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氫燃料電池深度思考的幾個(gè)問題

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1287次  |  2018年12月10日  

單從技術(shù)角度來評估,氫燃料電池遠(yuǎn)勝于動(dòng)力電池,包括——

氫燃料電池使用無污染,即便拆解后也無污染,但電池拆解有污染;

“加注時(shí)間氫燃料電池3分鐘、5分鐘,再大的車頂多10分鐘、20分鐘,純電動(dòng)最少你也是半小時(shí)80%吧;

行駛里程能夠跑300公里、500公里、700公里,甚至重卡1000公里、2000公里都可以現(xiàn)在做到,純電動(dòng)卻做不到。

然而....

1.為什么沒人做氫燃料電池?

人人都說氫燃料電池好,但以此創(chuàng)業(yè)的人極少,因?yàn)闅淙剂想姵赜泻枚喙J(rèn)的難題。

衣寶廉(中國科學(xué)院院士,燃料電池研究開拓者之一)分析,純粹是產(chǎn)業(yè)化的原因。

王朝云說,如果追求短期利益最大化,你不會(huì)想到氫燃料電池。純電動(dòng)路線的真正毛病就是,眾多企業(yè)帶著短期利益的強(qiáng)烈企圖心。其實(shí)僅僅是利益的先后問題,(干氫燃料電池)可能開始你會(huì)活得很苦,但是放眼三年、五年是可以解決的。

2.國產(chǎn)氫燃料電池壽命太短?

首先是中國生產(chǎn)的燃料電池的壽命短。2014年,衣寶廉院士受采訪時(shí),問他中外的燃料電池差距在哪里。衣寶廉院士當(dāng)時(shí)說,國際上燃料電池的壽命是5000小時(shí),國內(nèi)還是2000、3000小時(shí)。

如果只站在電堆的角度,不管系統(tǒng),或者反過來,只做系統(tǒng),不做電堆,可能是這種結(jié)果。但是把這兩個(gè)合到一起,它就變化了。

電堆在電壓變動(dòng)很大的情況下,壽命是會(huì)受影響。但如果有合適的場景,控制好電壓變化,壽命就會(huì)延長。本來院校是院校,研究所是研究所,你不告訴我,我不告訴你,但是這兩個(gè)要打通以后,這個(gè)問題就可以得到了很大的改善,2000就變成了5000。

3.催化劑含鉑量高?

在氫燃料發(fā)電的過程中,需要用到含鉑催化劑,但鉑金是貴金屬,價(jià)格高昂。

目前,豐田的燃料電池車Mirai每輛車用鉑20g,約合0.17g/kW。根據(jù)美國能源部的規(guī)劃,到2020年燃料電池汽車用鉑量預(yù)計(jì)會(huì)下降到0.125g/kW。明天氫能能做到什么水平?

現(xiàn)在一臺(tái)電堆里面用鉑的含量,比傳統(tǒng)汽車尾氣三元催化劑用的鉑的含量,多不了多少。因?yàn)橐豢算K也就三四百塊錢,多幾克不就多幾百塊錢嗎?沒有那么可怕。

在成本降低方面,有其他更大空間的選項(xiàng)。舉個(gè)例子,空氣壓縮機(jī),買一個(gè)是18萬到23萬,現(xiàn)在做的前10臺(tái),那就控制在3萬塊錢之內(nèi)。

鉑的成本相對今天幾十萬元級(jí)的總成本,僅占微弱的比例。5年之后,鉑成本的降低才會(huì)變得重要?!暗钦嬲搅?年的時(shí)候,大化所他們掌握的技術(shù),完全可以實(shí)現(xiàn)?!?br/>
4.關(guān)于氫瓶,35兆帕的夠用嗎?

目前中國氫行業(yè)生產(chǎn)的氫瓶多為35兆帕,但豐田等公司已經(jīng)到了70兆帕,這會(huì)否成為障礙?35兆帕氫瓶已經(jīng)能夠符合商業(yè)化要求。

這就是為什么我們一開始選擇商用車。就像當(dāng)年鋰電池從商用車入手是一樣的道理。

現(xiàn)在體積還偏大,另外商用車的行駛路徑也比較規(guī)律。(35兆帕氫瓶)目前不是問題,技術(shù)進(jìn)步,包括商品化的這些技術(shù),是需要通過商業(yè)化來解決的。

中國確實(shí)現(xiàn)在還沒有做到70兆帕的氫瓶,主要依賴進(jìn)口。70兆帕的氫瓶還面臨標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)問題。

根據(jù)質(zhì)檢總局2017年6月27日發(fā)布的一封針對全國人大建議的答復(fù)信,目前中國《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,規(guī)定氣瓶公稱工作壓力適用范圍為0.2兆帕—35兆帕。

我國鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶制造技術(shù)相對成熟,全國氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)已經(jīng)組織制定《車用氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》國家標(biāo)準(zhǔn)并形成送審稿。

但國際通用的70兆帕非金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶制造仍屬空白,同時(shí)也沒有技術(shù)機(jī)構(gòu)能夠開展70兆帕氫氣瓶的氫循環(huán)疲勞試驗(yàn)。

5.氫的供應(yīng)夠嗎?

中國科學(xué)院院士衣寶廉在接受央視采訪時(shí)稱,中國化工產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)氫再加上可再生能源制氫,就足夠中國發(fā)展氫燃料電池車所需的氫。我問王朝云,是否驗(yàn)證過衣寶廉院士的判斷。

王朝云舉了一個(gè)例子,“我身邊不超過60公里,就有一個(gè)氯堿化工廠,一年副產(chǎn)氫超過一萬噸……這一萬噸的氫氣至少可以供我們6000輛以上的商用車,滿負(fù)荷跑一年?!?br/>
他說,“這只是一個(gè)例子。我們(從安徽)到上海去的路上也看到了,晚上化工廠院里燒的藍(lán)火,就這么點(diǎn)起來就燒了。”

可再生能源發(fā)電,由于不方便上網(wǎng),各種儲(chǔ)能利用方案都有,制氫是合適的嗎?用鋰電池儲(chǔ)能不是更經(jīng)濟(jì)?

雖然沒有對比過兩種方式,但是直覺制氫更經(jīng)濟(jì)更有效。一方面,氫是一個(gè)高能的儲(chǔ)能工具,另一方面,氫瓶只要不泄露,可以永久儲(chǔ)存,電池放久了以后它就沒電了。而且,用電池還存在廢舊電池回收難的問題。

6.氫的運(yùn)輸算不算個(gè)難點(diǎn)?

如果存量的制氫產(chǎn)能足夠多,而且足夠分散,不需要遠(yuǎn)距離輸送氫氣,外界對氫運(yùn)輸難的疑問是不是不攻自破了?

王朝云也沒有那么樂觀,“只能是一步一步。我們先解決有氫的地方,后面還是會(huì)涉及(長距離運(yùn)氫的問題)。但是我想隨著時(shí)間的推移,那些事也像加油站一樣的,是可以解決,而且現(xiàn)在高壓儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是成熟的?!?br/>
7.氫的儲(chǔ)存夠不夠安全嗎?

氫的能量密度之高毫無疑問,但能量密度越高,失控后的風(fēng)險(xiǎn)就越大。氫燃料電池如何打消人們的疑慮?

舉個(gè)例子,A物質(zhì)B物質(zhì),兩個(gè)必須配合好,才可以發(fā)生反應(yīng)。H2O,兩個(gè)氫氣(原子)加上一個(gè)氧氣(原子),放在一起才能產(chǎn)生水。如果H很多O很少,那么反應(yīng)的結(jié)果只是有O的部分反應(yīng),沒有O的那部分它就跑掉了。

但是鋰電池包,是匹配好的放在一個(gè)筐子里面,所以一穿透就要燃燒爆炸,而氫瓶碰破了以后氫氣就跑掉了,因此它是更安全的。”

當(dāng)然氫氣不是誰去搞都是安全的,不能不注意安全。比方說氫氣它泄露了以后,在一個(gè)密閉空間里面,氧氣它也充分,這時(shí)候遇到明火它還是會(huì)爆炸。

加氫站上面是空的,即便有泄漏,也不要讓它形成一個(gè)密閉的腔。在國內(nèi)建設(shè)加氫站與居民區(qū)有距離要求,但在日本是直接建在居民區(qū)的。

8.加氫站能不能建得起?

明天氫能正在六安建設(shè)加氫站,其中一個(gè)已經(jīng)動(dòng)工。王朝云介紹,第一個(gè)加氫站,建設(shè)加研發(fā)、設(shè)計(jì)、設(shè)備的費(fèi)用,不包括土地費(fèi)用,總共是920萬?!昂竺嫖乙窃僮?個(gè),會(huì)控制到600—800萬,國家補(bǔ)貼個(gè)六七百萬的話,這個(gè)也不是事?!?br/>
王朝云介紹,早期一個(gè)加氫站設(shè)計(jì)加氫能力可滿足一百臺(tái)商用車。

9.氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈齊備嗎?

氫燃料電池在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化還沒有開始,是否形成了完備的產(chǎn)業(yè)鏈?

在明天氫能的官網(wǎng)上,對于該公司的產(chǎn)品生產(chǎn)介紹稱,已經(jīng)建成了(部分在建)燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)和制造基地,擁有雙極板、MEA、電堆、壓縮機(jī)、氫氣循環(huán)裝置和燃料電池系統(tǒng)集成與控制等全產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵核心技術(shù)。

此外,下面這張圖表明了該公司的產(chǎn)品線。燃料電池子系統(tǒng)中,明天氫能必須全部自己做,在零部件級(jí)別核心的幾個(gè)也要明天氫能親力親為。

中國確實(shí)沒有形成氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈,但是自己做有條件。要是換到十年前、二十年前做不了,整個(gè)中國的技術(shù)就不具備,現(xiàn)在什么做不了?30兆帕、35兆帕、70兆帕的氫瓶中國也能做得了,剩下有什么難度?催化劑,含鉑催化劑、非鉑催化劑,中國自己也做得了,都做得了。

舉個(gè)雙極板的例子。實(shí)驗(yàn)室用的幾十臺(tái)、上百臺(tái)金屬雙極板,屬于試生產(chǎn)產(chǎn)品,生產(chǎn)不連續(xù)、成品率不高、成本很貴。但是從實(shí)驗(yàn)室走向工廠,需要工藝開發(fā),需要一群人的能力和技術(shù)。

從2002年以后,十四五年時(shí)間,國家已經(jīng)已經(jīng)布局了很多氫燃料相關(guān)企業(yè)。對每一個(gè)系統(tǒng)而言,產(chǎn)業(yè)化的時(shí)候都需要再加一把火,水燒到60度、70度就開始燙了,到80度、90度、100度就開始冒泡了。(氫燃料電池)現(xiàn)在沒有到冒泡的時(shí)候,但是水已經(jīng)在升溫。

10.氫燃料電池車不需要正向開發(fā)嗎?

此前有媒體稱,氫燃料電池已經(jīng)到了產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期。這個(gè)判斷的根據(jù)是什么?

從我們這個(gè)小企業(yè)的角度,只要做到三五千臺(tái),就盈利了。而做三五千臺(tái)對我來講,也就是最近幾年的事,一年、兩年、三年的事。

早晚有一天氫燃料電池汽車要正向開發(fā)。

但目前,像現(xiàn)代、大眾,把燃料電池做得跟發(fā)動(dòng)機(jī)一樣大小,放在發(fā)動(dòng)機(jī)艙,就沒有必要重新設(shè)計(jì)。只是氫瓶裝的位置等,還有所改造。由于能量密度高,燃料電池對整車的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)不大。目前非正向開發(fā)的改裝,能夠滿足商業(yè)應(yīng)用的需求。

做技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,不是說領(lǐng)先半步即可。技術(shù)不是說一買就能用的,需要消化、吸收再開發(fā)。要有一幫人投入進(jìn)去,流血、流汗、流淚。這是一個(gè)再創(chuàng)造的過程,這個(gè)過程是買不來的,再多的錢也買不來。

我們現(xiàn)在八字還沒一撇,只有一捺,代表著條件還不夠充分。我們不具備充分條件,但有必要條件,就是說這條路是一定可以走下去的。

你不走別人會(huì)走,今天不走明天會(huì)走。中國不走國外會(huì)走,日本人走了,德國人也走了,北歐的國家也走了。剩下一個(gè)充分條件,就是那一撇在哪呢?一撇就靠我們自己去創(chuàng)造呢。

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