)跑者,中國是商業(yè)化最熱的一個國家?!?/p>

或許是因為日本和美國在氫能和燃料電池領(lǐng)域這幾年有了長足的發(fā)展,比如固體高分子型燃料電池(PEFC)技術(shù)中鉑(Pt)催化劑用量的削減,比如太陽能直接制氫的效率與發(fā)電的效率相比,從實驗室的數(shù)據(jù)來看已經(jīng)非常接近,這才導(dǎo)致中國有這新一輪的商業(yè)化沖動。

一位不愿具名的燃料電池研究人員表示,燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈的上下游都需要重視,需要讓社會各界更加了解和關(guān)注這項技術(shù),讓技術(shù)發(fā)展和成熟得更快。產(chǎn)業(yè)鏈的每一環(huán)都需要做好,尤其需要明白大批量產(chǎn)業(yè)化所面臨的卡脖子的地方在哪里,只有把最核心的問題解決好,中國燃料電池大批量產(chǎn)業(yè)化才有可能成功。

他認為,第二代膜電極中鉑含量減少的幅度,放大到全球范圍看,遠不足以支撐燃料電池產(chǎn)業(yè)化的需要?!爸挥械谌る姌O技術(shù)成熟起來,才能支持燃料電池汽車的全面產(chǎn)業(yè)化?!?/p>

顯然,僅僅有商業(yè)化沖動,而沒有腳踏實地的基礎(chǔ)研究,那么最終難免我們的市場會成為別人的嫁衣。

今年春天剛剛在日本參加完2019世界智慧能源周活動(World Smart Energy Week 2019)的一位中國專家告訴汽車商業(yè)評論:“日本的氫燃料電池汽車發(fā)展沒我們想象得那么快,……世界范圍內(nèi)氫燃料電池汽車的發(fā)展也沒我們想象得那么快。”

他說,日本目前全國有2900輛氫燃料電池乘用車,其中大部分為豐田的MIRAI;有20輛公交車,主要為2020年奧運會使用做預(yù)演,屆時總共會有100輛氫燃料公交車;有113座加氫站,其中40座為日本能源頭號企業(yè)巖谷(Iwatani)投資建設(shè),而全世界僅有9000余輛氫燃料電池汽車。

顯然,在中國市場被炒得火爆的氫燃料電池汽車,即便在技術(shù)已經(jīng)比較成熟的日本,也基本是一個剛剛走出實驗室的角色。

要知道,日本是全世界第一個制定氫能國家戰(zhàn)略的國家,2014 年,在安倍晉三首先發(fā)起下,日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省發(fā)布了《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》。但是請注意,這個“三步走”的發(fā)展計劃,它的目標(biāo)也不只是近期的,而是一下跨到了2050年,屆時的愿景是制氫成本要從2030年設(shè)定的每公斤3美元目標(biāo)進一步降低到2050年的2美元目標(biāo),氫能作為可再生能源之后的另外一個選項。

不可否認,氫燃料電池汽車具有加氫快等諸多優(yōu)點,但燃料電池的輸出受限于眾多內(nèi)在因素,輸出特性很軟,無法應(yīng)對劇烈的功率需求變化,而且,頻繁的功率變化也會讓燃料電池的壽命加速衰減。

事實上,燃料電池很難像電池或者發(fā)動機那樣作為車輛的單一能量源,在實際設(shè)計中,一般會與蓄電池或者超級電容組成增程式的電-電混合動力系統(tǒng),依靠輸出更穩(wěn)定,響應(yīng)更快的蓄電池來滿足高頻的動力需求,而讓燃料電池盡量平穩(wěn)輸出。

氫燃料電池發(fā)動機本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,除了電堆,還要燃料電池的氫氣/空氣供應(yīng)系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)等。而增程式的設(shè)計又導(dǎo)致結(jié)構(gòu)進一步復(fù)雜。

這也就難怪特斯拉的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)認為氫燃料電池“令人難以置信的愚蠢”,是“傻瓜電池”(Fool Cell,與Fuel Cell 諧音)、“垃圾堆積”,并在多年前的年會上告訴特斯拉股東“成功根本不可能”。

無獨有偶,今年4月初,美國燃料電池業(yè)界領(lǐng)軍人物、生產(chǎn)用于為建筑供電的固定式燃料電池(SOFC)的布魯姆能源 (Bloom Energy) 公司聯(lián)合創(chuàng)始人、CEO斯里達爾(K.R. Sridhar),在舊金山明確表示:“我不相信氫燃料電池汽車,把燃料電池用于氫能汽車是不合適的。”

他表示:“在汽車中安裝一個燃料電池,無論你走到哪里,你都等于隨身攜帶一座‘化工廠’,而且還要攜帶所有必需的、特殊的氫燃料。汽車已經(jīng)過于沉重和效率低下,現(xiàn)在就等于在油箱中再增加一個龐大且復(fù)雜的‘化工廠’?!?/p>

斯里達爾說:“從各種最新跡象表明,純電動汽車熱潮遠遠超過了氫能汽車,燃料電池更有意義的事情,是為電動汽車充電站提供動力,而不是為汽車本身直接提供動力。”

上海車展期間多位造車新勢力創(chuàng)始人接受汽車商業(yè)評論采訪時皆不看好氫燃料電池汽車的發(fā)展。一位自己也做了氫燃料電池汽車的創(chuàng)始人甚至表示,他們此舉不過是為了向投資人證明自己并不落伍,以順應(yīng)當(dāng)下這股狂熱的氫燃料電池風(fēng)潮。

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