近日,日本汽車廠商本田宣布,自2021年8月開始,終止以氫氣為燃料的氫燃料電池車(FCV)的生產(chǎn)。
無獨有偶,今年年初,日產(chǎn)也宣布暫停與戴姆勒及福特合作開發(fā)FCV計劃,將力量集中于發(fā)展電動汽車。
此前,日本是FCV的重要擁躉,是目前擁有加氫站最多的國家。日產(chǎn)、本田相繼宣告退出,是否預(yù)示著新能源汽車的氫能路線行不通了?
對此,中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡稱大連化物所)研究員衣寶廉對《中國科學(xué)報》明確回應(yīng):“本田宣布停產(chǎn)FCV,不過是FCV發(fā)展過程中的插曲,不會影響堅定發(fā)展FCV的初心與信念。”
“我國氫能會獲得快速發(fā)展。”衣寶廉對中國FCV產(chǎn)業(yè)的未來充滿信心。但他也強調(diào),降低成本是當(dāng)前必須攻克的難點。
FCV具有更高安全性
“汽車在轉(zhuǎn)型,電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化時代,什么事都有可能發(fā)生,正像一直有人報道鋰離子電動車燃燒爆炸一樣。”對于日本FCV出現(xiàn)的“插曲”,衣寶廉回應(yīng)道。
“氫能利用的突破口是FCV。但現(xiàn)在FCV沒有政府補貼,企業(yè)是賠錢的。”衣寶廉說,“中國因為有地方政府或特殊企業(yè)買單,F(xiàn)CV還有市場,所以豐田、現(xiàn)代、巴拉德等紛紛進入中國。”
衣寶廉介紹,本田FCV技術(shù)幾經(jīng)變動,并沒有大量進入市場,還需技術(shù)創(chuàng)新和降低成本。因此本田FCV在停產(chǎn)的同時,還在聯(lián)手美國通用繼續(xù)發(fā)展FCV技術(shù)。
實際上,F(xiàn)CV與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車很相似,只不過FCV的動力燃料主要是氫能。
“FCV的氫瓶相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的油箱,燃料電池發(fā)動機相當(dāng)于內(nèi)燃機,但傳統(tǒng)汽車的尾氣排放是污染物,氫燃料電池車的尾排是水。”衣寶廉認(rèn)為,與其他電動車(混合動力車、純電動汽車)相比,F(xiàn)CV具有續(xù)駛里程長、動力性能高、燃料加注時間短、安全性好等優(yōu)點。
他解釋說,由于燃料電池的比能量高,可達0.5~1.0KWH/Kg,因此特別適合重載卡車或大客車;同時,F(xiàn)CV續(xù)駛里程、加氫時間、駕駛舒適性均可與燃油車媲美。此外,由于FCV的電堆與氫罐分開,不會產(chǎn)生爆炸,因而提高了發(fā)動機的安全性。
衣寶廉提到,人們已經(jīng)習(xí)慣于以汽油作燃料,對氫氣這種燃料還缺乏了解。事實上,氫的物理特性讓其更能保障應(yīng)用安全。
“在開放空間,氫氣的擴散系數(shù)是汽油的12倍。利用氫易于檢測、擴散速度快等特點,在可能有氫泄漏的地方加裝氫傳感器,一旦氫濃度高于千分之五,聯(lián)動風(fēng)機自動啟動,可確保氫安全。”他說。
退一步講,即便發(fā)生爆炸事故,氫的危險程度也更小。衣寶廉解釋說:“發(fā)生爆炸時,由于密度遠低于空氣,氫氣燃料會迅速上升擴散,爆炸將發(fā)生在氣源上方;對比而言,汽油發(fā)生爆炸是在燃料的泄漏處,危險程度遠大于氫氣。數(shù)據(jù)顯示,汽油的爆炸能量是相同體積氫氣的22倍。”
降低成本是攻克難點
FCV優(yōu)點顯著,但成本等制約其發(fā)展的因素也擺在桌面上:目前不僅燃料電池發(fā)動機貴,加氫站的建設(shè)成本、制氫加氫成本等都居高不下。
此前,在2021全球智慧出行大會暨第二屆中國(南京)國際新能源和智能網(wǎng)聯(lián)汽車展覽會上,衣寶廉列出一組數(shù)字:由于燃料電池發(fā)動機貴,導(dǎo)致一輛車售價是燃油車的2~3倍,是鋰離子電池車的1.5~2倍;一座加氫站的建設(shè)費用達1200萬~1500萬元;高成本的加氫站導(dǎo)致加氫費用居高不下,當(dāng)前每公斤60~80元。
“只有加氫費用降到每公斤30元以下,F(xiàn)CV才能與燃油車競爭。”衣寶廉說,要實現(xiàn)無補貼的FCV商業(yè)化,必須大幅度降低燃料電池發(fā)動機和氫氣成本,同時降低加氫站建設(shè)費用,“這些是必須要攻克的難點”。
要想降低FCV成本,就要從燃料電池上做文章。而燃料電池的基本單元——單電池由膜電極組件(MEA,由電解質(zhì)膜、電催化劑、擴散層等組成)和雙極板組成。因此,降低成本的技術(shù)創(chuàng)新還要從膜電極組件入手。
衣寶廉介紹,大連化物所相關(guān)研究團隊已經(jīng)通過改進電催化劑、質(zhì)子交換膜,提高MEA性能、探索MEA批量生產(chǎn)技術(shù)等科技攻關(guān),取得了一定進展。比如,他們制取的“超小鉑銅合金催化劑”,質(zhì)量比活性是傳統(tǒng)鉑碳催化劑的3.8倍;通過優(yōu)化MEA催化層、氣體擴散層的配方和工藝,提高了MEA性能、降低了鉑用量等?;谶@些研究成果,他們開發(fā)了不同功率和規(guī)格的系列化燃料電池電堆,并在一些新能源車型中試用。
“實現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料和部件國產(chǎn)化、批量生產(chǎn),同時提高電堆的比功率,就可以大幅度降低燃料電池發(fā)動機的成本,進而降低FCV成本。”衣寶廉說,此外,還要依據(jù)工況和電堆適宜運行條件制定控制策略,確保電池系統(tǒng)可靠性與耐久性。
關(guān)鍵在于“綠氫”
FCV降成本靠電池,那加氫降成本靠什么?衣寶廉給出的“錦囊”是,優(yōu)化制氫來源和儲運方式。
制氫方案有3種:工業(yè)副產(chǎn)制氫、化石燃料制氫和可再生能源制氫(綠氫)。“關(guān)鍵在于‘綠氫’。”衣寶廉表示,“有了綠氫,燃料電池就是氫轉(zhuǎn)化為電的最適宜技術(shù),會獲得快速進展,特別是氫燃料卡車與商用車,用高比能量的燃料電池優(yōu)于鋰離子電池。商用車進展反過來還會促進燃料電池的進步和乘用車商業(yè)化。”
衣寶廉說,我國僅四川、云南兩地每年棄水電量就超過400億千瓦時,三北地區(qū)棄風(fēng)電量近500億千瓦時,西北五省區(qū)平均棄光率20%。若將棄風(fēng)、棄水、棄光電量用于電解制氫,年產(chǎn)可達300萬噸。
因此,他建議應(yīng)利用豐富的可再生能源,大力發(fā)展目前較為成熟的質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫,然后采用管網(wǎng)輸送氫氣——借道天然氣管網(wǎng),在需要氫氣的地方,當(dāng)氫濃度高時(如大于5%),可采用膜分離器從天然氣和氫混合物中提取純氫;當(dāng)氫濃度低時,可抽取等熱值天然氣進行重整制氫。如此,加氫成本可降至每公斤30元以下,“就可以和燃油車競爭了”。
據(jù)了解,大連化物所開展PEM電解水技術(shù)研發(fā)20多年,已趨成熟。2020年,他們承擔(dān)了國網(wǎng)安徽省電力有限公司兆瓦級氫能綜合利用站科技示范項目,采用的就是PEM電解水制氫。
此外,衣寶廉還給降低加氫站建設(shè)成本提供了一個“錦囊”:“實現(xiàn)氫氣壓縮機、高壓儲氫瓶等國產(chǎn)化和批量生產(chǎn),建油、氫、電合建站,從而大幅度降低加氫站建設(shè)費用。”
“基于上述‘錦囊’,我們可以先商業(yè)化對加氫站依賴度低的商用車,待加氫站達到一定密度后,再示范、商業(yè)化DCV乘用車。”衣寶廉最后表示。
原標(biāo)題:本田停產(chǎn)氫能車!衣寶廉院士回應(yīng)