中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：幾十年來(lái)，氫燃料電池一直被人們所忽略，但是，它們己經(jīng)悄悄進(jìn)入了自己的角色，漸入佳境。豐田要告訴我們?nèi)剂想姵乜梢詫?shí)現(xiàn)卡羅拉成本，也就是中國(guó)人常說(shuō)的白菜價(jià)。
特斯拉的埃隆馬斯克經(jīng)常對(duì)燃料電池肆無(wú)忌憚地妄加指責(zé)，嘲諷之為“令人難以置信的愚蠢”，和“傻瓜細(xì)胞” ，與電池路線支持者搖旗吶喊產(chǎn)生共鳴。
新能源另外一側(cè)表現(xiàn)則比較安靜，為了了解燃料電池如何成為白菜價(jià)，筆者專門采訪了豐田燃料電池項(xiàng)目的核心人物之一——廣瀨勝?gòu)↘atsuhiko Hirose）教授，他一直負(fù)責(zé)豐田的燃料電池系統(tǒng)開發(fā)，他解釋了為什么馬斯克理如此害怕燃料電池：氫燃料電池汽車終將比汽油動(dòng)力汽車便宜，在世界各地為零排放運(yùn)輸敞開大門，而不僅僅是在能夠負(fù)擔(dān)依賴稀缺的自然資源和政府支持的電動(dòng)汽車的富裕地區(qū)。
現(xiàn)在加氫站太少，而且這種稀缺性讓對(duì)燃料電池汽車未來(lái)持懷疑態(tài)度的人大放厥詞。一位年輕的物理學(xué)家Hirose，他在核聚變工程中曾開發(fā)了早期的數(shù)字引擎控制器單元。這個(gè)控制器可以說(shuō)是天上掉下了一個(gè)大餡餅，成就了混合動(dòng)力的豐田普銳斯。
當(dāng)豐田開始研究氫燃料電池時(shí)，Hirose加入了團(tuán)隊(duì)。Hirose還清楚地記得，作為一名科學(xué)家，他明確指出氫氣需要依靠能量產(chǎn)生能量。當(dāng)時(shí)他質(zhì)疑氫氣從哪里來(lái)，以及儲(chǔ)存在什么地方。因?yàn)?，?dāng)時(shí)并沒有合適安全的大型存儲(chǔ)系統(tǒng)。
那時(shí)是2003年，Hirose的老板Mitsuhisa Kato告訴他“現(xiàn)在是加入敵對(duì)陣營(yíng)的時(shí)候了”，從混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向氫氣研究。Hirose被任命為豐田燃料電池系統(tǒng)開發(fā)總經(jīng)理，他不得不努力消除自己的疑慮。當(dāng)然，他并不是唯一的懷疑者。
三年后，在2006年，德國(guó)科學(xué)家Ulf Bossel撰寫了一篇論文，基本上聲稱用電制氫是浪費(fèi)能源。
Bossel認(rèn)為，將相同數(shù)量的能量存儲(chǔ)在電池中，而不是將其轉(zhuǎn)化為氫氣以便存儲(chǔ)和以后使用，會(huì)更有效。相信幾十年后，電池行業(yè)的極端者仍然將把這一理論視為寶典。 直到今天，博塞爾的電熨斗理論仍然是純電池原理的思想基礎(chǔ)。
Hirose認(rèn)為，Bossel在他的分析中犯了一個(gè)根本性的錯(cuò)誤。Bossel假設(shè)氫氣將利用現(xiàn)有電力產(chǎn)生。“如果起點(diǎn)是電力已經(jīng)在那里，如果你用現(xiàn)有的電力用電解水制氫，那么是的，你會(huì)失去30％的能量，”Hirose提醒說(shuō)。“但是人們忘記了，當(dāng)用天然氣或煤炭制造電力時(shí)，60％到70％的能量都會(huì)損失掉。如果直接從天然氣甚至煤中產(chǎn)生氫氣，它們將不會(huì)損失60％或70％的能量。這一切都取決于你從哪里開始?！?
今天的大部分氫不是通過(guò)電解水制成的，而是通過(guò)重整天然氣，甚至是煤。奇怪的是，Bossel并沒有像他自己承認(rèn)的那樣“考慮這個(gè)選擇，因?yàn)闅錃馔耆梢砸韵鄬?duì)較低的成本進(jìn)行化學(xué)合成?！?
反燃料電池技術(shù)的另一個(gè)支柱是 “當(dāng)儲(chǔ)存液態(tài)氫時(shí)，出于安全原因必須允許一些氣體蒸發(fā)，這意味著在兩周后，即使沒有被驅(qū)動(dòng)使用，汽車也會(huì)失去一半的燃料?！斑@意味著我們讓一半的氫氣在還沒有為車輛提供動(dòng)力之前蒸發(fā)消失了。”這里有點(diǎn)牛頭不對(duì)馬嘴，我們討論的是氫氣，而博塞爾談?wù)摰氖且簹洹?
汽車制造商早就放棄了在乘用車上使用液氫的想法，因?yàn)槿绱酥〉膬?chǔ)氫罐無(wú)法保持液氫在－253°C以下，其中一半的確可能在兩周內(nèi)蒸發(fā)。
燃料電池汽車中使用的氫氣是加壓的，而不是液體，它不會(huì)逸出。然而，如果氫氣想從現(xiàn)在的儲(chǔ)氫罐中逃脫可能至少需要13年時(shí)間。
另一方面，大規(guī)模儲(chǔ)存氫采用液態(tài)儲(chǔ)氫確實(shí)是非常實(shí)用的，在日本的種子島空間站，足夠的液態(tài)氫為多個(gè)火箭發(fā)射提供動(dòng)力儲(chǔ)存數(shù)月，蒸發(fā)量小于1％。即便是少量的增發(fā)也可以不浪費(fèi)用于發(fā)電或其他應(yīng)用。
電池的重量一直是電池?zé)o法逃避的短板。重量是里程的大敵，通過(guò)增加電池來(lái)提高續(xù)航，讓越來(lái)越多的能量被電池重量所抵消和浪費(fèi)。電動(dòng)重型卡車的失敗嘗試就充分證明了這一點(diǎn)。請(qǐng)加微信公眾號(hào)：工業(yè)智能化(robotinfo) 馬云都在關(guān)注
40噸電池動(dòng)力卡車，500公里續(xù)航需要8噸電池。這個(gè)數(shù)字確實(shí)有點(diǎn)荒謬，你想要運(yùn)輸?shù)氖秦浳?，而不是一個(gè)巨大的電池。而燃料電池組卻更輕，更易于操作。氫燃料電池動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的重量可與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相媲美，豐田的專家甚至說(shuō)，可以更輕。而單位重量氫氣的能量是柴油燃料的三倍。
自Ulf Bossel寫論文以來(lái)，時(shí)代和技術(shù)發(fā)生了變化，他自己早已不做純粹的電池信仰的傳教士。Ulf Bossel現(xiàn)在是瑞士Almus AG的所有者，該公司出售UBOCELL，一種將燃料轉(zhuǎn)化為電能的小型SOFC燃料電池。
到目前為止，燃料電池對(duì)電池陣營(yíng)的最大威脅一直保持不變，燃料電池車將很快比豐田自己的混合動(dòng)力汽車便宜，而且有一天它們可能比普通汽車便宜。雖然我們提及燃料電池汽車非常昂貴，那是因?yàn)樗鼈兪褂昧舜罅康你K金。
Hirose說(shuō)：“當(dāng)?shù)谝慌剂想姵剀嚭馁Y一百萬(wàn)美元時(shí)，我們就使用了100克鉑金。你要花3000美元購(gòu)買?，F(xiàn)在我們用量......“他停頓了一下?！耙呀?jīng)很少了，甚至可以不使用?！彪S著鉑在豐田的燃料電池組的影響不斷減少，Hirose透露它現(xiàn)在的用量與柴油車催化轉(zhuǎn)換器的鉑金相當(dāng)，MIRAI大約使用10克白金。
雖然事實(shí)如此，人們?nèi)匀涣?xí)慣認(rèn)為燃料電池使用了大量昂貴的貴金屬?！癏irose說(shuō)。“燃料電池堆中最昂貴的東西是0.01毫米的薄膜。電堆的其余部分非常便宜。實(shí)際上，燃料電池最昂貴的部分就是工藝，它是單一零件重復(fù)堆疊的制造，成本并不進(jìn)入它的材料?！?
這使得燃料電池相對(duì)于電池具有巨大的成本優(yōu)勢(shì)。70％的電池成本是在原材料中，原材料的價(jià)格通常不會(huì)隨著需求的增加而迅速下降。電池也沒有逃脫政治的捆綁。
電池的一個(gè)關(guān)鍵成分是鈷(Cobalt)，世界上66％的供應(yīng)來(lái)自剛果民主共和國(guó)，該地區(qū)人權(quán)狀況欠佳。原始設(shè)備制造商急于獲得供應(yīng)，鈷的價(jià)格一路飆升。
但“全球都在狂熱地爭(zhēng)奪和提取金屬鋰來(lái)供應(yīng)鋰電池”，相比之下，只要世界上有水，就有取之不盡的氫氣。
由于70％的電池成本與原材料相關(guān)，因此成本優(yōu)化必須集中在剩余的30％，并且電池產(chǎn)能已經(jīng)足夠大了，但是電池成本并沒有下降很多？“由于產(chǎn)能過(guò)剩，電池成本大幅下降，”Hirose說(shuō)。
電池是一種商品，如果有人以低于10％的價(jià)格出售它們，他們就能獲得銷售，而且這樣做的結(jié)果是銷售價(jià)格會(huì)越來(lái)越低。
世界各地建造的巨大電池廠需要巨大的前期投資，技術(shù)進(jìn)步幾乎沒有時(shí)間來(lái)收回CAPEX。
豐田公司的電池合作伙伴松下寫道，兩年內(nèi)虧損70億美元，主要是因?yàn)檫^(guò)時(shí)的電池廠的拖累，全球又有多少電池廠被套上了這個(gè)緊箍咒呢？
松下制造的電池由特斯拉轉(zhuǎn)而成為內(nèi)華達(dá)Gigafactory的電池模塊。松下公司總裁Kazuhiro Tsuga最近告訴彭博社，松下與特斯拉仍在虧錢 ，只能稱之為有望改變。
與此同時(shí)，松下為特斯拉制造的18650和2170電池已經(jīng)過(guò)時(shí)，當(dāng)豐田和松下宣布聯(lián)盟首先制造棱柱形電池，接下去是固態(tài)時(shí)，Tsuga公開希望技術(shù)不會(huì)進(jìn)展太快，如果突然轉(zhuǎn)向固態(tài)電池，現(xiàn)在的投資就又要被打水漂了。
與電池相比，燃料電池仍處于規(guī)模的早期階段，豐田6萬(wàn)美元的Mirai燃料電池汽車只生產(chǎn)了約3,000輛，但它“正在建造一座新工廠，到2020年將產(chǎn)量提高到每年30,000輛”。
最重要的是，豐田將其燃料電池技術(shù)應(yīng)用于卡車，公共汽車以及非機(jī)動(dòng)性之外的許多應(yīng)用，規(guī)模的擴(kuò)大，已經(jīng)使豐田擁有世界上成本最低的燃料電池了。
到2025年，豐田計(jì)劃將使燃料電池汽車的價(jià)格與現(xiàn)在混合動(dòng)力汽車的水平相當(dāng)，但就個(gè)人而言，Hirose對(duì)這個(gè)目標(biāo)并不十分滿意。
“為了進(jìn)入替代燃料世界，我們需要提供比傳統(tǒng)汽車更便宜的燃料電池?！斑@是我個(gè)人的目標(biāo)。我認(rèn)為可以做到。
這個(gè)目標(biāo)聽起來(lái)有點(diǎn)高不可攀，即使電池永遠(yuǎn)是新能源統(tǒng)的頭條新聞，但根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)燃料電池行業(yè)評(píng)論的共同作者，燃料電池工程師Matthew Klippenstein說(shuō)法，豐田對(duì)燃料電池成本的樂觀情緒在行業(yè)中悄然分享和走俏。隨著燃料電池的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，其成本將直線下降。
Hirose認(rèn)為燃料電池汽車的成本會(huì)低于卡羅拉，這取決于對(duì)真正可持續(xù)交通的認(rèn)真程度和決心。豐田的努力微不足道，如果有全社會(huì)的參與，那就完全有可能。Hirose現(xiàn)年63歲，他相信他的有生之年能看到它實(shí)現(xiàn)的那一天。
關(guān)于電池和燃料電池堆之間細(xì)微差別的爭(zhēng)論還沒有結(jié)束，只要工廠必須攤銷，它就會(huì)肆虐，只要有政府資金，沒有人愿意與另一個(gè)陣營(yíng)分享。
雖然電池電量成為所有頭條新聞關(guān)注的話題，但全球?qū)涞闹С终谠鲩L(zhǎng)。在達(dá)沃斯舉行的2017年世界經(jīng)濟(jì)論壇期間，成立了一個(gè)氫能委員會(huì)，其中包括53家能源、運(yùn)輸和工業(yè)公司，Hirose作為豐田在論壇的發(fā)言人。
到2025年，中國(guó)宣布了350個(gè)加氫站的計(jì)劃。到那時(shí)，德國(guó)希望擁有400個(gè)加氫站。日本將世界第三大經(jīng)濟(jì)體重新投入燃料電池，并宣布在2030年到2050年之間計(jì)劃將該島國(guó)變?yōu)椤皻渖鐣?huì)” 。日本首都東京都希望氫氣更加普遍，并計(jì)劃到2020年奧運(yùn)會(huì)實(shí)現(xiàn)氫氣社會(huì)。
廣瀨是一個(gè)直言不諱的人，他并不像他承認(rèn)的那樣“喜歡氫社會(huì)這個(gè)詞”。氫社會(huì)并不意味著我們完全豪賭氫能源。相反，我們應(yīng)該為可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)提供一系列解決方案。
當(dāng)然，政府可以激勵(lì)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們需要提供客戶喜歡選擇的東西。這與電池與燃料電池?zé)o關(guān)。它涉及可持續(xù)、運(yùn)輸和客戶的選擇。
“建設(shè)一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)是一項(xiàng)繁重的工作，”Hirose說(shuō)道，“但如果我們推遲就全球變暖等問(wèn)題作出決定，我們就可能偷拿走了我們后代的未來(lái)。
氫燃料電池首次進(jìn)入政府工作報(bào)告 該如何面對(duì)這波“氫能熱”？
日前，國(guó)務(wù)院新聞辦舉行吹風(fēng)會(huì)，就2019年《政府工作報(bào)告》的83處修訂進(jìn)行解讀，其中提出“推進(jìn)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。這是氫能首次被寫入《政府工作報(bào)告》。
近20年來(lái)，氫能在全球范圍內(nèi)迎來(lái)了一輪快速發(fā)展。包括中國(guó)、美國(guó)、日本、歐盟、加拿大和韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)均制定了氫能發(fā)展規(guī)劃。
燃料電池汽車是當(dāng)下氫能應(yīng)用的主要形式之一。按照《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書》提出的目標(biāo)，到2020年，中國(guó)燃料電池車輛要達(dá)到1萬(wàn)輛、加氫站數(shù)量達(dá)到100座，行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3000億元；到2030年，燃料電池車輛保有量要“撞線”200萬(wàn)，加氫站數(shù)量達(dá)到1000座，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破1萬(wàn)億元。發(fā)展氫能燃料電池技術(shù)，已被寫入《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中。
今年全國(guó)兩會(huì)期間，氫能也成為代表、委員熱議的話題。多位委員將氫氣從?；分蟹蛛x出來(lái)，按照能源屬性管理。
“在氫氣供給方面，無(wú)論是煤制氫，可再生能源制氫，還是工業(yè)副產(chǎn)品制氫，中國(guó)都有巨大的供給能力。”據(jù)央廣網(wǎng)報(bào)道，國(guó)家能源投資集團(tuán)（下稱國(guó)家能源集團(tuán)）總經(jīng)理凌文日前接受采訪時(shí)表示。
凌文稱，根據(jù)估算，中國(guó)已有的工業(yè)制氫產(chǎn)能可以滿足1億輛燃料電池汽車的需要，其中，僅國(guó)家能源集團(tuán)的產(chǎn)能就可供4000萬(wàn)輛車使用。
在各方討論中，氫能的技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定仍是焦點(diǎn)問(wèn)題。
正泰集團(tuán)董事長(zhǎng)南存輝在采訪中表示，應(yīng)鼓勵(lì)通過(guò)技術(shù)合作、人才引進(jìn)、設(shè)立產(chǎn)業(yè)基金等多途徑，支持制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫、加氫及燃料電池基礎(chǔ)材料等核心技術(shù)和關(guān)鍵部件的技術(shù)攻關(guān)；重點(diǎn)突破膜電極、空壓機(jī)和儲(chǔ)氫罐等技術(shù)瓶頸，大幅降低產(chǎn)業(yè)鏈成本，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
“從技術(shù)角度看，車用燃料電池技術(shù)在約五年內(nèi)逐步走向成熟?！敝袊?guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高表示。未來(lái)一段時(shí)間，如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將變得更為重要。
為加快氫燃料汽車的商業(yè)化推廣，上海市政協(xié)委員、上汽集團(tuán)總裁陳志鑫建議，地方購(gòu)置氫燃料汽車補(bǔ)貼繼續(xù)按國(guó)補(bǔ)1:1比例予以支持。公共服務(wù)和物流運(yùn)輸是目前最適合推廣燃料電池汽車的領(lǐng)域。陳志鑫建議，有關(guān)部門應(yīng)在運(yùn)營(yíng)牌照方面給予氫燃料汽車專門支持，明確每年發(fā)放數(shù)量與方式。
作為氫燃料電池汽車的配套設(shè)施，加氫站也受到眾多關(guān)注。長(zhǎng)城汽車總裁王鳳英建議稱，應(yīng)通過(guò)改變加氫站補(bǔ)貼形式，來(lái)加大補(bǔ)貼力度，避免加氫站成為地方政府形象工程、“建而不用”。
王鳳英表示，有關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)頂層規(guī)劃，鼓勵(lì)多方合作，組建加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)“國(guó)家隊(duì)”，統(tǒng)一規(guī)劃全國(guó)加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并降低審批難度。還應(yīng)細(xì)化氫能源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并出臺(tái)相關(guān)政策，明確加氫站建設(shè)及運(yùn)營(yíng)監(jiān)管的相關(guān)制度，建議參照天然氣加注站的管理方式對(duì)加氫站進(jìn)行管理。
公開數(shù)據(jù)顯示，截至2017年底，全球共有328座在運(yùn)加氫站，其中歐洲139座，占比42.38%；亞洲118座，占比35.98%；北美68座，占比為20.73%。
另?yè)?jù)《中國(guó)氫能與燃料電池年度報(bào)告2018》的數(shù)據(jù)顯示，截至2018年11月，中國(guó)共有27座建成的加氫站，其中3座已被拆除，另有16座在建。已落成的加氫站中，多數(shù)僅供示范車輛加注使用，尚未完全公開。
為搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇，上海、武漢、蘇州、佛山、張家口等近十個(gè)城市均出臺(tái)了氫能規(guī)劃。
面對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的火熱，濰柴集團(tuán)董事長(zhǎng)譚旭光也提醒到，不是所有地區(qū)都適合氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。有關(guān)部門應(yīng)選定部分適合的地區(qū)作為示范區(qū)，以有效推動(dòng)氫能的發(fā)展。
目前，中國(guó)已在氫燃料電池技術(shù)上取得了部分成果，但在燃料電池催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙等一些關(guān)鍵材料上仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，一致性和可靠性難以保證。此外，整車企業(yè)尚未形成穩(wěn)定的零部件供應(yīng)體系，供應(yīng)鏈薄弱，工程化能力不足，導(dǎo)致零部件的工藝質(zhì)量低，產(chǎn)品一致性、可靠性和耐久性不足，不能滿足市場(chǎng)的要求。
中國(guó)工程院院士干勇也曾表示，從市場(chǎng)狀況看，氫燃料電池汽車仍然主要應(yīng)用于物流車、公交車及部分特種車輛，由于生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)規(guī)模小，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)積累不足，仍有部分工程技術(shù)問(wèn)題需通過(guò)大量工程實(shí)踐來(lái)解決。
