氫燃料電池車是未來汽車產業技術競爭的制高點。按照相關規劃,我國到2030年要實現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迎來“新風口”?

環保與能源一直是老生常談的話題,每個行業也始終在致力于用一種更環保的方式發展,汽車行業也是如此。我國早就將新能源汽車作為戰略性新興產業而加以大力支持發展,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)技術路線。

國務院總理李克強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業發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業技術競爭的制高點,但在產業成熟度上,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的發展領域,沒有必要認為純電動汽車和燃料電池車是非此即彼的。

當然,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勢和痛點,避免產業“發瘋”。

氫燃料電池車是什么?

燃料電池車(FuelCellVehicle)簡稱:FCEV。氫燃料電池的基本原理是電解水的逆反應,把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散,并與電解質發生反應,釋放出的電子通過外部的負載到達陰極,是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。氫燃料電池車利用燃料電池產生的電供能,帶動電動機運轉,從而使車輛正常行駛。在此過程中不經過熱能轉換直接產生了電流,轉化效率高,無噪音,并生成最終唯一的反應產物——水。

氫燃料電池車真的零排放嗎?

“零排放”是相對傳統的排放定義產生的。發動機在燃燒化石能源(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,氫燃料是公認的清潔能源。

然而,在氫的制取環節,也存在著污染問題。目前工業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還是依靠傳統火電,這樣一來,我們常說的純電動車偽零排放、轉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電,零排放還是無法實現。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,這都是制氫環節的難點所在。

現階段氫燃料汽車產業發展布局如何?

作為新能源汽車主要技術路徑之一,氫燃料電池汽車在《國家創新驅動發展戰略綱要》、《中國制造2025》和《汽車產業中長期發展規劃》等重要戰略綱要中,均被確認要大力發展。按照相關規劃,我國到2030年要實現氫燃料電池汽車的保有量200萬輛。

2018年2月13日,財務部、工信部、科技部和發改委聯合發布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,在補貼退坡的大背景下,燃料電池汽車的補貼標準依然不變,燃料電池乘用車依然按燃料電池系統的額定功率進行補貼,即補貼標準為6000元/kw,補貼上限為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貼方式,補貼上限分別為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業。2018年5月21日,上海市科委印發《上海市燃料電池汽車推廣應用財政補助方案》,指出,燃料電池車按照中央財政補助1:0.5給予上海市財政補助。燃料電池系統達到額定功率不低于驅動電機額定功率的50%,或不小于60kW的,按照中央財政補助1:1給予上海市財政補助。此前新能源汽車推廣應用財政補貼政策提出,燃料電池乘用車補貼上限為20萬元,這意味著一款燃料電池乘用車最高可獲得國補加地補共40萬元。

我國需要更多的加氫站?

不可否認的是,燃料電池汽車產業要發展,加氫站建設是關鍵。加氫站數量少,在一定程度上成為氫燃料電池汽車發展的最大障礙。

據不完全統計,我國已建成及在建的加氫站共有31座,正在運營的僅有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,氫燃料在國內發展速度較緩慢,究其原因,成本投入高、收益慢和技術瓶頸成為制約加氫站建設的根本原因。

然而,在業內看來,在現有的汽、柴油加油站的基礎上增設加氫功能,能有效解決加氫站的規劃布局和建設問題,特別是解決加氫站的土地問題。

按照國家節能與新能源汽車技術路線圖的規劃,隨著燃料電池車對氫氣需求量的增加,我國的加氫站數量會逐步增加,2020年有望達到100座。

氫燃料的儲存方法有哪些?

氫燃料以何種形態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。目前,氫燃料的儲存方法大體可以分為3種,即高壓儲氫法、液態儲氫法和固體儲氫法。

高壓儲氫法,也稱為氣態儲氫法,是將氫氣加壓儲存在儲氫容器內,形式上和天然氣車CNG氣瓶類似。優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。優點是儲氫密度最大,缺點是成本高,附屬系統龐大,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反應等作用,將氫儲存于固體材料中。固態儲存一般可以做到安全、高效、高密度,是氣態儲存和液態儲存之后,最有前途的研究發現。目前常見固體儲氫方式有合金儲氫、納米儲氫等。優點是安全穩定,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模制氫、儲氫、輸氫和注氫等環節統統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,后果將不堪設想。這就對系統的密封性和安全性要求非常之高了,而目前也還未出臺關于氫燃料電池的國際通用安全標準。

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

居高不下的成本問題?

氫燃料汽車發展繞不開成本問題。氫氣提純、氫氣壓縮、氫氣儲存、氫氣運輸等過程都還需要高昂的投入。而且,長期以來,我國氫燃料電池關鍵零部件,例如催化劑、膜電極等主要依靠進口,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業的可持續發展,但是高成本和高技術門檻也讓很多企業望而卻步。

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大生產規模,通過技術研發降低生產成本,以及通過提升核心零部件的國產化水平來降低成本。有專家預測,隨著技術進步和市場規模化,預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,國家已經出臺了相關規定,要求銷售電池的企業自己回收電池,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,轉化為合格的新電池,因此其回收也是一個技術難題。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,但業內人士認為國內氫燃料電池汽車短期內并不會迎來大規模的市場爆發。在具有諸多優點的同時,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、運輸風險大、加氫站基礎設施的不完善等問題都是制約氫燃料電池大規模推廣的重要影響因素。

當下的氫燃料電池汽車在全球范圍內推廣程度還相對較弱。相關數據顯示,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機構購買,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,在新能源汽車產業發展上,我們需要保持強大戰略耐心和政策毅力,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路線走路,既不妄自菲薄,也不盲目自大,更不能“聽風就是雨”,輕易放棄電動汽車并貿然轉向氫燃料電池汽車。

而現代汽車則是將此戰略分為幾個階段來實施,總體來看和上文提及的馬自達非常相似。首先是提高現有動力的燃油經濟性,其次是整合混合動力,最后才是純電氣化。目前,韓國現代汽車是四類環保車型同時開發,即HEV、PHEV、EV和FCV。另外,現代汽車已經根據中國市場的需求,相關純電動車型將陸續在中國國內的北京現代汽車工廠投產。