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中國氫燃料電池車何時能趕超前輩

2019-03-07 10:37
來源: 億歐網

近年來,氫能燃料電池產業備受關注,燃料電池汽車也逐漸成為世界能源和交通領域的研發熱點。日前,氫燃料電池汽車有望在2019年正式實施“十城千輛”推廣計劃的消息傳出。據悉,國內氫燃料電池產業基礎較好的城市如北京、上海、張家口、成都、鄭州、如皋、佛山、濰坊、蘇州、大連等城市都有可能入選。

從這個角度來看,此次燃料電池汽車推廣計劃如果順利實施,或將與十年前電動汽車的推廣思路有異曲同工之妙。2009年1月,工信部等四部委聯合啟動“十城千輛節能與新能源汽車示范推廣應用工程”,在北京、上海、重慶、長春、大連、杭州、濟南、武漢、深圳、合肥、長沙、昆明、南昌等13個城市進行私人購買新能源汽車示范。

氫燃料電池優劣勢

提到燃料電池,最核心的材料是質子交換膜、催化劑、氣體擴散層以及雙極板。作為汽車動力源,氫氣被認為是未來最有前途的清潔能源之一。其基本原理是電解水的逆反應,把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散,并與電解質發生反應,釋放出的電子通過外部的負載到達陰極,是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。

相較于鋰電池,氫燃料電池具有能量密度高、續航里程長、充電時間短、重量輕、性能提升空間大等諸多優點。據國外一項實驗數據表明,鋰電車車起火到完全燃燒大概需要3分鐘,氫氣只需要30秒。

不過,鋰電池技術難度相對較小,生產相對成熟,同時整個制造產業鏈完善,正處于規模效應的擴大階段,而氫燃料電池的關鍵材料催化劑、質子交換膜、雙極板等國內產業鏈基本處于空白狀態,同時制造成本及加氫站建設成本等高昂。

雖然氫燃料電池利用氫和氧化學反應釋放的化學能轉化為電能,無須燃燒,具有高能量轉換效率和零排放。但氫燃料電池的發展仍面臨許多挑戰,其中一個待解決的難題就是燃料電池鉑電極的一氧化碳“排放”問題。

當下,氫主要來源于甲醇和天然氣等碳氫化合物的蒸汽重整和水煤氣變換反應,由此產生的氫通常含有0.5%至2%的一氧化碳。作為氫燃料電池汽車的“核心零部件”,燃料電池鉑電極容易被一氧化碳雜質氣體影響,導致電池性能下降和壽命縮短。

據悉,學術界比較看好的車載氫氣凈化法,是將特定催化劑放置在燃料電池的入口處,在氫氣進入燃料電池之前,使氫氣中的一氧化碳雜質氣體優先和氧氣發生反應,從而避免一氧化碳雜質氣體進入電池毒化電極。遺憾的是,現有的催化劑只能在高于室溫和極窄的溫度范圍內工作,使得氫燃料電池汽車無法在頻繁冷啟動期間得到有效保護,很難步入實用。

日韓遙遙領先

億歐汽車梳理發現,各國對于氫能源汽車的建設規劃路線都不相同。如美國、韓國、法國注重建設氫燃料汽車電池產業的基礎設施,日本則更重視氫能源技術的發展。公開數據顯示,截至2017年底,全球共有328座正在運營的加氫站,新增64座。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;南美1座,其余地區則有2座。

其實,在氫能的發展領域走在最前的國家應屬韓國和日本。前不久,韓國鐵路研究所宣布正在開發氫燃料電池列車,作為國土交通省的鐵路技術研究項目。據稱該氫燃料電池列車基于氫燃料電池的混合鐵路車輛,能夠以110公里/小時的最高速度行駛,續航里程超600km。

韓國方面表示,到2019年底完成該氫燃料電池混合動力系統、鐵路車輛動力轉換系統、加氫站建設計劃和鐵路技術技術標準的開發,并在2022年,完成鐵路試驗線穩定性、效率和系統驗證。此外,韓國還希望通過提高加氫站核心零部件的國產化率(由40%提升至80%以上),來降低加氫站建設成本,由目前的30億韓元降至20億韓元(約合人民幣1204萬元)以下。

除此之外,在韓國蔚山市政府大樓召開的氫能經濟戰略報告會上,韓國產業通商資源部正式對外發布了該國《氫能經濟活性化路線圖》,計劃到2025年將氫燃料電池乘用車的年產能提升至10萬輛,售價降至目前的一半。韓國總統文在寅也參加了報告會,為該國氫燃料電池車的發展站臺。

目前,韓國氫燃料電池車累計產量不足2000輛,政府計劃到2022年將累計產量提升至8.1萬輛,并使得主要零部件的國產化率達到100%。最終目標是到2040年,使得氫燃料電池車累計產量達到620萬輛,其中290萬輛面向韓國國內市場,330萬輛用于出口。韓國產業通商資源部次官鄭升一指出,中國計劃到2030年推100萬輛氫燃料電池車上路,而日本的目標是80萬輛。

具體來看,韓國計劃今年在7座城市推廣35輛氫燃料電池巴士,2022年增加到2000輛,2040年進一步增至4萬輛。氫燃料電池出租車也將于今年在首爾開始試運行,而后到2040年增加到8萬輛。從2021年開始,韓國垃圾收集車、灑水車、清掃車等專用車領域將引入氫燃料電池卡車,而后擴大到物流車等領域。

再來看看日本的發展情況,日本富士經濟調查會社(以下簡稱“富士經濟”)近期發布了《燃料電池相關技術及市場未來展望(2018年版)》。該份報告預測,2030年全球燃料電池市場規模將達到約4兆9275億日元(約合人民幣3042億元),比2017年增長28倍。其中,亞洲燃料電池市場規模約為2兆1301億日元(約合人民幣1317億元),比2017年增長49.8倍,增勢顯著。富士經濟經調查認為,2017年的燃料電池市場規模約為1757億日元,包括燃料電池汽車(FCV)、驅動用及工業和商業等應用市場。

富士經濟預測,2025年全球燃料電池市場規模將有望超過1兆億日元(約合人民幣618億元);2030年則將達到約4兆9275億日元(約合人民幣3042億元)。很顯然,美國和韓國燃料電池市場正在穩步擴大,這與兩國政府出臺的補助措施不無關系。

富士經濟經調查還指出,亞洲(特別是中國、韓國)燃料電池市場有望迅速擴大,而且隨著燃料電池應用市場的逐步擴大,燃料電池系統成本正在不斷降低,未來很可能實現不依賴補貼而產業獨立化發展。

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