(文/王丽英) 人类历史的近代史,一定程度上就是一部能源变迁史。
革燃油车的命,以电取而代之,现在已成为全球共识。但在几年前,业界可没有现在这样观点一致,电动化只是其中的一个选项,在中国、欧洲和美国的大力推动下,电动汽车开始席卷全球。
但仅靠电动汽车还不够,氢能作为一种更“绿”的能源,被业界看好为新能源汽车的另一选项。近几年来,随着燃料电池技术及产业链的不断发展,氢能正在蓄势待发,尤其是在重卡、客车等商用车型中具有显著的优势和应用前景,在政策推动下,氢燃料电池商用车示范应用开始加速推进。
更“绿”的能源,氢燃料电池汽车前景广阔
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,对减少二氧化碳等温室气体排放、实现碳中和目标具有重要意义。
氢气可直接燃料,也可通过燃料电池电化学反应将化学能转化为电能,反应产物只有热、电和水。如果反应所使用的氢是绿氢(通过可再生能源产生的氢,例如电解水),则整个循环过程就能做到完全没有有害物质排放,所以氢是一种完全清洁的能源,同样也是一种可再生能源。
随着燃料电池技术的不断突破,氢能成为新能源汽车中的另一能源选项。“绿色”“清洁”“可再生”等特点外,相比纯电动汽车,氢燃料电池车还具有加氢快、长续航、低温环境使用友好等优势,尤其适合卡车、客车等中、大型、重型商用车型,可望成为电动汽车的有力补充。
一些主要的发达国家和经济体已将氢能视为能源转型的重要战略选择,持续加大投入、加强布局,抢占氢能产业发展制高点。去年以来,印度、法国、新加坡和韩国都提出大力发展氢燃料电池车。其中,韩国计划到2030年,普及3万辆氢燃料电池商用车。
在我国,氢燃料电池汽车已在多个商用领域展开试点运营。2022北京冬奥会上,上千辆氢燃料电池车为赛事服务,是氢能汽车的一次集中示范应用。在低至-34℃的寒冷天气下顺畅运行,这些氢燃料电池汽车的亮眼表现推动了其向更多应用场合扩展。
产业导入加速,多地开启氢能车示范商用
从全球来看,主要发达国家都高度重视氢能产业发展,氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。
我国也非常重视氢能的发展和利用,2022年3月,国家发改委、能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,其中提出,到 2025 年,要形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境,基本掌握核心技术和制造工艺,初步建立较为完整的供应链和产业体系,燃料电池车辆保有量约 5 万辆,部署建设一批加氢站。2023年1月,国家能源局再点名氢能源汽车,要求推动新能源、氢燃料电池汽车替代传统能源汽车。
相应地,很多地方政府制定规划,从政策上对氢能项目及氢燃料电池汽车示范应用给予补贴支持。特别是,电动汽车国家补贴取消后,2023年氢燃料电池汽车仍享有高额补贴,对于应用推广是一大利好。
包括北京、上海、河北、浙江等数十个省、市都推出了地方级的氢能发展规划。例如,北京提出要打造氢燃料城区公交、城郊公交、市政环卫示范车队,设立机场巴士示范线,并重点完善配套加氢站建设,力争2025年前实现氢燃料电池汽车累计推广量突破1万辆;上海明确在公交、客运、重型货运、环卫等领域开展氢燃料电池汽车商业性示范应用,到2025年,建成加氢站超过70座,燃料电池汽车应用总量突破1万辆;河北省则组建了由张家口牵头,包括唐山、保定、雄安新区等13地组成的燃料电池汽车示范应用城市群;浙江的规划显示,将积极发展氢能重卡,到2025年,在公交、港口、城际物流等领域推广应用氢燃料电池汽车近5000辆,累计建成加氢站50座。
从车企来看,一汽、上汽、东风、解放、潍柴动力、北汽福田、江淮、金龙、宇通、奇瑞、长安、广汽等都已推出燃料电池汽车,除了长安、广汽为乘用车外,其它多为卡车、客车、物流车等商用车型。
目前,我国的氢燃料电池汽车保有量已突破1万辆,统计各地已发布的地方规划,预计到2025年燃料电池汽车累计推广量将超过10万辆,加氢站将超过1000座。
解决卡脖子难题,产业链协同降本是关键
相较国际先进水平,我国的氢能产业还有很大提升空间,尤其是部分关键核心零部件和基础材料方面,仍然严重依赖进口,也导致了成本高昂。
在质子交换膜燃料电池系统中,膜电极的技术含量最高,堪比系统的“心脏”,它主要由质子交换膜、催化层和气体扩散层组成,是氢、氧发生电化学反应的重要场所,决定着燃料电池的性能和寿命。目前我国在质子交换膜、催化剂等膜电极关键材料、技术方面,还主要依赖国外进口。尤其是质子交换膜,价比黄金,占整个燃料电池电堆成本的近15%。催化剂由于使用了昂贵的铂,成本非常高,如何研制成本更低且具有高催化活性的催化剂也是业界面临的一大挑战。
在车载储氢环节,储氢瓶是个关键配件,同时也是燃料电池汽车提高续航里程、降低运行成本的关键。轻量化、高压力、高储氢质量比和长寿命的要求下,储氢瓶制造面临很高的技术壁垒,亟待提升国产制造能力。
可喜的是,在上述这些关键环节,国内企业正在实现突破,目前布局的企业主要有上汽集团、长城汽车、潍柴集团、北方稀土、贵研铂业、亿华通等。另外,我国已在武汉建设一条完全自主可控的氢燃料电池质子交换膜生产线,并已投产,有望用更低成本为业界提供高性能质子交换膜产品。近日,长城汽车旗下未势能源自主研发的第二代70MPa储氢瓶取得突破性进展,质量储氢密度达到6.1wt%,超过美国能源部设定的2025年质量储氢密度目标值5.5wt%。
尽管产业链中的一些核心零部件正在逐渐实现自研和国产化制造,推进成本降低,但目前氢燃料电池汽车在整体成本上仍比电动汽车要高。另外,用氢成本高也使得氢燃料电池汽车的整体使用成本高启不下。
据悉,由于氢气密度低、易燃易爆等特点,安全高效输送和储存难度较大,导致了氢气储运成本较高。中科院院士欧阳明高曾在公开演讲时指出,如果“绿电”低于0.15元/千瓦时,氢能就可体现出经济性。而要降低“绿电”成本,离不开上下游产业链共同发力,急需在制氢、储氢、运氢等环节突破。同时还要加强加氢站等配套设施的建设。
在一位业内人士看来,现在的氢燃料电池汽车有点像5-10年前的电动汽车状况,关键技术及产业链有待完善,配套设施还远远不足。“目前来看,应从重卡、客车等电动汽车优势不明显的车型上导入,同时,产业链上下游要加强协同,加大本地供氢、加氢站等配套设施建设,只有基础设施跟上,且在整体成本具有与纯电动汽车可比性时,氢燃料电池车或才能迎来乘用车型的大规模应用。”该人士指出。