新技术|中国氢燃料电池车离普及还有多远?

原创 2020-05-28 10:50  阅读

  氢和氧反应,释放出化学能,这便是氢能,能量密度大、燃烧热值高、来源广、可电可燃。而且,氢能源有利于对抗全球变暖,减碳减排,世界氢能协会预计,到2050年全球环境20%的二氧化碳的减排要靠氢气来完成。这意味着,氢能汽车要占到全球车辆的20%到25%,并承担18%以上的能源需求,主导脱碳社会。

  日前,上汽集团旗下上海捷氢科技有限公司燃料电池项目,在上海正式启动,计划2021年实现12000台套燃料电池电堆和系统的产能。几乎同一时间,奇瑞汽车在氢燃料电池汽车领域也有了新动作。

  前不久,成立5年的氢燃料重卡制造初创公司尼古拉(Nikola)宣布将在纳斯达克上市,这意味着全球首个IPO的氢燃料整车制造企业将正式诞生。

  各国也在加紧氢能的研究。据不完全统计,近十年来以欧洲、美国、日本以及中国为代表的国家和地区已在氢能与燃料电池领域投入近50亿美元,各国政府也相继制定了较为完备的氢燃料汽车发展规划。

  技术在发展,政府也在扶持,新能源车的舞台上,氢能源的身影越发显眼,但距离舞台中央,依然有着不小的距离。

  “氢气比天然气安全!” 广东国鸿氢能科技有限公司董事长马东生曾感叹,只要按照规范去做氢能产业,安全程度是很高的。随着氢能源突破“概念性”的阶段,公众才逐渐放下芥蒂并开始接受。

  丰田为了消除公众对高压的储氢瓶的安全担忧,曾做过用一颗5mm口径的子弹射击储氢瓶的实验,实验表明,子弹虽然射穿储氢瓶外壁,但储氢瓶整体性保持完好,氢气只从很小的孔洞溢出,并没有发生爆炸。

  不过,安全问题的解决,只是让氢能源有资格来到起跑线上,眼前的跑道还很漫长。

  中国已经起跑一段时间。2006年,氢能源和燃料电池已经出现在国家的规划文件里,发展氢能燃料电池技术也被“划重点”,2019年《政府工作报告》首次写入氢能源,表示要推动充电、加氢等设施建设,随后各地政府也相继加强氢能产业的培育。

  中国有足够的底气发展氢能源。目前中国是世界上最大的产氢国,年产氢将近2200万吨,占到世界产氢量的34%。

  长城汽车是较早布局燃料电池的车企之一。长城汽车副总裁唐海锋曾公开表示,长城汽车将会在2020年展示首款燃料电池样车,计划在2023实现SOP,推出成熟的燃料电池乘用车车型。目前长城汽车已经在保定建立氢能技术中心,具备燃料电池汽车核心部件的测试、试制,以及整车集成与测试能力。

  日前,奇瑞上报了名为“奇瑞燃料电池电极反应式系统开发及产业化”项目,其总投资额达到3亿元,项目建成后,可实现年产氢燃料电池总成440套。根据官方信息,基于艾瑞泽5打造的氢燃料电池车,续驶可达540公里。此外,上海捷氢科技有限公司的一期燃料电池项目将于明年8月投产,官方表示,预计到2024年可实现12亿元的产值。

  根据中国汽车工程学会制定的氢燃料电池发展战略,2030年中国将实现百万辆级别的氢能燃料电池汽车在路上行驶,2050年氢能燃料电池汽车能够和纯电动汽车共同实现汽车的零排放。

  虽然和纯电动车一样都是新能源汽车,不过受制于成本、技术、储存运输困难等原因,氢燃料汽车在普及程度上一直落后于纯电动汽车,而且与后者之间的差距不断拉大。

  就在2月份中国新能源汽车遭遇“八连跌”时,燃料电池的产销直接拿到“零蛋”的成绩。对于已经出售的燃料电池车,目前大部分也集中在公共交通、商业客车等领域,私家车相对而言非常少。中国电动汽车百人会副秘书长王贺武曾公开表示,燃料电池轿车“也就几十辆”。

  氢燃料电池车的补给也是一大问题。相较于快速发展的充电桩,加氢站的发展几乎陷入停滞。根据新兴产业研究与顾问公司TrendBank数据,截至2019年年底,中国建成加氢站仅为51座。 美国能源部的数据显示,2012年全美有58个加氢站(包括公用和私用),到2019年底这一数字仅增长至61个。

  Autotrader和Kelley Blue Book的执行出版人卡尔·布劳尔(Karl Brauer)表示,燃料电池技术10年前面临的挑战,如今随着纯电动汽车的不断普及而变得更加复杂。特斯拉CEO埃隆·马斯克(Elon Musk)更是直言不讳地说道,该项技术愚蠢极了,是个“愚蠢的燃料”。

  此外,对于中国氢燃料电池车市场来说,虽然在整车、氢燃料电池系统及上下游产业均有布局,但零部件方面的相关企业仍较少,尤其是最基本的关键材料和部件,如质子交换膜、催化剂等大部分关键零部件及关键材料仍依赖进口。

  “国内有的做氢燃料电池电堆的企业号称很大,但所有的原材料都依赖进口。”清华大学核能与新能源技术研究院教授王诚曾在一次采访中谈道,国内公司主要是买来膜和催化剂,再组装,关键技术和原材料都被国外垄断。

  氢气储存国内也处于弱势。目前国外液氢储运较为成熟,据低温装备制造商北京中科富海低温科技有限公司销售经理宁永强透露,美日等国已将液氢的运输成本降低到高压氢气的八分之一。然而国内在液氢技术、液氢工厂以及相关产业化上几乎处于空白,国内液氢工厂还处在为航天火箭发射服务的阶段,受法规所限,还不能应用在民用领域。

  由于资源短缺,日本政府对氢能和燃料电池的推广力度是最大的。早在2014年,日本政府就明确提出了加速建设和发展“氢能社会”的战略方向。根据罗兰贝格的统计数据,截止到2018年年底,全球加氢站总数369座,其中日本以96座加氢站位居第一,占全球加氢站数量的26%。而日本车企丰田一直把氢燃料电池车作为新能源车终极目标,其技术一直遥遥领先。

  美国则是在技术、成本控制方面拥有绝对优势。美国拥有世界最大的燃料电池叉车企业Plug Power,目前已有超过2万辆燃料电池叉车。韩国氢燃料电池车市场也开始蓬勃发展,2019年燃料电池乘用车全球销量超过7500辆,同比增长90%,其中韩国氢燃料电池汽车销量跃居全球第一。

  预期美好,但现实残酷,眼下实现氢燃料电池车的普及显然还有很长的一段路要走。

  清华大学发布一份报告曾预计,中国氢能及氢燃料电池车将会在2025年迎来发展拐点。在产业发展初期,产业市场化推广和发展有赖于政策驱动。在北京低碳清洁能源研究所新能源中心助理主任、氢能技术开发部经理何广利看来,行政审批政策也需要给氢能的发展开绿灯。

  早期燃料电池车乘用车单车可以得到20万的国家补贴,一辆客车得到国家和地方的财政补贴更是可以高达100万,以上汽大通V80氢燃料电池车为例,该车指导价130万,补贴后售价仅为30万。如今包括京津冀、长三角、珠三角等地区都在积极发展氢燃料电池汽车产业。

  不过单凭政策扶持能让氢燃料电池产业迎来发展吗?政策催熟的纯电动车市场在补贴滑坡后销量随即下滑,如今“八连跌”仍然是挥之不去的阴影。

  “国内的燃料电池商用车未形成可观的规模,乘用车仍在技术探索阶段,看不到市场利益的相关企业参与产业的热情会降低。”清华大学汽车工程系教授田光宇坦言,单独使用氢燃料电池作为汽车驱动目前来看并不划算。

  他认为,在加氢站设施稀少、氢燃料供给不足的情况下,将氢燃料电池用作乘用车的发电单元是合理的,燃料电池配套锂电池可以使成本和耗氢量大幅下降,“至少在十年之内,都是较好的新能源燃料电池车解决方案。”

  同时,和当前处于新基建风口上的充电桩相比,加氢基础设施并没有跟上。长城汽车总裁王凤英表示,国内氢能源基础设施建设极为缓慢,严重影响燃料电池汽车发展。在王凤英看来,目前急需加强氢能源基础设施建设发展,理顺整个氢燃料电池汽车产业生态链。

  也有分析认为,燃料电池在重型商用及物流汽车领域大有可为,不必在短时间内过于追求在乘用车的普及。工信部节能与综合利用司司长高云虎在接受媒体采访时表示,相对于续航里程较短、更适合在城区内使用的电动汽车,现阶段燃料电池车更适合应用于商用车领域。

  对于中国氢燃料电池车的普及,王贺武曾解释为近中远三个阶段。在2020年有5000辆燃料电池车,到2025年有5万辆,包括实现1万辆商用车和4万辆乘用车,2030年则达到百万辆。随着2019年保有量突破6000辆,又把2020年底的目标变更为“接近万辆”。

  国家能源集团总经理凌文则乐观地认为,中国的氢能源胜在已经蓄力完毕,通过有序发展,氢能源和燃料电池产业将实现技术快速进步、创新成果爆发式涌现。

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