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氫燃料電池技術(shù)受車企關注 能否“氫”而易舉?

   2021-07-13

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核心提示:  原題:氫燃料電池技術(shù)受車企關注 出行能否變得“氫”而易舉?  原文來源:北京晚報  近些年,隨著

  原題:氫燃料電池技術(shù)受車企關注 出行能否變得“氫”而易舉?

  原文來源:北京晚報

  近些年,隨著低碳減排成為衡量車企發(fā)展水平的重要指標,同新能源相關的各項技術(shù),受關注程度也變得越來越高。除純電動、混合動力、插電式混合動力和增程式等技術(shù)外,氫能源汽車也由之前日韓車企的“一枝獨秀”,到被更多車企所提及和重視。在國內(nèi),吉利、長城汽車都曾經(jīng)發(fā)布過相關技術(shù),另一些大型車企也在長期規(guī)劃中為氫能源汽車留有一席之地。氫能源汽車究竟離我們有多遠,這項被稱為“新能源汽車終極發(fā)展方案”的技術(shù),真的能改變未來的出行生活么?

  ■ 褒貶不一的氫燃料電池技術(shù)

  許多不了解氫能源技術(shù)的人,會錯誤地認為氫能源汽車是靠內(nèi)燃機驅(qū)動的車型,只是燃料由汽油或柴油換成了氫氣。實際上,氫能源汽車的準確名稱應該叫做氫燃料電池汽車。它的工作原理是氫氣在陽極通過擴散層,在催化劑作用下生成氫離子,氫離子通過質(zhì)子交換膜到達陰極,并在催化劑作用下與氧氣生成水。這個反應過程中產(chǎn)生的電流將被輸送至外電路,靠電能驅(qū)動汽車。

  也就是說,氫燃料電池車本質(zhì)上是電動車,加注氫氣的目的是為了制取電能,這與增程式電動車屬于同一種驅(qū)動思路。

  此外,氫燃料電池車并不是新鮮事物。上世紀70年代石油危機時,汽車業(yè)界就曾經(jīng)掀起過一次氫燃料電池技術(shù)研究熱潮。在支持者眼中,氫燃料電池具有能量密度高(為鋰電池的100倍以上)、低溫性能好、續(xù)航里程長、加氫速度快等優(yōu)點。

  特別是氫燃料電池汽車的最終生成物是清潔無污染的水,因此很多人都將這項技術(shù)比作新能源汽車的“終極發(fā)展方案”。

  不過由于氫燃料電池與純電動技術(shù)相比,增加了一次能量轉(zhuǎn)換,造成了不必要的能量損耗,因此這項技術(shù)反對者同樣不少,且其中不乏汽車業(yè)界的重磅人物。特斯拉CEO埃隆·馬斯克就曾明確表示“氫燃料電池沒有未來”,大眾集團CEO赫伯特·迪斯同樣對氫燃料電池技術(shù)的應用前景不看好,他認為在未來十年時間內(nèi),氫燃料電池技術(shù)都不太可能被應用在乘用車上。

  ■“一枝獨秀”的日韓氫能源乘用車

  迪斯并不看好的氫能源乘用車,是一個怎樣的發(fā)展現(xiàn)狀呢?

  實際上,目前也確實只有日本和韓國的少數(shù)車企聚焦于量產(chǎn)氫燃料電池乘用車。其中比較有代表性的如豐田Mirai、本田Clarity、現(xiàn)代NEXO等。

  即使這僅有的幾款車型,也沒有交出令人滿意的市場成績單。以豐田氫燃料電池乘用車Mirai為例,該車于2014年正式推出,并于2020年推出第二代車型。但6年時間里累計銷量僅為1.1萬輛,與豐田每年在全球市場超千萬輛的銷售總量相比,僅約占0.1%左右。

  日韓車企之所以“逆勢”布局氫燃料電池乘用車,與各自國家能源結(jié)構(gòu)有著緊密關系。同樣以日本為例,由于一次能源極度匱乏,工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的能源大量依賴進口。尤其是2011年福島核事故之后,日本將占電力結(jié)構(gòu)30%的核電全部停運,更加劇了日本能源問題。

  2014年,日本制定了氫氣生產(chǎn)、儲存、運輸和應用的戰(zhàn)略路線圖,其中交通領域的氫能替代任務十分艱巨。按照規(guī)定目標,2025年日本將有20萬輛氫燃料電池車上路行駛,2030年這一數(shù)字將擴大至80萬輛,同時加氫站數(shù)量將達到900個——而截至2020年底,全球加氫站總數(shù)也僅為544座。

  除政策層面外,以豐田、本田為代表的日本車企已經(jīng)積累了大量氫燃料電池技術(shù)和專利,豐田甚至規(guī)劃建立一座占地175英畝的“未來城市”,該城市將主要由氫燃料電池供電。如果全球汽車圈其他玩家都不在這條賽道上共同下注,那么豐田、本田包括現(xiàn)代所擁有的技術(shù)和專利再多,也無法轉(zhuǎn)化成實際的商業(yè)效益,這也成為上述車企持續(xù)推廣氫燃料電池技術(shù)的動力之一。

  ■ 氫能源目前更適合商用車領域

  同日本和韓國相比,我國目前氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展仍舊集中在商用車領域。

  中汽協(xié)相關數(shù)據(jù)顯示,2020年我國氫燃料電池汽車產(chǎn)銷量分別為1204輛和1182輛,全部為商用車。截至2020年底,我國累計推廣氫燃料電池汽車共約7200輛,其中絕大部分為物流車和客車。

  那么,被國內(nèi)各主要車企多次提及的氫燃料電池乘用車,離我們究竟還有多遠呢?

  答案恐怕并不樂觀。首先,與純電動車核心部件為電機、電控、電池不同的是,氫燃料電池的核心部件為膜電極和空壓機,國內(nèi)企業(yè)目前在這些核心部件方面并不具備優(yōu)勢,不存在電動車那種短期內(nèi)彎道超車的可能性。

  此外,催化劑在氫燃料電池內(nèi)部起著舉足輕重的作用。目前氫燃料電池電堆用的催化劑仍是鉑,這是一種十分稀少的貴金屬,全球目前探明儲量僅為十余萬噸。同時,我國企業(yè)對鉑催化劑的使用效率也低于海外競爭對手。有資料顯示,豐田對于鉑的單位用量可達到0.2g/kW,而國內(nèi)企業(yè)的鉑單位用量則為0.4g/kW。

  由此可見,即使國內(nèi)主流車企看好氫燃料電池的發(fā)展,但商用車仍將是未來相當長一段時間內(nèi)該技術(shù)的主要應用場景。除技術(shù)瓶頸外,占我國汽車保有量12%的商用車目前制造了道路交通56%的碳排放,氫能可以作為柴油的有效替代方案。此外還要考慮建設加氫站的成本問題。一座加氫站的建設成本接近1200萬元,而一個加油站的建設成本約為200萬元。由于商用車運營模式和路線較為固定,只需在沿線建立相對少的加氫站即可滿足使用量要求,并將成本降至合理水平。

  ■ 氫能源乘用車還要等多久

  氫燃料電池乘用車我們還要等多久?要解答這個問題,有必要了解一下灰氫、藍氫和綠氫的概念。

  灰氫指的是通過化石燃料燃燒產(chǎn)生的氫氣,這種制氫技術(shù)最為簡單且成本低,但生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳排放。藍氫是指將天然氣通過蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制氫,與灰氫相比,藍氫產(chǎn)生的溫室氣體排放相對較少。綠氫則是通過可再生能源制造氫氣,如最常見的電解水制氫,在生產(chǎn)綠氫的過程中將不會產(chǎn)生碳排放。

  由于我國已經(jīng)制定了明確的碳達峰和碳中和時間表,為了助力實現(xiàn)目標,上述三種制氫方法中,綠氫顯然成為最合理的選擇。

  從我國目前能源結(jié)構(gòu)和分布狀況來看,未來將有望建成一個由光伏發(fā)電-特高壓輸電-儲能設備-新能源汽車的全新能源大閉環(huán)。在這個閉環(huán)中,從我國西北地區(qū)通過光伏發(fā)電產(chǎn)生的大量電能,將通過特高壓輸電技術(shù)被送往東南部經(jīng)濟活躍地區(qū)。這些電能達到東南部地區(qū)后,一部分通過儲能電池的形式儲存起來,由于氫氣的儲能時間和儲能密度遠遠高于電池,因此將有相當一部分電能會以電解水制氫的形式,也就是綠氫被儲存下來。

  此時,被車企心心念念的新能源乘用車作為能源閉環(huán)的最后一個關鍵節(jié)點,將終于有了用武之地。同時,在相關技術(shù)越發(fā)成熟和加氫站建設成本降低的雙重加持下,氫燃料電池乘用車才會顯現(xiàn)大規(guī)模普及的機會,成為未來出行的主角。



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