氫燃料電池車是未來汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)競爭的制高點。按照相關(guān)規(guī)劃,我國到2030年要實現(xiàn)氫燃料電池汽車的保有量200萬輛,這是否意味著氫燃料電池車已經(jīng)迎來“新風(fēng)口”?

環(huán)保與能源一直是老生常談的話題,每個行業(yè)也始終在致力于用一種更環(huán)保的方式發(fā)展,汽車行業(yè)也是如此。我國早就將新能源汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而加以大力支持發(fā)展,并明確了“三駕馬車”式的(即插電式混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車)技術(shù)路線。

國務(wù)院總理李克強(qiáng)不久前在日本參觀考察豐田汽車北海道廠的這則新聞讓我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑的討論此起彼伏,有人稱“我們的新能源汽車需要掉頭”,呼吁像日本那樣“全面轉(zhuǎn)向氫燃料電池汽車”。這不得不說有些片面,雖然氫燃料電池車是未來汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)競爭的制高點,但在產(chǎn)業(yè)成熟度上,我國純電動汽車已比氫燃料電池汽車更具比較優(yōu)勢,也更符合國情,而且純電動車、混合動力車和燃料電池車三者有各自的特點以及適應(yīng)的發(fā)展領(lǐng)域,沒有必要認(rèn)為純電動汽車和燃料電池車是非此即彼的。

當(dāng)然,如果氫燃料汽車在未來有全面到來的這一天,那么我們不妨可以對氫燃料汽車多些了解,車企也可以更理性地看待其優(yōu)勢和痛點,避免產(chǎn)業(yè)“發(fā)瘋”。

氫燃料電池車是什么?

燃料電池車(Fuel Cell Vehicle)簡稱:FCEV。氫燃料電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng),把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴(kuò)散,并與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng),釋放出的電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極,是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。氫燃料電池車?yán)萌剂想姵禺a(chǎn)生的電供能,帶動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),從而使車輛正常行駛。在此過程中不經(jīng)過熱能轉(zhuǎn)換直接產(chǎn)生了電流,轉(zhuǎn)化效率高,無噪音,并生成最終唯一的反應(yīng)產(chǎn)物――水。

氫燃料電池車真的零排放嗎?

“零排放”是相對傳統(tǒng)的排放定義產(chǎn)生的。發(fā)動機(jī)在燃燒化石能源(汽油、柴油等)時會排放出CO、HC和NOx等有害氣體,作為正常燃燒產(chǎn)物的CO2也是一種溫室氣體,它是全球氣候的變暖的原兇之一。氫燃料電池汽車可以做到零CO2排放,排出的廢物只有水,也可以回收利用再次分解成氫。因此,氫燃料是公認(rèn)的清潔能源。

然而,在氫的制取環(huán)節(jié),也存在著污染問題。目前工業(yè)上主要依靠電解水的方式制取氫氣,而電解水所需的電能大多數(shù)還是依靠傳統(tǒng)火電,這樣一來,我們常說的純電動車偽零排放、轉(zhuǎn)移污染的問題在氫燃料電池車上也同樣存在,所以只要是采用火力發(fā)電,零排放還是無法實現(xiàn)。另外,高純度的氫提煉難度大,而純度不夠則會影響車輛性能表現(xiàn),這都是制氫環(huán)節(jié)的難點所在。

現(xiàn)階段氫燃料汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局如何?

作為新能源汽車主要技術(shù)路徑之一,氫燃料電池汽車在《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《中國制造2025》和《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》等重要戰(zhàn)略綱要中,均被確認(rèn)要大力發(fā)展。按照相關(guān)規(guī)劃,我國到2030年要實現(xiàn)氫燃料電池汽車的保有量200萬輛。

2018年2月13日,財務(wù)部、工信部、科技部和發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補(bǔ)貼政策的通知》,在補(bǔ)貼退坡的大背景下,燃料電池汽車的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)依然不變,燃料電池乘用車依然按燃料電池系統(tǒng)的額定功率進(jìn)行補(bǔ)貼,即補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為6000元/kw,補(bǔ)貼上限為20萬元/輛;輕型燃料電池客車/貨車以及大中型客車/中重型貨車依然采用定額補(bǔ)貼方式,補(bǔ)貼上限分別為30萬元/輛和50萬元/輛。

與此同時,地方政府也開始積極布局燃料電池產(chǎn)業(yè)。2018年5月21日,上海市科委印發(fā)《上海市燃料電池汽車推廣應(yīng)用財政補(bǔ)助方案》,指出,燃料電池車按照中央財政補(bǔ)助1:0.5給予上海市財政補(bǔ)助。燃料電池系統(tǒng)達(dá)到額定功率不低于驅(qū)動電機(jī)額定功率的50%,或不小于60kW的,按照中央財政補(bǔ)助1:1給予上海市財政補(bǔ)助。此前新能源汽車推廣應(yīng)用財政補(bǔ)貼政策提出,燃料電池乘用車補(bǔ)貼上限為20萬元,這意味著一款燃料電池乘用車最高可獲得國補(bǔ)加地補(bǔ)共40萬元。

我國需要更多的加氫站?

不可否認(rèn)的是,燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)要發(fā)展,加氫站建設(shè)是關(guān)鍵。加氫站數(shù)量少,在一定程度上成為氫燃料電池汽車發(fā)展的最大障礙。

據(jù)不完全統(tǒng)計,我國已建成及在建的加氫站共有31座,正在運(yùn)營的僅有12座,分布在北京、上海、鄭州、大連、中山、佛山、云浮、如皋、常州、十堰、成都等城市。顯然,氫燃料在國內(nèi)發(fā)展速度較緩慢,究其原因,成本投入高、收益慢和技術(shù)瓶頸成為制約加氫站建設(shè)的根本原因。

然而,在業(yè)內(nèi)看來,在現(xiàn)有的汽、柴油加油站的基礎(chǔ)上增設(shè)加氫功能,能有效解決加氫站的規(guī)劃布局和建設(shè)問題,特別是解決加氫站的土地問題。

按照國家節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖的規(guī)劃,隨著燃料電池車對氫氣需求量的增加,我國的加氫站數(shù)量會逐步增加,2020年有望達(dá)到100座。

氫燃料的儲存方法有哪些?

氫燃料以何種形態(tài)裝載汽車上是個大問題,安全性能、能源密度等都是評價其性能的重要指標(biāo)。目前,氫燃料的儲存方法大體可以分為3種,即高壓儲氫法、液態(tài)儲氫法和固體儲氫法。

高壓儲氫法,也稱為氣態(tài)儲氫法,是將氫氣加壓儲存在儲氫容器內(nèi),形式上和天然氣車CNG氣瓶類似。優(yōu)點是在三種儲氫方式中成本最低,儲氫密度較大,缺點是安全性較低。

液態(tài)儲氫法是在20.28K(-252.77 ℃)的超低溫下將氫氣液化,然后儲存在低溫容器內(nèi)。優(yōu)點是儲氫密度最大,缺點是成本高,附屬系統(tǒng)龐大,故不適合做車載容器。

固體儲氫法,是利用固體對氫氣的物理吸附或化學(xué)反應(yīng)等作用,將氫儲存于固體材料中。固態(tài)儲存一般可以做到安全、高效、高密度,是氣態(tài)儲存和液態(tài)儲存之后,最有前途的研究發(fā)現(xiàn)。目前常見固體儲氫方式有合金儲氫、納米儲氫等。優(yōu)點是安全穩(wěn)定,缺點是成本過高。

氫燃料電池夠不夠安全?

眾所周知,氣體往往是極不穩(wěn)的一種存在,氫氣作為氣體的一種實則是十分危險的,氫燃料電池制造的大規(guī)模制氫、儲氫、輸氫和注氫等環(huán)節(jié)統(tǒng)統(tǒng)都會涉及到安全問題。再加之氫氣是一種無色無味的氣體,所以一旦泄露人的感官也無法立刻對其有所警覺,與空氣混合在一定濃度和溫度下就會燃燒,后果將不堪設(shè)想。這就對系統(tǒng)的密封性和安全性要求非常之高了,而目前也還未出臺關(guān)于氫燃料電池的國際通用安全標(biāo)準(zhǔn)。

目前,利用碰撞、氫、電安全性綜合管理和互鎖控制技術(shù),能將氫氣危險防范于未然。車內(nèi)多處設(shè)有氫氣泄露的監(jiān)測裝置,萬一真的出現(xiàn)泄露,也有專門設(shè)計的風(fēng)道來讓氫氣排出車外。

居高不下的成本問題?

氫燃料汽車發(fā)展繞不開成本問題。氫氣提純、氫氣壓縮、氫氣儲存、氫氣運(yùn)輸?shù)冗^程都還需要高昂的投入。而且,長期以來,我國氫燃料電池關(guān)鍵零部件,例如催化劑、膜電極等主要依靠進(jìn)口,成本大大增加。

從車企角度來講,雖然氫燃料電池汽車有助于提高產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,但是高成本和高技術(shù)門檻也讓很多企業(yè)望而卻步。

目前,氫燃料電池與鋰電池、燃油車相比,成本上還有較大差距。要降低成本,需要通過政策的推動來擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,通過技術(shù)研發(fā)降低生產(chǎn)成本,以及通過提升核心零部件的國產(chǎn)化水平來降低成本。有專家預(yù)測,隨著技術(shù)進(jìn)步和市場規(guī)模化,預(yù)計氫燃料電堆成本可以從目前380美元/kW,逐漸下降至40美元-50美元/ kW甚至更低,2030年氫燃料電池汽車的成本有望接近燃油汽車。

氫燃料電池回收會產(chǎn)生問題?

氫燃料電池也有生命,包括純電動車電池的回收,國家已經(jīng)出臺了相關(guān)規(guī)定,要求銷售電池的企業(yè)自己回收電池,純電動車用的是鋰電池,含有重金屬,要把其中的重金屬提煉出來,轉(zhuǎn)化為合格的新電池,因此其回收也是一個技術(shù)難題。

而對于氫燃料電池其中也有金屬的成分,氫燃料電池發(fā)點需要催化劑,主要有貴金屬缽,其載體主要是碳,缽是貴金屬,具有回收的價值,沒有回收的碳可以用來取暖,因此氫燃料電池不含有毒有害的重金屬。

氫燃料電池車在未來會取代電動汽車嗎?

盡管國家政策扶持力度可觀,但業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為國內(nèi)氫燃料電池汽車短期內(nèi)并不會迎來大規(guī)模的市場爆發(fā)。在具有諸多優(yōu)點的同時,氫燃料電池的弊端也比較明顯,與相對成熟的鋰電池相比,儲存成本高、運(yùn)輸風(fēng)險大、加氫站基礎(chǔ)設(shè)施的不完善等問題都是制約氫燃料電池大規(guī)模推廣的重要影響因素。

當(dāng)下的氫燃料電池汽車在全球范圍內(nèi)推廣程度還相對較弱。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,從2013年到2017年底,5年間全球總計售出6475輛氫燃料電池乘用車。作為全球最暢銷的車型,2017年豐田Mirai的銷量也不過2000多輛,其中大部分是租賃公司和其它車企研發(fā)機(jī)構(gòu)購買,真正面向私人購買者的寥寥無幾。這與2017年我國新能源乘用車59.3萬輛的銷量相比差距驚人。

因此,在新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展上,我們需要保持強(qiáng)大戰(zhàn)略耐心和政策毅力,堅持插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車等多條技術(shù)路線走路,既不妄自菲薄,也不盲目自大,更不能“聽風(fēng)就是雨”,輕易放棄電動汽車并貿(mào)然轉(zhuǎn)向氫燃料電池汽車。

而現(xiàn)代汽車則是將此戰(zhàn)略分為幾個階段來實施,總體來看和上文提及的馬自達(dá)非常相似。首先是提高現(xiàn)有動力的燃油經(jīng)濟(jì)性,其次是整合混合動力,最后才是純電氣化。目前,韓國現(xiàn)代汽車是四類環(huán)保車型同時開發(fā),即HEV、PHEV、EV和FCV。另外,現(xiàn)代汽車已經(jīng)根據(jù)中國市場的需求,相關(guān)純電動車型將陸續(xù)在中國國內(nèi)的北京現(xiàn)代汽車工廠投產(chǎn)。