氢燃料:产生零碳排放,可用于发电、供热和交通运输。

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氢燃料是一种清洁、可再生的能源,具有改变我们生产和消费能源方式的潜力。它不产生碳排放,可用于发电、供热和交通运输等多种应用。

氢燃料的优点

  • 零碳排放: 氢燃料燃烧不产生碳排放,使其成为一种环保的能源选择。
  • 可再生性: 氢气可从可再生资源(如水和天然气)中提取,使其成为一种可持续的能源来源。
  • 高能量密度: 氢燃料的能量密度比化石燃料高,这意味着它可以储存更多的能量更少的空间。
  • 用途广泛: 氢燃料可用于发电、供热、交通运输和工业过程等多种应用。

氢燃料的生产方法

氢燃料可以通过多种方式生产,包括:
  • 蒸汽重整: 蒸汽重整是从天然气中提取氢气的最常见方法。该过程涉及将天然气与蒸汽在催化剂存在下反应,产生氢气、一氧化碳和二氧化碳。
  • 电解: 电解是使用电能将水分解成氢气和氧气的过程。该过程可以通过使用可再生能源(如太阳能或风能)来实现,从而产生绿色氢气。
  • 热化学循环: 热化学循环是一种使用热能从水中提取氢气的过程。该过程涉及多种化学反应,最终产生氢气和氧气。

氢燃料的应用

氢燃料具有广泛的应用,包括:
  • 发电: 氢燃料可以在燃料电池中使用来产生电力,燃料电池是将氢气和氧气结合起来产生电能的装置。

为什么丰田的低碳燃料比保时捷的

为什么丰田的低碳燃料比保时捷的合成电子燃料更好

保时捷在智利利用风能生产合成电子燃料。 但丰田可能已经计划了更好的替代燃料。

世界各地汽车制造商疯狂采用电动汽车的热潮已经暂停。 好吧,暂停一下。 这可能会让一些立法者感到惊讶,但在2035年汽油动力汽车销售禁令之后,内燃机汽车仍将存在。 剩下的车辆将需要汽油;保时捷和丰田正在提出解决方案。

保时捷正在生产eFuel(合成电子燃料),这是一种几乎碳中性的燃料,几乎与今天从原油中提取的汽油相同。 丰田正与埃克森合作生产低碳燃料。 谁会赢得这场环保替代燃料之战,谁都说不准。 告诉你为什么丰田目前处于领先地位。

为什么我们需要替代能源?

电动汽车承诺通过可持续能源供电实现零排放。 到目前为止,他们还向消费者展示了续航里程短、充电时间长、贵金属短缺和电网短缺等问题。 这一系列的问题让很多人怀疑电动汽车是不是未来的发展方向。

从电动汽车转向其他汽车,会让白日梦变成现实。 这意味着氢燃料和燃料电池在重新聚焦的努力下显示出新的希望。 这些解决方案现在正在制定,以取代内燃机驱动的销售禁令。

但是老式的内燃机不能单靠氢来驱动,这就是为什么要推动替代燃料的发展。 保时捷和丰田是最大的竞争者。

为什么保时捷的合成燃料很特别?

保时捷与西门子能源公司和其他国际公司合作生产其合成电子燃料。 他们解构了原油的碳氢化合物组成,寻找碳和氢的来源。 他们在空气和水中发现了这些来源。

二氧化碳是温室气体排放的主要组成部分,它就在我们身边。 保时捷正在开发一种碳捕获装置,可以从空气中提取碳。 目前,他们正在用船运碳。 氢来自水。 合成电子燃料工厂使用电解分离水分子并收集氢。

通过这些过程,该公司可以制造甲醇,然后合成重汽油和轻汽油。 该公司将汽油类型混合成与今天汽油发动机完全相同的分子。 那么为什么它是碳中性的呢?这种气体本身并不是零碳的。 它的污染和我们现在的汽油产品一样。

然而,保时捷生产的合成电子燃料被认为是碳中性的,因为它在再次污染空气之前从空气中提取了碳。 它是一种净零排放产品,因为它首先从大气中去除碳。

丰田的低碳燃料价格更合理

丰田正在测试一种来自更清洁能源的替代燃料。 他们相信他们可以将替代燃料的排放量减少75%。 更清洁的来源可能是大豆或其他材料。 它们不会包含传统的化石原料。

美孚和丰田表示,他们需要“支持性政策,以实现交通运输的低排放未来。 ”这一声明,加上两家大公司的合作,使丰田的替代燃料看起来更有前途。

丰田对减排是认真的,他们的燃料开发可能是世界需要的“负担得起”的答案,让汽油动力汽车在一段时间内保持下去。

比较丰田和保时捷的替代燃料

保时捷的合成电子燃料的最大问题是物流和光学系统。 位于智利蓬塔阿雷纳斯的eFuel工厂离大多数发达国家都很远。 这意味着高昂的运输成本。 我们如何运输燃料?通过传统的汽油动力交通工具,如飞机和船只。 从物流上讲,这使得保时捷eFuel远低于碳中和。

然后,还有保时捷电子燃料的光学系统,这和你现在放在车里的东西是一样的。 相同的排放。 同样的污染。 它的使用抹去了生产的好处。 这对公众形象来说不是好兆头。 保时捷的合成汽油厂使用风力发电,使其更具可持续性。

总的来说,对于保时捷司机来说,让汽油驱动的911继续上路似乎是一种昂贵的方法。

丰田没有透露太多关于其替代燃料的信息。 也就是说,除了需要很长时间和需要政府支持这一事实。 如果他们能够兑现他们的任何承诺,他们就可以生产出一种实际上有害排放物更少的新型燃料。

更清洁的燃料对环境的净危害可能更小。 加上政府的支持,丰田和美孚的替代燃料似乎更具战略意义和经济可行性。

目前,电动汽车不使用电网供电,这意味着它们使用煤炭和天然气。

太阳能、风能和水力发电也做出了重大贡献,因此正在成为一种更清洁的过程。 替代燃料并不完全符合政府提出的清洁倡议。 他们确实回应了一个现实,即内燃机汽车不会在2035年后立即消失。 这将是一个漫长的过程。

电动汽车的未来是未知的。 当世界开始适应清洁的替代能源时,替代燃料提供了一个备用计划和一个临时计划。 保时捷已经在其合成电子燃料生产上迈出了一大步,但丰田与美孚的合作可能更为现实。 这两家公司都有可能成为汽油动力汽车领域的伟大创新者。

碳中和|氢能及燃料电池产业瓶颈分析

文/于广欣 纪钦洪 刘强 肖钢 熊亮,中海油研究总院,现代化工

氢是宇宙中最丰富的元素。 氢能作为二次能源是最佳碳中和能源载体,可用于发电、发热、交通燃料,具有零污染、热值高、可存储、储量足、应用广等优点。 氢的储能属性使其具备跨时间和空间灵活应用的潜力,能与可再生能源有效衔接,助力可再生能源消纳与更大规模发展。 正是基于氢的优点与潜能,在应对气候变化、全球能源转型的大背景下,国际上普遍认为氢能将成为未来能源系统的关键节点,在全球能源转型及提高能源系统灵活性方面发挥关键作用。 而近些年全球资本、技术、舆论等因素正共同催生本轮氢能热潮。

1 氢能产业发展现状

本轮氢能热潮起于欧美日发达国家,并逐步扩展至全球。 欧盟、美国、日本已将氢能纳入国家能源发展战略,并出台产业发展规划和支持政策。 美国重视氢能产业链关键技术培育,应用方面固定式燃料电池发电、氢燃料电池叉车和 汽车 有绝对优势。 欧盟实现净零排放,氢能是其重要抓手,德国制定《国家氢能战略》支持可再生能源制氢、氢基合成燃料、燃料电池产业与技术发展。 日本、韩国发布详细的发展路线图,政策导向明确,在燃料电池车、家用燃料电池、加氢站网络和氢技术开发处于领先。 国际氢能理事会发布的《Hydrogen Scaling Up》报告预测,2050年氢能约占全球能源需求的18%,工业、交通、建筑供暖供电是氢能应用重点领域。

国内将氢能定位战略能源技术,政策利好逐步释放。 2019年氢能首次被写入政府工作报告,2020年《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》第一次将氢能列为能源范畴,同年氢能纳入年度国民经济和 社会 发展计划,并启动燃料电池 汽车 示范推广及国家氢能产业发展战略规划编制。 国家层面从立法、顶层设计、示范应用等层面给予氢能产业持续的政策支持,统筹规划、引导、规范氢能产业 健康 持续发展。 在持续稳定的政策环境下, 社会 资本、产业链上下游相关企业、地方政府等多因素叠加催化下,近几年国内以加氢站为代表的氢能基础设施(表1),制-储-运-用产业链关键技术与装备得到发展,初步形成珠三角、长三角、京津冀等氢能产业热点区域,目前产业整体处于技术研究与示范应用阶段。 根据公开资料整理,目前国内氢燃料 汽车 超过6000辆,在运营加氢站46座。 《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019)》预测,2035年氢能占国内终端能源总量5.9%,加氢站数量1500座,燃料电池车保有量130万辆。

面对全球应对气候变化政策倒逼,Shell、Total、BP等欧洲石油公司相继提出2050年“净零碳排放”目标,押注绿色低碳能源成为普遍选择,其中布局绿色氢工厂、加氢站等氢能业务是重点方向。 至今,壳牌氢能业务已在美国、日本、德国投资超过24座加氢站,并与道达尔等企业合作在德国加速推进H2 Mobility项目(预期加氢站建设规模超过400座)。 国内石化企业在发展氢能方面,具有氢源和销售网络的优势,中国石化等已开展制氢、加氢站及储运设施网络的规划和建设,2018年中国石化加入国际氢能委员会,2019年与法液空开展氢能合作,采用“油氢电一体化”新模式,在现有加油站基础上配建加氢站,目前已在广东、上海、浙江建成油氢合建站4座。

2 产业链技术与成本瓶颈分析

全球氢能及氢燃料电池车示范应用进展显著,但氢能产业涉及制、储、运、用多个环节,产业链长,技术复杂,现实中氢能大规模推广应用仍面临氢燃料电池制造成本高、加氢站设施薄弱、终端用氢成本高等瓶颈。

2.1 技术因素导致制造氢燃料电池成本较高

氢燃料电池系统由电堆、供气系统、控制系统等部件共同构成。 电堆是将化学能转化为电能的核心部件,电堆成本占氢燃料电池系统总成本60%左右(见图1)。 造成电堆成本居高的主要因素包括:膜电极、电堆加工制造过程及使用环境要求。 而电堆技术的瓶颈也导致氢燃料电池系统成本较高。

膜电极是电堆的核心部件,由催化剂、质子交换膜、碳纸组成,其成本约占氢燃料电池系统的36%。 目前商用催化剂为铂/碳,其成本约占氢燃料电池系统成本的23%,是成本的主要来源。 质子交换膜、碳纸材料成本也较高,国内主要依靠进口,在性能和批量化上与国外还存在差距。 膜电极已经发展到第三代有序化膜电极技术,趋势是降低大电流密度下的传质阻力,进一步提高燃料电池性能,降低催化剂用量,使膜电极的材料成本大幅降低。

均一性是制约电堆性能的重要因素,也是影响制造成本的关键。 电堆通常由数百节单电池串联而成,均一性与材料的均一性、部件制造过程的均一性有关;特别是流体分配的均一性,不仅与材料、部件、结构有关,还与电堆组装过程、操作过程密切相关。 由于操作过程生成水累积引起的不均一、电堆边缘效应引起的不均一等,电堆中一节或少数几节单电池的不均一会导致局部单节电压过低,限制了电流的加载幅度。 设计、制造、组装、操作控制等环节产生的不均一性直接影响电堆的比功率,进而影响电堆成本。

2.2 氢燃料电池车成本较高限制了商业化销售规模

车用燃料电池系统成本高是造成氢燃料电池车售价高的主要根源。 由电堆、氢瓶和空压机等主要部件组成的燃料电池系统是氢燃料电池车的核心,约占氢燃料电池车成本的50%。 其中除电堆成本高外,供氢系统、空气供给系统成本也较高,技术上与国外还存在较大差距。

氢燃料电池车尚未规模化生产,市场销量有限。 目前,全球最大的氢燃料电池车企业——丰田公司现有生产能力仅3000辆/年,2020年也只能达到3万辆/年,本田、现代、日产、上汽等车企虽相继推出商业化车型,但市场销量依然有限(见表2)。 氢燃料电池发动机企业亿华通与宇通客车、福田 汽车 、中通客车等车企合作,建设了国内首条自动化氢燃料电池发动机生产线,年产能也仅1万台。 生产规模小导致整车成本较高,如丰田公司官网上2020款Mirai售价为58 550美元,是混合动力2020款PRIUS售价(美元)的2.5倍,远高于消费者预期。

2.3 加注车辆少及设备国产化仍是早期加氢站发展的主要限制因素

加氢站的建设与运营仍面临发展初期的困难。 新建加氢站及将现有加油站改造为加油加氢站难度较大。 新建加氢站建设标准主要采用《GB —2010加氢站技术规范》,其对氢气储运安全和建站选址条件的要求较高,特别是加氢站的氢气工艺设施与站外建筑物、构筑物的防火距离。 加油加氢合建站设计要符合《GB 汽车 加油加气站设计与施工规范》,依托现有加油站设施进行改造困难较大,特别是大城市、人口密集地区问题更加突出。

加氢站的网络布局与氢燃料电池车的市场规模依然是产业初期互相掣肘的因素。 纯电动车推广和充电桩建设也曾经面临过同样问题,加注车辆较少,限制了加氢站的良性滚动发展。 目前国内建设和在运营加氢站分别是66座和46座,分布在19个省市,其中广东、上海、江苏、山东是加氢站主要集中地区(见表3)。 目前国内加氢站数量与规划2020年建设100座、2030年建成1000座还有较大差距。 国内最早示范运营的上海安亭、北京永丰加氢站始终处于加氢车辆少的尴尬局面。 德国H2 Mobility项目已建成的加氢站也存在车少的状况,但仍在推进2023年建设400座加氢站网络的目标,试图解决产业初期的问题。

加氢站设备国产化还面临瓶颈,氢气压缩机、加注机等关键设备目前仍以进口为主。 根据公开资料整理,加注量1000kg/d的35MPa加氢站建设成本高达1500万元,高出加油站数倍。 其中储氢装置、压缩机、加注机、站控系统等占加氢站总投资约60%,其中氢压缩机占比最高,约为30%。

2.4 终端用氢成本高,制储运关键技术亟待突破

目前,氢作为燃料的价格仍远高于化石燃料。 氢燃料电池车的用氢成本包括从制、储、运到加注的全过程成本。 与传统燃油车相比,氢燃料电池车百公里消耗的燃料费用要高于燃油车。 根据国内示范项目的运行经验初步估算,氢燃料电池车的燃料费用约为燃油车的1.8倍左右。 氢燃料终端售价虽高于化石燃料,但国内外仍通过车企、政府补贴方式来弥补氢燃料价格的劣势,推动氢燃料电池车产业发展。

化石能源制氢技术成熟、规模大、成本低(见表4)。 国内现有工业制氢产能为2500万t/a,氢气来源构成主要是煤制氢、天然气制氢、石油制氢、工业副产氢以及电解水制氢,占比分别是40%、12%、12%、32%和4%。 在氢能及氢燃料电池车产业发展初期,化石能源制氢以及工业副产氢是低成本氢燃料的主要来源,有利于推动产业发展。 但化石能源制氢CO2排放量大,利用可再生能源制取低成本氢气是业界一直瞄准的方向和攻关重点,最终目标是氢气价格与化石燃料价格持平。

绿色、低成本制氢技术是氢能产业发展的关键。 质子交换膜(PEM)水电解制氢技术在总体效率、工作电流密度、氢气纯度、产气压力以及动态响应速度等方面优于碱性水电解制氢技术(详见表5),能适应可再生能源发电的波动性,是氢能产业链发展的重点技术之一,但目前面临采用铂催化剂、电耗高而导致的制氢成本较高问题。 突破铂催化剂、电堆等关键技术,进一步提高电流密度、系统能效、降低投资是PEM制氢技术的重点开发方向。

目前国内氢储运标准、规范不完善,导致氢燃料只能以气态方式运输,限制了加氢站的技术选择。 液氢储运在国内仅用于航天军工领域,商用加氢站未有液氢供应的标准和规范。 国家层面正通过立法将氢能作为能源进行管理,并制定商用液氢制、储、运、用相关标准,2019年已完成三项液氢国家标准征求意见稿,将填补国内民用领域液氢标准空白,由此可能带来氢能全产业链技术突破,从而降低终端用氢成本。

液态氢密度高达70.6g/L(-253 ),相同有效装载容积下液氢储运能力远高于高压储氢。 尽管氢液化的能耗比氢压缩的能耗高1倍以上,但在运输环节液氢的运输成本只有高压氢的1/5~1/8。 国外仍采用高压氢气管束车作为主要运氢方式,气态氢限制了储运能力,详见表6。

3 思考与建议

氢能及燃料电池产业已进入早期示范应用阶段,大规模商业化推广仍需解决产业链关键环节的技术与成本瓶颈。 具体来讲,加快氢能及燃料电池产业商业化步伐需要政策、规划、标准规范、技术等因素协同发力。

持续稳定的产业支持环境,配套相应的产业补贴,对早期氢能产业发展至关重要哦。 国家应尽快启动氢能及燃料电池产业顶层设计,编写国家产业发展战略规划,制定产业发展实施方案,统筹规划氢能产业重点发展区域,明确产业链制、储、运、用环节的发展路径。 技术方面,加强绿色低碳制氢、高效低成本燃料电池、氢压缩机、加氢机等产业链关键技术、核心零部件重点攻关,加快设备国产化,完善产业链标准规范。 具体实施建议国家主导设立氢能 科技 重大项目,联合企业、高校科研院所,集中力量突破核心技术、材料、装备及关键零部件,打造自主技术、材料、设备生态链,进一步降低成本,推动产业 健康 快速发展。

展望未来绿色氢气制取、储运、加注与燃料电池技术突破以及氢能基础设施完善与普及,将激发氢能及燃料电池产业应用场景多元化与规模化应用,推动氢能在全球能源转型中担当更加重要的角色。

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中国的氢燃料电池汽车,被什么卡了脖子?

文|东篱

“我从未想过可以再见到它。 ”时年91岁的FloydWyczalek在2016年又一次坐进了Electrovan的驾驶室里。

握着他50年前参与制造的全球第一辆燃料电池概念车的方向盘,这位前通用汽车工程师眼里发着光。

转眼又是4年。 2020年9月8日,通用汽车宣布20亿美元入股电动汽车公司Nikola,其中燃料电池技术的应用是双方战略合作重头戏之一。 “价值数十亿美元”,这是Nikola创始人TrevorMilton对通用燃料电池项目的评价。

而在万里之遥的中国,很多人说,2020年是氢能元年。

逐利的资本不太会撒谎。 氢云链数据显示,2020年前7个月,中国的氢能产业名义总投资超过1300亿元,同比增长逾30%,投资达到百亿级别的项目就有5个,而2019年同期只有2个。

如今,出台支持氢能发展政策的地方政府也超过40个,据不完全统计,目前全国规划的氢燃料电池电堆产能逾3000兆瓦,燃料电池汽车预期产量超10万辆。

9月13日,上汽集团正式发布全球首款燃料电池MPV上汽大通MAXUSEUNIQ7,同时公布其“氢战略”。

资本、政府、车企纷纷出手,在这个逐渐转凉的九月,中国氢燃料电池市场格外火热。

氢的诱惑

提到燃料电池,现在很多人习惯性在前面加一个字——氢,也就是氢燃料电池,暗示着这是一场能源动力的变革。

人类每一次的能源变革都是提升减碳加氢、提升能量密度的过程。

氢气是一种高能、高效的能量载体。 古代木材作为燃料的能量密度只有每公斤0.13兆焦,现在标准煤、石油、天然气直到氢气,能量密度最高达到了140兆焦。

而且氢能是一种可再生能源,获取方式多种多样,无论是工业副产品、石化能源还是水,人类都可以通过各种方法从中获取氢气。

21世纪,人类正在从化石燃料时代向绿色能源时代迈进。 中国工程院院士干勇认为,转变分为两个:一个是化石能源消耗向绿色能源再生转变,另一个是从高碳燃料向低碳燃料转变。 回归本质的话,还是燃料的“加氢减碳”。

“零碳”能源最终指向了氢能,这是一种零排放的清洁能源,氢气和氧气充分反应的最终产物只有水。

氢能如此诱人,各国政府开始出手制定战略。

日本等多国已经将氢能社会定为国家战略。 新冠疫情爆发以来,德国等国将氢能视为振兴经济的重要手段。 2020年6月份,德国宣布将再投入90亿欧元以支持氢能的发展。

中国在这方面也已开始布局。 2016年5月,中共中央、国务院印发《国家创新驱动发展战略纲要》,表示要“开发氢能、燃料电池等新一代能源技术。 ”

之后的2019年,氢燃料电池首次被纳入《政府工作报告》,2020年,氢能被纳入《能源法》征求意见稿。 近期,有媒体报道称,由多个部委参与的中国氢能发展整体规划正在制定之中,中国氢能的顶层设计呼之欲出。

在落地方面,汽车产业是氢能战略的重要一环。

作为二氧化碳等温室气体的排放大户,汽车使用氢燃料需要通过燃料电池系统。

燃料电池是一种将外部供应的燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转变为电能、热能、和其他反应产物的发电设备。

目前行业研究较多的燃料电池是外部供应燃料为氢气、氧化剂为氧气的质子交换膜氢燃料电池。 燃料电池汽车就是以车载燃料电池系统产生的电能为动力或主动力的汽车。

1966年10月28日,在美国密歇根州,通用汽车展示了一款名为Electrovan的概念车,被视为是全世界第一辆燃料电池车,由于成本过高,当时没有得到推广。

如今,无论是国内还是国外,汽车电动化的趋势不可阻挡。 只是,前途光明,道路曲折,从过去到现在,电池安全仍然是很多消费者犹豫是否购买纯电动汽车的重要因素。 最近宁德时代“811”电池也陷入安全性的争议当中。

氢燃料电池也是电动化浪潮中的一员,而且“燃料电池的安全性比锂离子电池高。 ”中国工程院院士衣宝廉认为,氢燃料电池本质是一个通过电化学反应实现的能量转化装置,原理上和锂电池是一致的,但从工作方式来看,它和内燃机更像。

内燃机的汽油(柴油)是存储在油箱里面的,燃料电池的氢气是存在储氢瓶里面,前者有发动机进行能量转化,后者的能量转换场所是在燃料电池电堆中,电堆和储氢瓶是分开的。

“我搞了一辈子燃料电池,从来没有发生过燃烧和爆炸的事故。 ”衣宝廉表示,燃料电池电堆里面的能量很少,如果出了事情,只要把氢气的供应切断,就能保障安全。

然而,这样一种高能、高效、安全的可再生清洁能源,现在刚刚步入商业化的窗口期。

两起两伏后的曙光

当前,氢燃料电池汽车的民用热潮已是20世纪以来的第三波浪潮。

通用的Electrovan在1966年没有掀起太大波澜,直到1973年,第四次中东战争爆发,带来了第一波燃料电池民用化的热潮。

当时国际石油输出国组织(OPEC)对以色列等国实施石油禁运,仅仅3个月时间,从1973年10月1日至1974年1月1日,国际油价从每桶3.11美元上升到11.65美元,引发了全球性石油危机。

石油危机使得民用燃料电池汽车的研发和投入火热了一段时间,但这波浪潮并不持久,随着危机的暂时解决,燃料电池的热潮就慢慢冷下去了。

第二次浪潮兴起于2000年前后,由加拿大的巴拉德等燃料电池生产企业推动。 但是因为当时的技术没有成熟到商业化应用的阶段,车企并不支持他们,消费者也没有需求,零部件供应商一方撑不起燃料电池汽车市场,最终氢动力汽车也没有发展起来。

此后一段时间内,由于氢燃料汽车在全球范围内迟迟无法实现量产,不少政策逐渐向搭载锂电池的纯电动汽车倾斜,氢燃料汽车全产业链频现倒闭潮。

到了2014年,丰田终于推出全球首款量产氢燃料电池汽车Mirai,沉寂多年的氢能汽车行业才得以复苏。

以此为起点,第三波氢能浪潮在汽车领域的暗流开始涌动。 事不过三,或许这波氢燃料电池的商业化真能起来。

在各国政策扶持下,丰田汽车推出了Mirai,本田的Clarity、现代的NEXO等乘用车型亦纷纷量产。 上汽也推出了搭载氢燃料电池系统的荣威950。

中国汽车工程学会常务副理事长兼秘书长张进华在2018年就曾表示,国外车企量产车型的主要性能,包括寿命、功率密度、价格等方面,与传统汽车相比都已具备一定的竞争力。

在商用车领域,丰田正在加码,通用则选择和电动卡车公司Nikola合作推进燃料电池系统在卡车领域的落地。 国内的长城、福田、上汽也都在发力。

但是和国外相比,目前中国在氢燃料电池领域的技术实力仍有短板。

“应当正视我国氢能与燃料电池产业和国外先进水平仍存在一定差距。 ”中国工程院院士、中国矿业大学(北京)教授彭苏萍表示,“卡脖子”技术分布在氢能产业的多个环节,急需打破技术封锁,包括氢气储运技术存在的短板、相关核心设备主要依靠进口等。

被什么“卡脖子”?

燃料电池技术原本应用于航空航天以及军事等领域,从技术本身来看,相对成熟,不存在太大的难点。

但正因为被用在不计成本的航天和军用领域,燃料电池技术门槛其实很高,拓展到民用领域,如何削减成本成为关键。

无论是国内还是国外,制约氢燃料电池汽车发展的核心要素之一就是氢气这一能源本身。

在用户和政府端,对于燃料电池汽车的认知非常不充分,对于其安全性的质疑很多。 同时法规标准也不完善,丰田在日本也遇到困难:在氢燃料电池汽车进入密闭空间如地下停车场时,没有权威第三方可以证明这是没有安全隐患的。

此前张进华就曾表示,很多官员中仍将氢与不安全划等号,因此进行科学普及至关重要。

值得庆幸的是,政策正在放开。 上汽集团副总裁蓝青松透露,从今年开始上海不再将氢气定义为危化品,而是转为燃料,“将其视作燃料来管理,这便是政策上的巨大变化。 ”

不过问题不止这些。 作为交通领域的能源,氢能的供给规模和价格不足以支撑大规模商业化推广,氢燃料的加注困难,费用偏贵。

氢能产业链分为制氢、储氢、运氢和加氢等几个方面。

以最终端的加氢站为例,里面的设备就包括压缩机、加氢机、顺序控制柜、卸气柜等等。 上海氢枫能源技术有限公司董事长方沛军表示,“加氢站里面建站很多设备是来自国外的品牌,目前来看(比例)还很难降下来。 ”

采购国外设备的成本将被传导到终端的加氢价格,目前来看,氢气的价格对于消费者而言还是太贵。

一位上汽的氢燃料电池资深工程师告诉HD汽车商业周刊,“或许氢气出厂只要几块钱,但经过脱硫、纯化、加压运输、气站储存,到了加氢站可能还要升压,此外加气站成本可能占到40-50%,综合成本算下来就很贵。”

近期在安亭的加氢站,HD汽车商业周刊观摩了一次加氢演示,机器屏幕显示,加注0.35千克的氢气共需支付25元人民币,也就是每公斤的氢气加注价格超过70元。

不过相关人士透露,他们和加氢站签订的协议远没有这么贵,每公斤不到40元。

但是业界普遍认为,氢气价格达到20-25元才能够让用户有好的体验,现在加氢价格动辄每公斤六七十元,补贴后也在40元上下,相比加油或者充电,汽车加氢的单位价格更贵,因此,短期很难通过纯市场化的行为进行推广。

再回到氢燃料电池汽车的生产制造环节,从全球视角来讲,氢燃料电池汽车的产业链也难言成熟。

“丰田、本田和现代,大多都是依靠背后财团,打造一个全封闭系统自己干。 ”广东泰罗斯汽车动力系统有限公司总经理张锐明对HD汽车商业周刊透露,现在很多催化剂、质子膜等核心材料和零部件掌握在少数企业手中,成本居高不下。

上海捷氢科技有限公司总经理卢兵兵指出,催化剂、质子交换膜、碳纸等是氢燃料电池电堆领域“卡脖子”的关键技术和零部件。

以质子交换膜为例,全氟结构的质子交换膜要实现大规模量产的条件严苛。 一方面,氟化工材料很特殊,有强腐蚀性、爆炸性,所以要求工业化的稳定的生产平台,而这个需要时间的积累。 另一方面,厂商还要和车企一起开展试验评价,“没有试验评价,就没有人敢用你的膜”。

更令人担忧的是,研发全氟质子交换膜现在还是烧钱阶段。 据山东东岳集团首席科学家张永明介绍,“这个膜现在一直在赔钱,年年几千万,一般的公司都不愿意做,愿意负责任的公司才做。 ”

国家也发现这些问题。 在2020年9月5日的泰达论坛上,财政部经济建设司一级巡视员宋秋玲解释了燃料电池汽车的财政补贴变动,“转型后的示范政策核心目标就是支持企业加快突破关键核心技术,打造自主可控的产业链”。

现如今,氢能各环节尚未真正打通,燃料电池关键核心技术不在自己手中,这是两个卡住中国企业脖子的关键问题。

甚至两者之间还存在矛盾,既有燃料电池系统和氢气的价格矛盾——“做氢的觉得电堆贵,做电堆的觉得氢贵”,也有氢燃料电池车和加氢站之间的数量矛盾——“车觉得没(加氢)站,站觉得没车”。

问题的症结在于“规模”。

一百万辆的生死线

截至2020年8月,我国已累计推广燃料电池汽车超过7200辆,累计运行里程接近1亿公里,共建成加氢站72座,但这还远远不够。

“燃料电池车在2035年必须达到一百万辆,如果达不到,就是有风险的。 ”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高直言。

西方国家在公司角度来看会有“死亡之谷”,即技术开发成功后,商业化还要越过投资规模、回报率、风险控制等难关,但中国现在从国家层面给企业搭了桥,要利用好这个机会。

“目前中国燃料电池市场的火热,其政策导向非常明显,这是好事。 ”一个深耕燃料电池市场数十年的专家对HD汽车商业周刊表示。

遗憾的是,国内不少企业只关注眼前利益,花钱投产是为了国家补贴,而非提高技术。 所以补贴政策要既照顾到现状,更要鼓励自主专利研发,推动技术进步,今年“以奖代补”的政策转变也暗合此理。

毕竟在政策基础上,企业主动投入才是推动行业进步的力量。

同济大学燃料电池汽车技术研究所所长章桐直言,“由于各方面因素,国内企业投入还是不够,产业就很难起来。 ”反观丰田、通用等车企,在燃料电池上做了几十年的投入,近几年的研发费用每年高达上亿美元。

不过章桐表示,这方面上汽是个例外。 作为中国最早开展燃料电池技术研发的汽车企业,上汽于2001年就启动了凤凰一号燃料电池汽车项目。 2006年正式成立燃料电池事业部,从整车集成、系统集成,到如今发力突破电堆技术,公司一直在投入研发,并相继推出燃料电池乘用车荣威750、950和商用车上汽大通FCV80、EUNIQ7等车型。

在这期间很多燃料电池相关的企业或倒闭或转型,上汽当然也受过影响。

时任上汽集团前瞻技术研究部燃料电池系统部总监陈雪松对HD汽车商业周刊坦言,“外面都死掉了,上汽内部也曾质疑过,这个方向对不对?最终坚持了下来。”

现在越来越多的国内车企正加入进来,上汽大通MAXUSEUNIQ7更是计划瞄准中高端商务出行领域,进军个人消费市场,国内燃料电池商业化开始加速突破。

发布MAXUSEUNIQ7同时,上汽也发布了“氢战略”:在2025年前,推出至少十款燃料电池整车产品,上汽捷氢科技达到百亿级市值,建立起千人以上燃料电池研发运营团队,形成万辆级燃料电池整车产销规模,市场占有率在10%以上。

“燃料电池的乘用车受到基础设施制约较大,目前来看更适合先应用于商用车领域,围绕加氢站进行运营,并在公共交通、物流以及城市出行等领域中率先落地。 ”蓝青松表示。

今年的泰达论坛上,宋秋玲表示:“本次示范重点推动燃料电池汽车在中重型商用车领域的产业化应用,并向重型货车倾斜。”

确实,相较乘用车,客车和卡车对燃料电池的技术要求更低,商用车规模化可以培育一批能源供给、零部件甚至是材料的供应商,把中国自主的产业链打造起来,然后逐步提高技术水平,进而扩展到乘用车领域。

正如上汽集团副总裁兼总工程师祖似杰所言,燃料电池要先在商用车领域规模化应用,而规模又将带动产业的良性循环。

未来很长一段时间,结合混动,乘用车继续坚持纯电路线,客车、卡车等商用车领域提升应用燃料电池技术的比例,“双线并进”将是新能源汽车的发展趋势。

更多难题还在后面。 商业化之后,企业还要考虑“燃料电池出现问题的承受度”,即如何进行售后服务。 中国能源工程集团首席科学家范钦柏指出,这是过去很多美国燃料电池企业失败的主要问题,也将是中国企业将来必须面临的困难。

“你氢醒了吗?”范钦柏说,他希望各位从业者这样问问自己。

标签: 氢燃料 供热和交通运输 可用于发电 产生零碳排放

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