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中國的氫燃料電池汽車,是什麽卡住了它的脖子?
文|東麗

“我從沒想過還能再見到它。”弗洛伊德,91歲?Wyczalek在2016中再次坐在Electrovan的駕駛室中。

這位前通用汽車工程師握著他50年前參與制造的世界上第壹輛燃料電池概念車的方向盤,眼裏有光。

壹眨眼又是四年。2020年9月8日,通用汽車宣布以20億美元入股電動汽車公司Nikola,其中燃料電池技術的應用是雙方戰略合作的亮點之壹。“幾十億美元”,這是創始人尼古拉·特雷弗?米爾頓對通用燃料電池項目的評價。

在遠離萬裏的中國,很多人說2020年是氫能元年。

逐利的資本不太會撒謊。氫雲鏈數據顯示,2020年前7個月,中國氫能產業名義總投資超過6543.8+030億元,同比增長超過30%,投資100億元的項目有5個,而2065.438+09年同期只有2個。

如今,有40多個地方政府支持氫能的發展。據不完全統計,目前我國氫燃料電池電堆規劃產能超過3,000 MW,燃料電池汽車預計產量超過65438+萬輛。

9月6日,SAIC正式發布了全球首款燃料電池MPV?MAXUS蔡斯·馬克斯?尤妮克。7.同時,它宣布了其“氫能戰略”。

資本、政府和汽車公司紛紛介入。在這個逐漸降溫的9月,我國氫燃料電池市場卻格外火熱。

氫氣的誘惑?

提到燃料電池,現在很多人都會習慣性地加上壹個詞——氫,也就是氫燃料電池,寓意著這是壹場能源和動力的變革。

人類的每壹次能源革命,都是增強減碳加氫和能量密度的過程。

氫氣是壹種高能高效的能源載體。在古代,木材作為燃料的能量密度僅為每千克0.13兆焦耳。現在,標準煤、石油、天然氣和氫的最高能量密度達到140兆焦耳。

而且,氫能是壹種可再生能源,可以通過多種方式獲得。無論是工業副產品、石化能源還是水,人類都可以通過各種方式從中獲取氫氣。

21世紀,人類正從化石燃料時代走向綠色能源時代。中國工程院院士幹勇認為,這種轉變可以分為兩個部分:壹是從化石能源消費到綠色能源再生的轉變,二是從高碳燃料到低碳燃料的轉變。如果回歸本質,還是燃料的“加氫降碳”。

“零碳”能源最後指向氫能,這是壹種零排放的清潔能源。氫和氧充分反應的最終產物只有水。

氫的吸引力如此之大,以至於世界各國政府都開始制定戰略。

日本等許多國家已將氫能社會作為國家戰略。自新冠肺炎疫情爆發以來,德國等國已將氫能視為振興經濟的重要手段。2020年6月,德國宣布將再投資90億歐元支持氫能發展。

中國也開始在這方面進行布局。2016年5月,中國中央委員會和國務院發布了《國家創新驅動發展戰略綱要》,表示將“發展氫能和燃料電池等新壹代能源技術。”

之後,2019年,氫燃料電池首次被寫入政府工作報告,2020年,氫能被寫入能源法草案。近日,有媒體報道稱,由多個部委參與的中國氫能發展總體規劃正在制定中,中國氫能頂層設計呼之欲出。

在落地方面,汽車產業是氫能戰略的重要組成部分。

作為二氧化碳等溫室氣體的主要排放者,汽車需要通過燃料電池系統使用氫燃料。

燃料電池是壹種通過電化學反應將外部供應的燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能、熱能和其他反應產物的發電設備。

目前,業內已研究的燃料電池是以氫氣為外供燃料、氧氣為氧化劑的質子交換膜氫燃料電池。燃料電池汽車是以車載燃料電池系統產生的電能作為其動力或主動力的汽車。

1966 10 10月28日,在美國密歇根州,通用汽車公司展出了壹款名為Electrovan的概念車,該車被視為世界上第壹款燃料電池汽車,但由於成本高昂,當時並未推廣。

如今,無論是國內還是國外,汽車電氣化的趨勢都勢不可擋。然而,前途是光明的,道路是曲折的。從過去到現在,電池安全仍然是許多消費者在購買純電動汽車時猶豫不決的重要因素。近日,當代安普科技有限公司生產的“811”電池也陷入了安全糾紛。

氫燃料電池也是電氣化浪潮中的壹員,“燃料電池的安全性高於鋰離子電池。”中國工程院院士易寶蓮認為,氫燃料電池本質上是壹種通過電化學反應實現的能量轉換裝置,與鋰電池原理壹致,但在工作模式上更類似於內燃機。

內燃機的汽油(柴油)儲存在燃料箱中,燃料電池的氫氣儲存在儲氫瓶中。前者有壹個用於能量轉換的發動機,後者的能量轉換場所在燃料電池堆中,與儲氫瓶分開。

“我從事燃料電池工作壹輩子,從未發生過燃燒爆炸事故。”易寶蓮說,燃料電池堆中的能量非常少。如果出了問題,只要切斷氫氣的供應,就可以保證安全。

然而,這樣壹種高能、高效、安全的可再生清潔能源才剛剛進入商業化的窗口期。

兩伏後的兩個黎明?

目前,氫燃料電池汽車的普及是20世紀以來的第三次浪潮。

通用Electrovan在1966年並沒有掀起多大波瀾,直到1973年第四次中東戰爭爆發,才帶來了燃料電池商業化的第壹波浪潮。

當時,國際石油輸出國組織(石油輸出國組織)對以色列和其他國家實施了石油禁運。從1973 10到10月份的1只用了三個月的時間,國際油價從10月份的3.11。

石油危機使民用燃料電池汽車的研發和投資熱了壹段時間,但這壹波並不持久。隨著危機的暫時解決,燃料電池熱潮逐漸降溫。

第二次浪潮興起於2000年左右,由加拿大巴拉德等燃料電池制造商推動。然而,由於當時的技術還不夠成熟,無法進行商業應用,汽車公司不支持它們,消費者沒有需求,零部件供應商也無法支持燃料電池汽車市場,最終氫動力汽車沒有發展起來。

壹段時間以來,由於氫燃料汽車在全球範圍內的量產延遲,許多政策逐漸向配備鋰電池的純電動汽車傾斜,氫燃料汽車的整個產業鏈頻頻倒閉。

到2014年,豐田終於推出了全球首款量產氫燃料電池汽車Mirai未來組合,氫能汽車行業在沈寂多年後再度復蘇。

以此為起點,汽車領域第三次氫能浪潮的暗流開始湧動。不過,或許這壹波氫燃料電池的商業化真的能搞起來。

在國家政策的支持下,豐田引進了Mirai未來組合,本田的Clarity、現代NEXO等乘用車也已量產。SAIC還推出了配備氫燃料電池系統的榮威950。

中國汽車工程學會常務副理事長兼秘書長張金華在2018表示,國外車企量產車型的主要性能,包括壽命、功率密度、價格等方面,與傳統汽車相比具有壹定的競爭力。

在商用車領域,豐田加碼,通用則選擇與電動卡車公司Nikola合作,推動燃料電池系統在卡車領域的落地。中國的長城、福田和SAIC也在努力。

不過,與國外相比,我國在氫燃料電池領域的技術實力仍有短板。

“要正視我國氫能和燃料電池產業與國外先進水平還有壹定差距的現實。”中國工程院院士、中國礦業大學(北京)教授彭蘇萍表示,“卡脖子”技術分布在氫能產業的多個環節,亟需打破技術封鎖,包括氫氣儲運技術的不足以及相關核心設備主要依賴進口等。

被什麽困住了??

燃料電池技術最初用於航空航天、軍事等領域。從技術本身來看,相對成熟,沒有太大難度。

但是,由於不計成本地用於航空航天和軍事領域,燃料電池的技術門檻實際上非常高。當它擴展到民用領域時,如何削減成本成為關鍵。

無論是國內還是國外,制約氫燃料電池汽車發展的核心因素之壹就是氫氣本身。

在用戶和政府端,對燃料電池汽車的認知非常不足,對其安全性存在諸多質疑。與此同時,法規和標準並不完善,豐田在日本也遇到了困難:當氫燃料電池汽車進入地下停車場等密閉空間時,沒有權威第三方能夠證明不存在安全隱患。

張金華此前曾表示,許多官員仍將氫與不安全等同起來,因此普及科學非常重要。

幸運的是,政策正在放開。副總裁蘭透露,從今年開始,上海將不再把氫氣定義為危險化學品,而是將其轉化為燃料。“將它作為燃料來管理是政策上的壹個巨大變化。”

但問題並不僅限於這些。作為交通領域的能源,氫能的供應規模和價格尚不足以支撐大規模商業化推廣,氫燃料加註難度大、成本昂貴。

氫能產業鏈分為制氫、儲氫、運氫和加氫。

以終端加氫站為例,裏面的設備包括壓縮機、加氫機、順序控制櫃、卸氣櫃等。上海禾豐能源科技有限公司董事長方表示:“加氫站內的許多設備都來自外國品牌。目前來看,很難下來。”

采購國外設備的成本將傳導至終端加氫價格。目前,氫氣的價格對消費者來說仍然太貴。

SAIC氫燃料電池公司的壹位高級工程師告訴高清汽車商業周刊,“也許氫氣從工廠出來只有幾美元,但經過脫硫、凈化、加壓運輸和加油站儲存後,它可能會在氫氣站得到提升。此外,增加加油站的成本可能占40-50%,綜合成本非常昂貴。”

近日,在安亭的加氫站,《高清汽車商業周刊》觀看了壹場加氫演示。這臺機器的屏幕顯示0.35公斤氫氣* * *需要以25元人民幣支付,即每公斤加油的價格超過了70元。

然而,據相關人士透露,他們與加氫站簽署的協議遠沒有那麽昂貴,每公斤不到40元。

不過,業內普遍認為,只有氫氣的價格達到20-25元,用戶才能有良好的體驗。現在加氫的價格往往是每公斤60-70元,補貼後也在40元左右。與加油或充電相比,汽車加氫的單價更貴。因此,短期內很難通過純粹的市場化行為來推動。

回到氫燃料電池汽車的制造過程,從全球範圍來看,氫燃料電池汽車的產業鏈幾乎沒有成熟。

“豐田、本田和現代主要依靠背後的財團來建立壹個全封閉系統。”廣東泰洛斯汽車動力系統有限公司總經理張瑞明向HD汽車商業周刊透露,現在催化劑、質子膜等很多核心材料和零部件都掌握在少數企業手中,成本居高不下。

上海傑氫科技有限公司總經理盧冰冰指出,催化劑、質子交換膜和碳紙是氫燃料電池電堆領域的關鍵技術和關鍵部件。

以質子交換膜為例,全氟結構質子交換膜的量產條件苛刻。壹方面,氟化工材料非常特殊,具有高度腐蝕性和爆炸性,因此它需要工業化和穩定的生產平臺,這需要時間的積累。另壹方面,廠家還要與車企壹起進行實驗評估。“沒有實驗評估,沒人敢用妳的片子。”

更令人擔憂的是,全氟質子交換膜的發展仍處於燒錢階段。據山東東嶽集團首席科學家張永明介紹:“這種膜壹直在虧損,每年虧損幾千萬。普通公司不願意做,只有負責任的公司才願意做。”

國家也發現了這些問題。在2020年9月5日的TEDA論壇上,財政部經濟建設司壹級巡視員宋秋嶺解釋了燃料電池汽車財政補貼的變化。“轉型後示範政策的核心目標是支持企業加快突破關鍵核心技術,打造自主可控產業鏈。”

如今,氫能的各個環節都沒有真正打通,燃料電池的關鍵核心技術也沒有掌握在自己手中。這是困擾中國企業的兩個關鍵問題。

兩者之間甚至存在矛盾,包括燃料電池系統和氫氣之間的價格矛盾——“制造氫氣的人認為電堆很貴,而制造電堆的人認為氫氣很貴”,以及氫燃料電池汽車和加氫站之間的數量矛盾——“車輛感覺沒有(氫氣)站,而站感覺沒有車輛”。

問題的關鍵在於“尺度”

100萬輛車的生死線?

截至2020年8月,中國已推廣了7200多輛燃料電池汽車,累計行駛裏程近1億公裏,並建成了72座加氫站,但這遠遠不夠。

“燃料電池汽車的數量必須在2035年達到100萬輛。如果達不到,就有風險。”中國科學院院士、清華大學教授歐陽明坦言。

從西方國家的公司來看,會出現“死亡之谷”,即技術開發成功後,商業化將不得不克服投資規模、回報率和風險控制等困難,但中國現在已經在國家層面為企業搭建了橋梁,因此我們應該利用好這個機會。

“目前我國燃料電池市場火熱,政策導向非常明顯,這是好事。”壹位深耕燃料電池市場數十年的專家告訴HD汽車商業周刊。

遺憾的是,許多國內企業只關註眼前的利益,並將資金用於生產以獲得國家補貼,而不是改進技術。因此,補貼政策不僅要照顧現狀,還要鼓勵自主專利研發和促進技術進步。今年“以獎代補”的政策變化也與這壹原則不謀而合。

畢竟在政策的基礎上,企業的積極投入才是推動行業進步的動力。

同濟大學燃料電池汽車技術研究所所長張彤直言,“由於各種因素,國內企業的投資仍然不足,行業將很難起來。”另壹方面,豐田、通用等車企對燃料電池的投入已有數十年,近年來的研發費用每年都達到數億美元。

然而,張彤說SAIC在這方面是個例外。作為中國最早開發燃料電池技術的汽車企業,SAIC於2001啟動了鳳凰壹號燃料電池汽車項目。2006年,燃料電池事業部正式成立。從車輛集成和系統集成到電池組技術的突破,公司壹直在研發方面進行投資,並先後推出了燃料電池乘用車榮威750和950以及商用車SAIC大通FCV80和EUNIQ?7等車型。

在此期間,許多與燃料電池相關的企業已經關閉或轉型,SAIC當然也受到了影響。

當時,前瞻技術研究部燃料電池系統處處長陳對《高清汽車商業周刊》坦言:“外面都死了,也有質疑。這是正確的方向嗎?終於堅持下來了。”

現在越來越多的國內汽車公司加入進來,SAIC大通MAXUS?尤妮克。計劃瞄準高端商旅領域並進軍個人消費市場,國內燃料電池商業化開始加速突破。

發布MAXUS?尤妮克。與此同時,SAIC也發布了“氫能戰略”:到2025年,推出至少十款燃料電池汽車產品,SAIC捷氫科技將達到100億市值,並建立超過1000人的燃料電池R&D和運營團隊,形成萬輛燃料電池的產銷規模,市場份額達到10%?以上。

“搭載燃料電池的乘用車受到基礎設施的極大限制。目前,它們更適合商用車,在加氫站周圍運營,並在公共交通、物流和城市出行領域占據領先地位。”蘭對說。

在今年的TEDA論壇上,宋秋嶺表示:“本次示範重點推進燃料電池汽車在中重型商用車領域的產業化應用,並向重型卡車傾斜。”

的確,與乘用車相比,公共汽車和卡車對燃料電池的技術要求更低。商用車的規模可以培養壹批能源供應、零部件甚至材料的供應商,打造中國自主產業鏈,然後逐步提高技術水平,再向乘用車領域拓展。

正如SAIC副總裁兼總工程師祖思傑所說,燃料電池應首先在商用車上大規模應用,規模將帶動行業的良性循環。

在未來很長壹段時間內,結合混合動力,乘用車將繼續堅持純電路線路,而公共汽車和卡車等商用車的比例將增加燃料電池技術的應用。“雙線推進”將是新能源汽車的發展趨勢。

更多的問題還在後面。商業化後,企業還要考慮“對燃料電池問題的容忍度”,即如何提供售後服務。中國能源工程集團首席科學家範白勤指出,這是過去許多美國燃料電池企業失敗的主要問題,也將是未來中國企業必須面對的困難。

“妳醒了嗎?”範白勤說,他希望從業者會問自己這個問題。

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