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淺析燃料電池產業:制氫/儲氫/運氫/加氫已不是痛點?

10月15日,歷時4天的2018長三角氫能燃料電池汽車科普巡游活動來到上海,以嘉年華形式組織豐富而專業的科普活動,展示了從制氫設備到燃料電池汽車整個產業鏈的前沿技術及產品。

期間,來自國內外15家車廠的燃料電池汽車從如皋出發,途徑南通,最后抵達上海。從巡游效果來看,燃料電池無論是續航能力、穩定性還是安全性都已達到能處理日常交通的層次。

事實上,燃料電池產業自2017年起就迎來了飛速的發展,汽車界傳統巨頭寶馬、戴姆勒、通用、大眾、豐田、本田、現代等公司都紛紛推出旗下燃料電池汽車產品。不少權威機構預測在2050年,新能源汽車將會占據整個汽車行業90%以上產能,傳統能源車就會逐步退步,而在新能源車里面,燃料電池車將會占到17%-20%的比例。

制氫/儲氫/運氫/加氫已不是燃料電池產業痛點?

盡管燃料電池前景可期,但業內人士普遍認為,燃料電池要實現產業化,還有以下困難:1、氫燃料電池電堆的成本和使用壽命問題;2、氫氣大規模生產、運輸和加注(加氫站)過程的綜合使用成本較高;3、終端加氫站的建設是政府層級的難題。

囿于以上困境,不少專家認為,燃料電池短期內可期的應用場景主要集中在定點運輸的貨車和公交領域。

對此,空氣產品公司中國區副總裁及東區總經理郁峰先生認可燃料電池前景的結論,卻不認為燃料電池產業在制氫、儲氫、運氫和加氫上存在巨大困難。

蓋世汽車了解到,空氣產品公司是全球領先的工業氣體公司,在氫能領域已有超60年的技術沉淀。作為氫氣和燃料電池加氫站的提供商,空氣產品公司每年可生產200萬噸氫氣,同時在全球參與了20多個國家和地區的250個加氫站項目(當前全球加氫站數量約為400座個),公司專有的加氫技術每年被用于超過150萬次的安全加氫操作。

郁峰先生認為,從經濟性和操作性來講,制氫、儲氫、運氫和加氫等配套服務環節已經不存在太大的障礙。

從制氫的角度看,氫元素在宇宙中極其豐富,視線所及均含有氫,關鍵是如何提取出氫氣。當前氫氣來源主要有一下來源:

一是石油工業的副產品,主要是含氫的尾氣,這是目前最主要的氫氣來源,但依然還存在大量的氫氣被浪費或是不完全利用,比如直接用氫氣燒鍋爐,浪費了其中巨大的化學能。

二是利用化石能源制氫,比如利用煤或者天然氣裂解制氫,煤和天然氣資源十分豐富,而且這種制氫法能耗很低,成本也不貴,產能還相當可觀。

三是可再生能源制氫,比如利用太陽光電、風電、水電和生物質(禽畜的糞便、城市污廢等),這類制氫的優勢時絕對的環保,缺點是當前技術條件下,成本較高。

其中,利用含氫尾氣和化石能源制氫,不論是產能還是單位生產成本都能滿足燃料電池產業化大規模發展,值得一提的是,空氣產品公司認為以化石原料為基礎的制氫方式將使氫氣在加注口的成本與燃油車相比降低10%~20%。而從產業長遠發展來看,以可再生能源為基礎的氫氣生產技術將最終實現氫燃料電池產業零碳排放的循環經濟。

從儲氫和運氫的角度來看,目前中國氫氣的儲運主要是依賴200公斤的傳統的魚雷罐進行儲運,這樣的儲運模式一輛車大概裝400公斤的氫氣,效率較低,運輸成本偏貴。空氣產品公司已經開發了超高壓的氣態氫儲能技術和液氫儲運技術,可提供520公斤的超高壓氫氣運車和液氫的雙向槽車,1輛液氫槽車等于15輛管束車的運輸效率。空氣產品公司相信,在國家相關法律法規的支持下,這些就一定可以推行開來。只要有了國家相關法律法規的支持,這些就能推行開來。

從加氫的角度來看,加氫站主要的成本就是壓縮機的電耗,但如果是液態氫或者使用超高壓的氣態氫儲能技術,就能將電耗控制在非常低的一個水平,甚至不需要壓縮機,這大大降低加氫站的成本。空氣產品公司在全球參與的加氫站項目已達250多個。 每年采用公司專有技術的成功加氫達150多萬次。

加氫過程也十分便捷,以空氣產品公司在美國加州建設的無人加氫站為例,整個加氫過程只需要短短三分鐘,和傳統燃油車的效率相當,而在短短3分鐘的加氫時間,按照安全標準,會有3次中斷,進行系統的自檢,自檢通過以后才能進一步地再加氫。因此,在這套無人加氫程序里中,安全性已經得到了最大的保障。

郁峰先生表示,空氣產品公司已經構建出完整、科學的制氫、儲氫、運氫和加氫體系技術,經濟性和操作性均能滿足燃料電池汽車的規模化,關鍵還要看燃料電池汽車產業的發展,而對燃料電池車的前景,郁峰先生非常有信心。

“談氫變色”是誤會,氫燃料電池安全可控

此外,郁峰先生還指出,一直以來,不少人都對氫氣的安全性有一個誤區,認為氫氣是一種非常危險的氣體,甚至“談氫變色”。事實上并非如此,或者說恰恰相反,氫燃料電池汽車相較于其他能源來說,反而更安全一些。

蓋世汽車了解到,燃料電池汽車的安全性評價主要是針對燃料電池電堆和儲氫系統兩個部分。

其中,電堆只是氫氣和氧氣發生電化學反應的場所,本身并不儲存能量,安全性隱患主要來自氫氣的監控。但由于電堆內部氫氣的量并不大,而且氫氣/空氣可以迅速被切斷,其安全性其實還是很有保障的。據幾家知名車企對其燃料電池車的綜合測試結果表明,即使在工作狀態下對電堆進行穿刺短路,都不會引起電堆火災和爆炸發生。

至于儲氫系統的安全性則主要由儲氫罐決定。目前儲氫罐廣泛使用的700 bar高壓鋁瓶,國際上已經有數千次的加壓/減壓測試記錄,在滿載條件甚至下還進行過步槍射擊實驗。而為了避免外力損傷,國際幾大汽車公司普遍選擇將儲氫罐放置在后排座椅下面或者后背這個汽車上相對比較安全的部位。一般氣罐旁邊、駕駛室和動力艙都安裝了氫氣傳感器在線檢測氫氣濃度,儲氫罐還安裝了應急排放閥,以降低破損以后氫氣的積累。

事實上,氫氣的特點是非常輕泄漏之后迅速上升,只要通風良好,在開闊的馬路上一般不會發生爆炸危險,只有在遭受重大交通事故或者應力疲勞導致儲氫瓶破損氫氣泄漏的情況下,才有可能出現燃燒等惡性事件。

(左:氫燃料電池車;右:汽油車)

值得一提的是,即便出現燃燒現象,燃料電池車也是相對安全的。日本研究試驗結果表明,在汽油車和氫燃料電池汽車分別創造燃料泄露和著火條件下,3秒時汽油車下方漏油著火,而氫氣則是迅速沖高在汽車上方著火。一分半鐘以后燃料電池汽車的明火已經熄滅,而汽油車火勢正旺最終燒得只剩車架(如上圖所示)

國內外很多研究機構也都做過氫燃料電池的碰撞、泡水、跌落實驗,儲氫罐的碰撞和灼燒試驗以及燃料電池汽車整車的碰撞試驗,均未出現重大安全問題。

因此,相較于汽油車及事故頻頻的鋰電池汽車,氫燃料電池車在安全性上還是有一定優勢存在的。

作者:李陽

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