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氢燃料电池技术受车企关注 出行能否变得“氢”而易举?

2021-07-01 09:07    来源:北京晚报    张扬
近些年,随着低碳减排成为衡量车企发展水平的重要指标,同新能源

出行能否变得“氢”而易举?

近些年,随着低碳减排成为衡量车企发展水平的重要指标,同新能源相关的各项技术,受关注程度也变得越来越高。除纯电动、混合动力、插电式混合动力和增程式等技术外,氢能源汽车也由之前日韩车企的“一枝独秀”,到被更多车企所提及和重视。在国内,吉利、长城汽车都曾经发布过相关技术,另一些大型车企也在长期规划中为氢能源汽车留有一席之地。氢能源汽车究竟离我们有多远,这项被称为“新能源汽车终极发展方案”的技术,真的能改变未来的出行生活么?

褒贬不一的氢燃料电池技术

许多不了解氢能源技术的人,会错误地认为氢能源汽车是靠内燃机驱动的车型,只是燃料由汽油或柴油换成了氢气。实际上,氢能源汽车的准确名称应该叫做氢燃料电池汽车。它的工作原理是氢气在阳极通过扩散层,在催化剂作用下生成氢离子,氢离子通过质子交换膜到达阴极,并在催化剂作用下与氧气生成水。这个反应过程中产生的电流将被输送至外电路,靠电能驱动汽车。

也就是说,氢燃料电池车本质上是电动车,加注氢气的目的是为了制取电能,这与增程式电动车属于同一种驱动思路。

此外,氢燃料电池车并不是新鲜事物。上世纪70年代石油危机时,汽车业界就曾经掀起过一次氢燃料电池技术研究热潮。在支持者眼中,氢燃料电池具有能量密度高(为锂电池的100倍以上)、低温性能好、续航里程长、加氢速度快等优点。

特别是氢燃料电池汽车的最终生成物是清洁无污染的水,因此很多人都将这项技术比作新能源汽车的“终极发展方案”。

不过由于氢燃料电池与纯电动技术相比,增加了一次能量转换,造成了不必要的能量损耗,因此这项技术反对者同样不少,且其中不乏汽车业界的重磅人物。特斯拉CEO埃隆·马斯克就曾明确表示“氢燃料电池没有未来”,大众集团CEO赫伯特·迪斯同样对氢燃料电池技术的应用前景不看好,他认为在未来十年时间内,氢燃料电池技术都不太可能被应用在乘用车上。

“一枝独秀”的日韩氢能源乘用车

迪斯并不看好的氢能源乘用车,是一个怎样的发展现状呢?

实际上,目前也确实只有日本和韩国的少数车企聚焦于量产氢燃料电池乘用车。其中比较有代表性的如丰田Mirai、本田Clarity、现代NEXO等。

即使这仅有的几款车型,也没有交出令人满意的市场成绩单。以丰田氢燃料电池乘用车Mirai为例,该车于2014年正式推出,并于2020年推出第二代车型。但6年时间里累计销量仅为1.1万辆,与丰田每年在全球市场超千万辆的销售总量相比,仅约占0.1%左右。

日韩车企之所以“逆势”布局氢燃料电池乘用车,与各自国家能源结构有着紧密关系。同样以日本为例,由于一次能源极度匮乏,工业生产和日常生活的能源大量依赖进口。尤其是2011年福岛核事故之后,日本将占电力结构30%的核电全部停运,更加剧了日本能源问题。

2014年,日本制定了氢气生产、储存、运输和应用的战略路线图,其中交通领域的氢能替代任务十分艰巨。按照规定目标,2025年日本将有20万辆氢燃料电池车上路行驶,2030年这一数字将扩大至80万辆,同时加氢站数量将达到900个——而截至2020年底,全球加氢站总数也仅为544座。

除政策层面外,以丰田、本田为代表的日本车企已经积累了大量氢燃料电池技术和专利,丰田甚至规划建立一座占地175英亩的“未来城市”,该城市将主要由氢燃料电池供电。如果全球汽车圈其他玩家都不在这条赛道上共同下注,那么丰田、本田包括现代所拥有的技术和专利再多,也无法转化成实际的商业效益,这也成为上述车企持续推广氢燃料电池技术的动力之一。

氢能源目前更适合商用车领域

同日本和韩国相比,我国目前氢燃料电池技术的发展仍旧集中在商用车领域。

中汽协相关数据显示,2020年我国氢燃料电池汽车产销量分别为1204辆和1182辆,全部为商用车。截至2020年底,我国累计推广氢燃料电池汽车共约7200辆,其中绝大部分为物流车和客车。

那么,被国内各主要车企多次提及的氢燃料电池乘用车,离我们究竟还有多远呢?

答案恐怕并不乐观。首先,与纯电动车核心部件为电机、电控、电池不同的是,氢燃料电池的核心部件为膜电极和空压机,国内企业目前在这些核心部件方面并不具备优势,不存在电动车那种短期内弯道超车的可能性。

此外,催化剂在氢燃料电池内部起着举足轻重的作用。目前氢燃料电池电堆用的催化剂仍是铂,这是一种十分稀少的贵金属,全球目前探明储量仅为十余万吨。同时,我国企业对铂催化剂的使用效率也低于海外竞争对手。有资料显示,丰田对于铂的单位用量可达到0.2g/kW,而国内企业的铂单位用量则为0.4g/kW。

由此可见,即使国内主流车企看好氢燃料电池的发展,但商用车仍将是未来相当长一段时间内该技术的主要应用场景。除技术瓶颈外,占我国汽车保有量12%的商用车目前制造了道路交通56%的碳排放,氢能可以作为柴油的有效替代方案。此外还要考虑建设加氢站的成本问题。一座加氢站的建设成本接近1200万元,而一个加油站的建设成本约为200万元。由于商用车运营模式和路线较为固定,只需在沿线建立相对少的加氢站即可满足使用量要求,并将成本降至合理水平。

氢能源乘用车还要等多久

氢燃料电池乘用车我们还要等多久?要解答这个问题,有必要了解一下灰氢、蓝氢和绿氢的概念。

灰氢指的是通过化石燃料燃烧产生的氢气,这种制氢技术最为简单且成本低,但生产过程中会产生大量的二氧化碳排放。蓝氢是指将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制氢,与灰氢相比,蓝氢产生的温室气体排放相对较少。绿氢则是通过可再生能源制造氢气,如最常见的电解水制氢,在生产绿氢的过程中将不会产生碳排放。

由于我国已经制定了明确的碳达峰和碳中和时间表,为了助力实现目标,上述三种制氢方法中,绿氢显然成为最合理的选择。

从我国目前能源结构和分布状况来看,未来将有望建成一个由光伏发电-特高压输电-储能设备-新能源汽车的全新能源大闭环。在这个闭环中,从我国西北地区通过光伏发电产生的大量电能,将通过特高压输电技术被送往东南部经济活跃地区。这些电能达到东南部地区后,一部分通过储能电池的形式储存起来,由于氢气的储能时间和储能密度远远高于电池,因此将有相当一部分电能会以电解水制氢的形式,也就是绿氢被储存下来。

此时,被车企心心念念的新能源乘用车作为能源闭环的最后一个关键节点,将终于有了用武之地。同时,在相关技术越发成熟和加氢站建设成本降低的双重加持下,氢燃料电池乘用车才会显现大规模普及的机会,成为未来出行的主角。

速览三款已在海外上市的氢燃料电池车

本田CLARITY Fuel Cell

本田的燃料电池车研究始于上世纪80年代,Clarity燃料电池车于2016年推出。

秉承本田MM设计理念,这款车的内部空间表现领先于同类竞品。Clarity燃料电池车使用两个70MPa氢罐,燃料电池的输出密度为3.1kW/L,在JC08工况下,加氢3分钟续航可达750km。

丰田Mirai

Mirai在日语中的含义为“未来”,足见丰田对于这款氢燃料电池车的期望和重视。丰田从1992年开始进行燃料电池技术的研发,目前Mirai已经推出了两代车型。

第二代Mirai基于丰田TNGA全球架构打造,续航里程约为650km,未来这款车将成为丰田在氢燃料电池领域的主销产品。

现代NEXO

NEXO是现代推出的主打零排放概念氢燃料电池技术SUV,在WLTP工况下续航超过660km。

目前NEXO已经在欧洲和韩国开始销售,该车在韩国市场售价为7000万韩币,约合人民币40万元,不过在韩国中央政府和地方政府补贴之后,实际售价约降至指导价的一半。

【责任编辑:王京辉】
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