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氢燃料电池汽车,又要慢人一步?
2018-05-17 11:05
来源:徐晨曦
本文发表于2014年6月1日
《中国战略新兴产业》杂志
《中国战略新兴产业》杂志记者 徐晨曦
  2008年,美国政府认为纯电动汽车应该作为发展首选。如今,日本提出2015年要实行氢燃料电池汽车产业化。在这场美日新能源汽车的技术路线博弈之中,我们又该何去何从,似乎我们在新能源汽车的研发方向上总是慢人一步。
  氢燃料电池汽车作为新能源汽车中一条重要的分支已有几十年的发展历史,由于技术、材料、成本等条件限制的原因,至今未有进行商业化推广。人们印象中的燃料电池汽车一直只有实验车型、概念车型甚至仅仅停留在设计图纸中,带有科幻色彩的氢燃料汽车似乎离我们还很远。但2014上半年,丰田和本田两大车企重点发布了其旗下的氢燃料电池汽车概念款,并计划于2015 年开辟新的燃料电池汽车“战场”。东京奥组委日前也确定将使用氢燃料电池车来进行2020 年东京奥运选手及赛会相关人员的运送工作。

>> 丰田汽车公司将于2015 年在美国、日本和欧洲推出氢能源汽车,新型汽车将使用燃料电池。
  不只是丰田和本田,现代不甘示弱也表示争取在2015 年将氢燃料电池汽车销往市场;奔驰与日产合作,将在2017 年推出一款全新氢燃料电池汽车;上汽与大众发布声明称,双方将联合开发氢燃料电池技术。沉寂了多年的氢燃料电池汽车突然发力,大有赶超电动汽车的架势。
  雾霾的真正终结者?
  不管是不是罪魁祸首,汽车尾气排放已被看做雾霾天气形成的主要因素,无排放的电动汽车似乎是缓和日益增高的PM2.5 浓度的“良药”。纯电动汽车运行时不消耗燃料只消耗电能,就像是4 个轮子背着1 块电池在跑,直接看来没有尾气排放,但是电动汽车就真的没有任何排放了吗?
  电动汽车自然是需要充电的,以今年在北京车展亮相的力帆630 纯电动车为例,据官方公布的信息,其百公里耗电量为12kWh(12 度电),与同类型电动汽车相当。由于煤炭消费在我国能源结构中占据着绝对多数,所以以火力发电为参照,根据国家统计局每度电折0.404 千克标准煤来计算,大约可折算成4.8 千克标准煤(一般1 吨标煤排放CO22.6 吨,SO28.5 千克,NOX7.4 千克)。可见,电动汽车的电能来源若是来自于火电站,它还是有间接排放的。
  不同于蓄电池,燃料电池虽然也叫电池,但实质上它不是储电装置,而更像一个发电装置,将化学能直接转化为电能,早在18 世纪就被发明了出来。
  氢燃料电池作为燃料电池中重要的一种,其原理是是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极形成电流。通常,阳极和阴极上都含有一定量的催化剂,用来加速电极上发生的电化学反应,只要源源不断地向阴极和阳极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能,水则是氢燃料电池反应所产生的唯一产物。
  一杯完全由汽车排放所生成的饮用水也许会让人感觉怪怪的。最近,本田澳大利亚分公司为了旗下的氢燃料电池汽车Honda FCX 推出了一个活动,将氢燃料燃放后生成水收集起来,打造了一个矿泉水品牌H2O,免费请人品尝,显示氢燃料汽车的清洁型。据悉,Honda FCX 是世界上首款大批量生产的氢能源汽车,它采用液态氢作为汽车的燃料。
  与电动汽车充起电来动辄6-8 小时,跑起来却不过200 千米相比,氢燃料汽车加一次氢只需3-5 分钟,续航超过400 千米,保持了用户的传统能源汽车驾驶习惯,只会“造水”的氢燃料汽车似乎成为了雾霾天的真正终结者。
  纯电战略不变
  未来,我国的新能源汽车的发展重心会偏移到氢燃料电池汽车领域吗?“我们在燃料电池汽车领域的目标是跟上国际先进水平。以电动汽车为主的发展战略不会改变。”许艳华对本刊记者说,“况且燃料电池汽车与电动汽车完全是两个不同的体系。”
  2014 年1 月,马凯副总理在调研新能源汽车发展情况后,强调了国家对新能源汽车发展的四个不变原则,即中国发展新能源汽车战略不变;以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的战略取向不变;确定的节能与新能源汽车的规划目标不变;政府政策扶植的政策取向不变。4 月,工业和信息化部部长苗圩又再次重申以上四点,作为战略性新兴产业重点项目的纯电动汽车是缓解目前交通污染压力有效手段。
  许艳华对本刊记者说:“当电动汽车保有量达到一定水平后,我国可能会在一部分车型上推动氢能源的使用。因为在中国以煤发电的大环境下,纯电动汽车的电力来源也是有污染的。”
  以北京为例,2013 年全社会用电量为913 亿度,其中577 亿度是来自外地输电,超过了6 成。如果电动汽车在城市中得到了空前大发展,北京地区的空气环境确实会得到极大改善,但这并不代表没有环境污染,只是这些污染转移到了向北京输送电力的地方(内蒙古、山西等地)。
  想说终结不容易
  用氢燃料电池汽车来终结雾霾天是真不容易。对于氢燃料电池汽车的推广应用,我们并没有准备充分。
  “虽然在氢燃料电池领域我国起步并不晚,多年来一直处于持续研究中,在世界范围内也比较受认可,但目前还没有成熟的可商品化的氢燃料电池汽车。”中国汽车工业协会副秘书长许艳华对本刊记者说:“作为整车来讲,我国只有以上汽为代表的少数企业在做燃料电池汽车。”2008 北京奥运期间,上汽提供了20 辆氢燃料汽车作为示范车辆,马拉松比赛时的领头车也是其中的示范车之一。
  氢动力项目系国家863 项目一直受到支持,可是商品化和市场推广的工作还没有得到实质性的进展,尤其是目前我国还没有推广加氢站的建设,仅有几座示范性站点。
  许艳华认为,氢燃料电池汽车市场的真正启动要具备3 个条件:车辆成本大大降低;市场因素或政府政策为零排放车辆提供明显优惠;加氢网络建设足以满足燃料电池车辆日常的使用需求。
  氢燃料电池汽车成本高,是制约其发展的主要因素。许艳华对本刊记者介绍:“氢燃料电池对一些稀有金属的依赖很强,虽然科研单位做了不少低贵金属化的努力,但总体来说还是依赖。”目前燃料电池的催化剂多采用金属铂。
  不光是材料贵,由于我国研究氢燃料电池汽车的企业较少,也导致了车辆的成本居高不下。本田和丰田均表示,不同于几年前还要100 万美元1 辆的氢燃料电池汽车,2015 年推出的新一代氢燃料电池汽车造价大约为500 万日元(约30 万人民币)。“而上汽可能得要50-60 万元人民币。”许艳华说:“氢燃料电池汽车的门槛较高,从产业的角度看,我们希望有更多有条件有能力的企业加入进来,在非竞争阶段形成合作,从而尽快达到对氢燃料电池汽车安全性、轻量化、低成本的基本要求,为产业化做好准备。” 
  同所有的新能源汽车一样,氢燃料电池汽车也有着复杂的产业链体系,想要发展并推广不能只靠车企努把力,还有制氢、加氢、氢气储罐供应商等等一系列的产业在政府的支持下形成产业集群才有可能。
  日本千代田化工建设公司在2013年就曾宣布,将于2015 年度在川崎市建设世界首个氢燃料大型供给基地。配合本田和丰田在2015 年将氢燃料电池汽车全面推广的计划,在世界范围内首先建立氢燃料电池汽车的领先地位。据悉,该基地可每天向4 万辆燃料电池车提供燃料,可将燃料成本降低30%。投资额为300 亿日元(约18.4 亿人民币) 左右。日本政府计划在2015 年度之前建设100 个加氢站,到2025 年,将加氢站数量增加至1000 座。
  慢人一步的汽车大国
  2008 年美国政府认为纯电动汽车应该作为发展首选,支持经费开始往储能电池方面转移。在美国新能源汽车战略调整后,我国汽车业也开始对发展纯电动汽车抱有极大热情。
  如今,日本提出2015 年要实行氢燃料电池汽车产业化,又有不少声音在说我国也应该大力推动氢燃料电池汽车。显然,日本推出氢燃料电池汽车并不是临时抱佛脚而是多年前就早有准备。
  在这场美日新能源汽车的技术路线博弈之中,我们又该何去何从,似乎我们在新能源汽车的研发方向上总是慢人一步。
  “这正是我国汽车工业基础研究能力薄弱造成的,比如在汽车材料基础研究的短板,汽车零部件发展的不配套等,导致了对产业的规划性不强。”许艳华说:“基础研究是产业创新的源泉,汽车产业基础研究投入严重不足,资源分散,研究机构不了解企业所需,企业不清楚研究机构的成果,因而效率不高。” 
  目前,中国汽车工业协会和汽车工程学会组织学界、机构、企业专家梳理出面向汽车电动化、轻量化、智能化发展需要的基础研究课题,,希望借助国家自然科学基金委员会等平台,加大国家和汽车产业对汽车基础研究投入,并促进以需求为导向的产学研合作,集中智力资源,加快提升汽车产业基础研究能力和水平,逐步形成引领世界汽车技术潮流的能力,为实现从汽车大国真正转变为汽车强国奠定坚实基础。
链接
  氢燃料汽车
  氢燃料汽车是指以氢为主要能量作为移动的汽车。氢燃料电池的原理是把氢输入燃料电池中,氢原子的电子被质子交换膜阻隔,通过外电路从负极传导到正极,成为电能驱动电动机;质子却可以通过质子交换膜与氧化合为纯净的水雾排出。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、固体高分子燃料电池(PEFC)。
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