2015年是國(guó)際氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，奔馳、通用、豐田、現(xiàn)代等8大汽車公司屆時(shí)都將推出商用車，售價(jià)5萬(wàn)美元/輛。在家用發(fā)電方面，日本2009年5月宣布1千瓦家用燃料電池進(jìn)入商業(yè)化階段，至今已銷售6000余臺(tái)。
而在我國(guó)，雖然距2015年只有一個(gè)五年，但還未形成氫能利用的國(guó)家規(guī)劃，更別提市場(chǎng)。
實(shí)際上，在國(guó)家財(cái)政部、科技部2009年公布的新能源公共服務(wù)用車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)中曾提出“燃料電池轎車補(bǔ)貼25萬(wàn)元/輛，公共汽車補(bǔ)貼60萬(wàn)元/輛”的政策。但至今有價(jià)無(wú)市，無(wú)用武之地。
是何原因阻礙了氫能經(jīng)濟(jì)在中國(guó)的發(fā)展？氫能到底是不是離我們很遠(yuǎn)的“未來(lái)技術(shù)”？
清華大學(xué)教授毛宗強(qiáng)告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者：氫能并不遙遠(yuǎn)，但現(xiàn)有體制是最大制約，“從歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，它們已經(jīng)占領(lǐng)了先機(jī)，我們應(yīng)該感受到壓力”。
剛剛從美國(guó)考察回國(guó)的上海交通大學(xué)教授馬紫峰也告訴記者：如果我國(guó)不抓緊發(fā)展氫能，新能源汽車“彎道超車”的期望恐成泡影。
今年6月中旬，以中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）“千人計(jì)劃”特聘教授程寒松、中科院理化所研究員佟振合和毛宗強(qiáng)擔(dān)任執(zhí)行主席的香山科學(xué)會(huì)議第400次學(xué)術(shù)討論會(huì)召開(kāi)，這是我國(guó)氫能領(lǐng)域的第一次香山會(huì)議。與會(huì)專家普遍認(rèn)為，我國(guó)在氫能領(lǐng)域投入較少，缺少布局規(guī)劃，沒(méi)有制定清晰的路線圖和時(shí)間表。他們建議由政府主導(dǎo)制定國(guó)家級(jí)氫能路線圖。
家用系統(tǒng)有賴補(bǔ)貼
目前全世界已有上萬(wàn)臺(tái)燃料電池電站，但其推廣還離不開(kāi)政府補(bǔ)貼。
據(jù)悉，日本1千瓦級(jí)燃料電池售價(jià)300萬(wàn)日元，約合人民幣20多萬(wàn)元，政府補(bǔ)貼130萬(wàn)日元，除去補(bǔ)貼后約合人民幣12萬(wàn)元。利用這套電池系統(tǒng)，日本家庭每天可將多余的電力賣給電網(wǎng)，同時(shí)利用散發(fā)的熱量獲得免費(fèi)熱水。
美國(guó)家庭房屋較大，燃料電池規(guī)模在5千瓦左右，售價(jià)5萬(wàn)美元。目前在加州銷量較好，主要原因是該州能享受到聯(lián)邦政府和州政府的雙重優(yōu)惠，除去補(bǔ)貼，用戶需支付3萬(wàn)美元左右。
不過(guò)，這樣的價(jià)格放在中國(guó)仍然較高，但毛宗強(qiáng)透露，如果這些技術(shù)能國(guó)產(chǎn)化，成本將大大降低。
據(jù)悉，家用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由重整器、燃料電池和逆變器三部分組成。其中我國(guó)重整器水平還不過(guò)關(guān)，一氧化碳含量達(dá)到幾十甚至100ppm，導(dǎo)致催化劑鉑金中毒，但日本技術(shù)能低于5ppm，大大延長(zhǎng)了電池壽命。此外，國(guó)產(chǎn)燃料電池中鉑金用量數(shù)倍于國(guó)際領(lǐng)先水平，因而成本較高。
因此，如果引進(jìn)重整器，降低燃料電池中貴金屬催化劑的用量，同時(shí)開(kāi)發(fā)高效的儲(chǔ)氫技術(shù)，結(jié)合國(guó)產(chǎn)燃料電池技術(shù)和逆變器，我國(guó)將能大大降低家用燃料電池系統(tǒng)成本，使之普及推廣。
2009年2月，中國(guó)氫能代表團(tuán)曾赴日本考察談判，試圖引進(jìn)日本的家用燃料電池技術(shù)，尤其是重整器部分。未果。
據(jù)了解，針對(duì)這個(gè)軟肋，我國(guó)目前正在進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，并獲得一定進(jìn)展。
車用燃料電池技術(shù)過(guò)關(guān)
美國(guó)工程院預(yù)計(jì)，氫燃料電池車將在2015年在全球主要的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家批量進(jìn)入市場(chǎng)。并憑借其技術(shù)優(yōu)越性，在15年至20年之內(nèi)取代現(xiàn)有車型，占據(jù)汽車市場(chǎng)主導(dǎo)地位。
過(guò)去十年中，本田、豐田、通用、奔馳、大眾、福特等汽車制造商投入了數(shù)十億美元用于氫能車的研發(fā)，很多成果已經(jīng)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化門檻。
今年4月24日，奔馳燃料電池車隊(duì)到達(dá)北京，這是該車隊(duì)環(huán)球旅行中的一站。5月，車隊(duì)順利返回德國(guó)，環(huán)繞地球一圈，證實(shí)了其可靠性。
寶馬公司投入10多億歐元研發(fā)經(jīng)費(fèi)，已經(jīng)生產(chǎn)了100臺(tái)氫內(nèi)燃機(jī)車，在美國(guó)各地免費(fèi)試駕。
日本生產(chǎn)的燃料電池車加一次氫能跑800公里，而且加一次只需幾分鐘，最高時(shí)速能達(dá)到180公里。
美國(guó)UTC公司研發(fā)的燃料電池汽車試運(yùn)營(yíng)1萬(wàn)小時(shí)以上，超過(guò)美國(guó)能源部制訂的6000小時(shí)的商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。成為燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的重要標(biāo)志。
“其實(shí)發(fā)展得很快，大約也就10年時(shí)間。”毛宗強(qiáng)介紹說(shuō)，2000年德國(guó)制造的第一輛燃料電池車大小如同一輛救護(hù)車，卻只能坐一個(gè)人，空間全部用來(lái)堆放燃料電池。但現(xiàn)在，燃料電池車的內(nèi)部空間已經(jīng)跟汽油車沒(méi)有區(qū)別。同時(shí)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，專家預(yù)測(cè)，如果投入批量化生產(chǎn)，2015年燃料電池汽車的生產(chǎn)成本將僅比傳統(tǒng)汽車高20％。
不過(guò)目前這些廠商基本都停了下來(lái)。據(jù)毛宗強(qiáng)介紹，技術(shù)和成本都不是阻礙燃料電池車發(fā)展的難題，下一步的難點(diǎn)主要是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，因此各車企都在等待。據(jù)悉，德國(guó)準(zhǔn)備到2015年建成1000個(gè)加氫站。
明確氫能經(jīng)濟(jì)時(shí)間表
國(guó)際上氫能研究持續(xù)升溫，國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)的時(shí)間表大致在2050年左右實(shí)現(xiàn)。按照美國(guó)氫能技術(shù)路線圖，到2040年美國(guó)將走進(jìn)“氫能經(jīng)濟(jì)”時(shí)代。
近年來(lái)，我國(guó)氫能研究也有一定進(jìn)展。例如，太陽(yáng)能直接水電解制氫和固體儲(chǔ)氫材料已經(jīng)列入“973”項(xiàng)目。但是，程寒松在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)指出，氫能技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用主要有四大挑戰(zhàn)：氫的規(guī)模制備、氫能在常溫常壓下的儲(chǔ)存與運(yùn)輸、氫能應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題、加氫站等氫能基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架等。相對(duì)于其他相關(guān)能源領(lǐng)域的科研投入，氫能技術(shù)的投入規(guī)模還有待提高。
在應(yīng)用方面，上海世博會(huì)196輛燃料電池車示范運(yùn)行性能穩(wěn)定，給我國(guó)燃料電池車開(kāi)發(fā)增加了自信。受此鼓舞，上汽提出到2015年產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)1000輛燃料電池車的目標(biāo)，并計(jì)劃將整體成本降至50萬(wàn)元以下。
據(jù)記者了解，國(guó)內(nèi)這個(gè)行業(yè)實(shí)際上已具備相當(dāng)規(guī)模，相關(guān)企業(yè)達(dá)上百家，有較好的基礎(chǔ)。有些企業(yè)在以燃料電池為主業(yè)的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，甚至能夠通過(guò)賣產(chǎn)品贏利。
“我國(guó)氫能發(fā)展的主要阻力來(lái)自現(xiàn)有體制。”毛宗強(qiáng)說(shuō)，工業(yè)界現(xiàn)有的加油體系將固體、氣體燃料變?yōu)橐后w燃料使用，但經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)換能量大大損失，如果能直接用氫做車用燃料，效率將大大提高。
“另外就是現(xiàn)有利益集團(tuán)的利益格局很難打破。”毛宗強(qiáng)說(shuō)。
雖然我國(guó)目前在各級(jí)規(guī)劃中并未考慮氫能，但此次香山會(huì)議也許是一個(gè)信號(hào)。據(jù)悉，此次會(huì)議集中了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的主要專家。
“我們希望以香山會(huì)議為起點(diǎn)，推動(dòng)政府部門加大對(duì)氫能的投入，包括發(fā)改委、工信部、科技部、中國(guó)科學(xué)院、自然基金委在內(nèi)的各部門應(yīng)加大支持力度，同時(shí)加強(qiáng)政策引導(dǎo)，鼓勵(lì)大型企業(yè)如中石油、中石化和汽車公司進(jìn)入氫能領(lǐng)域，加速培養(yǎng)優(yōu)秀的科學(xué)家和工程師，以盡快縮短與國(guó)外的差距。”程寒松說(shuō)。
建設(shè)中國(guó)首條氫能高速公路
在電動(dòng)車充電站進(jìn)入人們的視野之后，燃料電池車加氫站也離我們不遠(yuǎn)了。
據(jù)美國(guó)工程院預(yù)計(jì)，氫燃料電池車將在2015年批量進(jìn)入發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)，并在15年至20年之內(nèi)取代現(xiàn)有燃油車及混合動(dòng)力車，占據(jù)全球汽車市場(chǎng)主導(dǎo)地位。為此，寶馬、通用、豐田等全球主要的汽車公司已提前作好了技術(shù)儲(chǔ)備，德國(guó)準(zhǔn)備到2015年建成1000個(gè)加氫站。我國(guó)上汽集團(tuán)也計(jì)劃到2015年生產(chǎn)1000輛燃料電池車。但我國(guó)加氫站建設(shè)目前尚未提上日程。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)“千人計(jì)劃”特聘教授程寒松向《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者介紹，全球現(xiàn)已建成各類加氫站400余座，絕大多數(shù)位于歐美，且大多直接建成氫能高速公路。我國(guó)目前僅有4座加氫站位于北京和上海，尚無(wú)一條氫能高速公路。
在近日舉行的以“氫能科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展與戰(zhàn)略”為主題的香山科學(xué)會(huì)議第400次學(xué)術(shù)討論會(huì)上，與會(huì)專家提出，希望“十二五”期間能立項(xiàng)建設(shè)我國(guó)第一條“氫能高速公路”。
所謂氫能高速公路，就是在高速公路上建設(shè)加氫站，使得這條路能跑氫能車。
“現(xiàn)在我國(guó)副產(chǎn)品氫氣價(jià)格已經(jīng)比汽油便宜了。所以我們很有信心這條高速公路可以贏利。”會(huì)議執(zhí)行主席、清華大學(xué)教授毛宗強(qiáng)告訴記者。
據(jù)介紹，我國(guó)年產(chǎn)煉焦等副產(chǎn)品氫氣900億立方米，其熱值相當(dāng)于2008年全國(guó)6000多萬(wàn)噸汽油用量的1/3。但由于沒(méi)有合適的用途，利用率很低，大多被浪費(fèi)。
不過(guò)，由于目前我國(guó)燃料電池車和氫內(nèi)燃機(jī)車較少，毛宗強(qiáng)表示：“這條氫能高速公路一旦建成，首先受益的是CNG車。”
據(jù)悉，這條高速公路將學(xué)習(xí)美國(guó)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)加氣站建很多加氣柱，同時(shí)有天然氣、HCNG（天然氣和氫氣混合燃料）、氫氣等多種燃料，類似現(xiàn)在的加油站有97號(hào)汽油、93號(hào)汽油和柴油。今后，汽油車、柴油車、CNG車、HCNG車、氫能車都能出現(xiàn)在這條氫能高速公路上。
毛宗強(qiáng)透露，國(guó)家氫能標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)已經(jīng)通過(guò)這樣一項(xiàng)加氣站標(biāo)準(zhǔn)，以保證加氣站在早期也能贏利。
目前，我國(guó)CNG車對(duì)加氣站需求強(qiáng)烈，在南方一些省市還經(jīng)常出現(xiàn)排長(zhǎng)隊(duì)加天然氣的情況。
《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者近日在安徽省合肥市采訪時(shí)獲悉，當(dāng)?shù)爻鲎廛嚾渴怯蜌鈨捎密?，但基本都使用天然氣。?jù)司機(jī)介紹，天然氣燃料費(fèi)比汽油便宜一半。
毛宗強(qiáng)在山西陽(yáng)泉調(diào)查時(shí)也計(jì)算過(guò)，出租車司機(jī)用天然氣比汽油每天能省100元燃料費(fèi)。但由于天然氣加氣站很少，加氣甚至需要排隊(duì)兩個(gè)小時(shí)。“很多司機(jī)以為我是上面來(lái)調(diào)查的，還跟我呼吁多建站。”毛宗強(qiáng)回憶。
根據(jù)國(guó)家“十二五”規(guī)劃，天然氣從“十一五”末的1000億立方米要用到2000億立方米。毛宗強(qiáng)認(rèn)為，天然氣是高級(jí)燃料，除了生活用氣，用于交通將能發(fā)揮更大的作用。而且，我國(guó)CNG車并不多，僅有約40萬(wàn)輛。
實(shí)際上，我國(guó)并不是天然氣富產(chǎn)國(guó)，還需要進(jìn)口一部分。在CNG中加氫的做法讓香山科學(xué)會(huì)議的與會(huì)專家們對(duì)氫能高速公路的前景更有底氣。
據(jù)介紹，氫氣的熱值只是天然氣的1/3，但是混合之后，提高了燃料空燃比，允許多加空氣。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在CNG中摻入一定體積的氫氣，動(dòng)力性能不減，最大的好處是降低50%氮氧化物排放。
目前，我國(guó)車用天然氣價(jià)格為3.6元/方~4.7元/方，而副產(chǎn)氫氣可以低至每方1元多。因此HCNG車每次加氣能跑的距離雖然略少于CNG車，但其差距可以通過(guò)更低的價(jià)格彌補(bǔ)。而且，將CNG車改造為HCNG車幾乎不需要改動(dòng)硬件，升級(jí)軟件即可，成本很低。
“HCNG比CNG更便宜、清潔、安全。”毛宗強(qiáng)說(shuō)，“對(duì)國(guó)家來(lái)說(shuō)一方面用上了本來(lái)沒(méi)用的副產(chǎn)氫氣，另一方面節(jié)省了天然氣，一舉兩得。”
據(jù)記者了解，這條氫能高速公路的建議得到了業(yè)內(nèi)企業(yè)的廣泛支持。
目前，山西省河津市已建成了世界上最大規(guī)模的氫氣、天然氣加氣站，每天能生產(chǎn)20萬(wàn)立方米混合氣體，不久即將投入使用。
為什么是氫能?
全球二氧化碳減排的巨大壓力給了氫能一次絕好的發(fā)展機(jī)遇。
目前，氫主要來(lái)源于碳?xì)浠衔锏闹卣?。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車產(chǎn)生的二氧化碳幾乎無(wú)法收集，而通過(guò)碳?xì)浠衔锏闹卣茪溥^(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳可以規(guī)?；东@，可掩埋封存或作為工業(yè)原料加以利用。在氫能經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期規(guī)劃中，水分解制氫是未來(lái)制氫技術(shù)的主要方向。
可再生能源具有時(shí)間和空間的不穩(wěn)定性，因此需要大力發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)。氫是一種最好的儲(chǔ)能介質(zhì)，通過(guò)電解水可以將太陽(yáng)能、風(fēng)能等不穩(wěn)定的可再生能源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的能源加以儲(chǔ)存。我國(guó)有全世界最大的風(fēng)電裝機(jī)容量，但大部分無(wú)法有效并網(wǎng)。將這部分能源轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存利用，是一種有效的儲(chǔ)能手段。
全世界氫能96%來(lái)源于化石能源，4%來(lái)源于水電解，但是這部分主要是來(lái)自水電站，并不來(lái)源于太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源。專家希望今后把這部分提高到30%~40%。
氫能應(yīng)用技術(shù)方面，目前主要的氫能轉(zhuǎn)化方式為氫燃料電池和氫內(nèi)燃機(jī)。氫能利用技術(shù)特別是氫燃料電池技術(shù)穩(wěn)定、高效、無(wú)污染，在移動(dòng)交通、電力儲(chǔ)存以及分布式供能等方面均表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì),同時(shí)解決能源持續(xù)供應(yīng)與環(huán)境保護(hù)兩大問(wèn)題。
