人類歷史的近代史,一定程度上就是一部能源變遷史。
革燃油車的命,以電取而代之,現(xiàn)在已成為全球共識。但在幾年前,業(yè)界可沒有現(xiàn)在這樣觀點一致,電動化只是其中的一個選項,在中國、歐洲和美國的大力推動下,電動汽車開始席卷全球。
但僅靠電動汽車還不夠,氫能作為一種更“綠”的能源,被業(yè)界看好為新能源汽車的另一選項。近幾年來,隨著燃料電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展,氫能正在蓄勢待發(fā),尤其是在重卡、客車等商用車型中具有顯著的優(yōu)勢和應(yīng)用前景,在政策推動下,氫燃料電池商用車示范應(yīng)用開始加速推進(jìn)。
更“綠”的能源,氫燃料電池汽車前景廣闊
氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源,對減少二氧化碳等溫室氣體排放、實現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義。
氫氣可直接燃料,也可通過燃料電池電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,反應(yīng)產(chǎn)物只有熱、電和水。如果反應(yīng)所使用的氫是綠氫(通過可再生能源產(chǎn)生的氫,例如電解水),則整個循環(huán)過程就能做到完全沒有有害物質(zhì)排放,所以氫是一種完全清潔的能源,同樣也是一種可再生能源。
隨著燃料電池技術(shù)的不斷突破,氫能成為新能源汽車中的另一能源選項。“綠色”“清潔”“可再生”等特點外,相比純電動汽車,氫燃料電池車還具有加氫快、長續(xù)航、低溫環(huán)境使用友好等優(yōu)勢,尤其適合卡車、客車等中、大型、重型商用車型,可望成為電動汽車的有力補充。
一些主要的發(fā)達(dá)國家和經(jīng)濟(jì)體已將氫能視為能源轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略選擇,持續(xù)加大投入、加強布局,搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點。去年以來,印度、法國、新加坡和韓國都提出大力發(fā)展氫燃料電池車。其中,韓國計劃到2030年,普及3萬輛氫燃料電池商用車。
在我國,氫燃料電池汽車已在多個商用領(lǐng)域展開試點運營。2022北京冬奧會上,上千輛氫燃料電池車為賽事服務(wù),是氫能汽車的一次集中示范應(yīng)用。在低至-34℃的寒冷天氣下順暢運行,這些氫燃料電池汽車的亮眼表現(xiàn)推動了其向更多應(yīng)用場合擴(kuò)展。
產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入加速,多地開啟氫能車示范商用
從全球來看,主要發(fā)達(dá)國家都高度重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,氫能已成為加快能源轉(zhuǎn)型升級、培育經(jīng)濟(jì)新增長點的重要戰(zhàn)略選擇。
我國也非常重視氫能的發(fā)展和利用,2022年3月,國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》,其中提出,到 2025 年,要形成較為完善的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展制度政策環(huán)境,基本掌握核心技術(shù)和制造工藝,初步建立較為完整的供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)體系,燃料電池車輛保有量約 5 萬輛,部署建設(shè)一批加氫站。2023年1月,國家能源局再點名氫能源汽車,要求推動新能源、氫燃料電池汽車替代傳統(tǒng)能源汽車。
相應(yīng)地,很多地方政府制定規(guī)劃,從政策上對氫能項目及氫燃料電池汽車示范應(yīng)用給予補貼支持。特別是,電動汽車國家補貼取消后,2023年氫燃料電池汽車仍享有高額補貼,對于應(yīng)用推廣是一大利好。
包括北京、上海、河北、浙江等數(shù)十個省、市都推出了地方級的氫能發(fā)展規(guī)劃。例如,北京提出要打造氫燃料城區(qū)公交、城郊公交、市政環(huán)衛(wèi)示范車隊,設(shè)立機場巴士示范線,并重點完善配套加氫站建設(shè),力爭2025年前實現(xiàn)氫燃料電池汽車?yán)塾嬐茝V量突破1萬輛;上海明確在公交、客運、重型貨運、環(huán)衛(wèi)等領(lǐng)域開展氫燃料電池汽車商業(yè)性示范應(yīng)用,到2025年,建成加氫站超過70座,燃料電池汽車應(yīng)用總量突破1萬輛;河北省則組建了由張家口牽頭,包括唐山、保定、雄安新區(qū)等13地組成的燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群;浙江的規(guī)劃顯示,將積極發(fā)展氫能重卡,到2025年,在公交、港口、城際物流等領(lǐng)域推廣應(yīng)用氫燃料電池汽車近5000輛,累計建成加氫站50座。
從車企來看,一汽、上汽、東風(fēng)、解放、濰柴動力、北汽福田、江淮、金龍、宇通、奇瑞、長安、廣汽等都已推出燃料電池汽車,除了長安、廣汽為乘用車外,其它多為卡車、客車、物流車等商用車型。
目前,我國的氫燃料電池汽車保有量已突破1萬輛,統(tǒng)計各地已發(fā)布的地方規(guī)劃,預(yù)計到2025年燃料電池汽車?yán)塾嬐茝V量將超過10萬輛,加氫站將超過1000座。
解決卡脖子難題,產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同降本是關(guān)鍵
相較國際先進(jìn)水平,我國的氫能產(chǎn)業(yè)還有很大提升空間,尤其是部分關(guān)鍵核心零部件和基礎(chǔ)材料方面,仍然嚴(yán)重依賴進(jìn)口,也導(dǎo)致了成本高昂。
在質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)中,膜電極的技術(shù)含量最高,堪比系統(tǒng)的“心臟”,它主要由質(zhì)子交換膜、催化層和氣體擴(kuò)散層組成,是氫、氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的重要場所,決定著燃料電池的性能和壽命。目前我國在質(zhì)子交換膜、催化劑等膜電極關(guān)鍵材料、技術(shù)方面,還主要依賴國外進(jìn)口。尤其是質(zhì)子交換膜,價比黃金,占整個燃料電池電堆成本的近15%。催化劑由于使用了昂貴的鉑,成本非常高,如何研制成本更低且具有高催化活性的催化劑也是業(yè)界面臨的一大挑戰(zhàn)。
在車載儲氫環(huán)節(jié),儲氫瓶是個關(guān)鍵配件,同時也是燃料電池汽車提高續(xù)航里程、降低運行成本的關(guān)鍵。輕量化、高壓力、高儲氫質(zhì)量比和長壽命的要求下,儲氫瓶制造面臨很高的技術(shù)壁壘,亟待提升國產(chǎn)制造能力。
可喜的是,在上述這些關(guān)鍵環(huán)節(jié),國內(nèi)企業(yè)正在實現(xiàn)突破,目前布局的企業(yè)主要有上汽集團(tuán)、長城汽車、濰柴集團(tuán)、北方稀土、貴研鉑業(yè)、億華通等。另外,我國已在武漢建設(shè)一條完全自主可控的氫燃料電池質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線,并已投產(chǎn),有望用更低成本為業(yè)界提供高性能質(zhì)子交換膜產(chǎn)品。近日,長城汽車旗下未勢能源自主研發(fā)的第二代70MPa儲氫瓶取得突破性進(jìn)展,質(zhì)量儲氫密度達(dá)到6.1wt%,超過美國能源部設(shè)定的2025年質(zhì)量儲氫密度目標(biāo)值5.5wt%。
盡管產(chǎn)業(yè)鏈中的一些核心零部件正在逐漸實現(xiàn)自研和國產(chǎn)化制造,推進(jìn)成本降低,但目前氫燃料電池汽車在整體成本上仍比電動汽車要高。另外,用氫成本高也使得氫燃料電池汽車的整體使用成本高啟不下。
據(jù)悉,由于氫氣密度低、易燃易爆等特點,安全高效輸送和儲存難度較大,導(dǎo)致了氫氣儲運成本較高。中科院院士歐陽明高曾在公開演講時指出,如果“綠電”低于0.15元/千瓦時,氫能就可體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性。而要降低“綠電”成本,離不開上下游產(chǎn)業(yè)鏈共同發(fā)力,急需在制氫、儲氫、運氫等環(huán)節(jié)突破。同時還要加強加氫站等配套設(shè)施的建設(shè)。
在一位業(yè)內(nèi)人士看來,現(xiàn)在的氫燃料電池汽車有點像5-10年前的電動汽車狀況,關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈有待完善,配套設(shè)施還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。“目前來看,應(yīng)從重卡、客車等電動汽車優(yōu)勢不明顯的車型上導(dǎo)入,同時,產(chǎn)業(yè)鏈上下游要加強協(xié)同,加大本地供氫、加氫站等配套設(shè)施建設(shè),只有基礎(chǔ)設(shè)施跟上,且在整體成本具有與純電動汽車可比性時,氫燃料電池車或才能迎來乘用車型的大規(guī)模應(yīng)用。”該人士指出。(文/王麗英)
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