您当前位置:经济网 >> 新闻 >> 独家新闻 >> 浏览文章
独家新闻

“氢”出于“蓝” 氢能前景可期

时间:2019年07月09日 来源:经济网-《经济》杂志 作者:李雪娇 点击: 【字体:


    “水氢发动机在南阳正式下线,这意味着车载水可以实时制取氢气,车辆只需加水即可行驶。”5月23日,河南《南阳日报》一篇题为《水氢发动机在南阳下线,市委书记点赞!》的报道直登微博热搜榜,引起大范围讨论。
 
    虽然技术落地、公司资质、政府支持的质疑掀起了更大的的争议,但随着氢能利用技术发展成熟,氢能产业的发展在世界各国备受关注。从原始社会的秸秆茅草,到蒸汽革命的机器混战,再到电气时代的信息交互,可以说,人类社会的发展是随着能源的进步而进步的。根据科学调查,能源更替的历史是从固体到液体再到气体的过程,氢气与天然气同为气体,因此在能源应用给了世人更多想象的空间。
 
    “氢”出于“蓝”
 
    氢,在化学元素周期表位于第一位,在燃烧时产生水,英国化学家亨利·卡文迪便用拉丁文把它命名为“水的生成者”。氢气是一种无色透明、无臭无味的气体。氢能是指氢和氧进行化学反应所释放出的化学能,热量相当于汽油的三倍,是一种清洁的二次能源。
 
    “21世纪初叶人类正面临的两大危机:一是人为因素导致的气候变化是真实存在的,至21世纪末,气温的升高将会呈现一个相当大的幅度,并将会给人类、动物、植物以及人类文化遗产带来灾难性的后果。二是传统化石能源或核能源燃料被少数几个国家寡头垄断的情况正不断加剧,这不利于大多数国家利用能源。”这是摘自2006年11月,国际氢能界的主要科学家联名向加拿大、法国、德国、美国等八国集团领导人以及联合国相关部门负责人提交的《百年备忘录》选段。
 
    氢能作为“究极能源”,无疑是最优方案,对全球战略发展的意义无需赘述。氢能具有来源广、燃烧热值高、能量密度大、可储存、可再生、可电可燃、零污染、零碳排等优点,它将为人类提供足够的清洁能源。
 
    早在20世纪70年代,美国就成功将燃料电池应用于双子星五号太空船和“阿波罗”登月飞船,成为第一个实现氢能源技术应用的国家。然而20世纪末期至21世纪初期,因成本问题,氢能源技术的发展近乎停滞。直到2014年日本氢燃料电池技术取得突破,加上石油、煤炭等能源的储量逐渐减少导致能源紧缺,各国想象中的“氢能社会”被重拾历史舞台,氢能源也重新受到重视。
 
    日前,山东氢能汽车运营公司相关负责人表示,氢能物流车的续航里程可达400公里,运行过程中唯一的产物是水,可以做到污染物零排放。在山东省德州市经开区,《经济》杂志、经济网记者坐在氢燃料电池物流车上清晰地感受到:氢能,未来已来。
 
    “氢”装上阵
 
    “推进充电、加氢等设施建设”,2019年氢能首次被写入《政府工作报告》。时间向后推移十几天,在博鳌亚洲论坛2019年年会上,国务院总理李克强首次提出发展氢燃料电池行业。高层密集发声后,我国氢能产业一片火热,而这把火一直持续到现在。
 
    据记者不完全统计,北京、上海、浙江、山东、广州等地都在开展氢能应用示范园区建设,大力支持燃料电池系统及核心部件技术攻关,推进氢燃料电池汽车产业化,争当中国“氢能之都”,一场氢能产业拉力赛正在如火如荼地进行中。
 
    南京大学现代工程与应用科学学院教授刘建国在接受《经济》杂志、经济网记者采访时表示,本世纪初在国家政策的大力支持下,我国的氢能和燃料电池技术得到了迅猛的发展,并且燃料电池汽车示范应用在2008年-2010年间达到了一个高潮。
 
    2008年的北京奥运会倡导“绿色奥运”,以氢燃料电池为动力的客车试运行在北京的部分公交路线,而2010年上海世博会将190多辆燃料电池车投入到交通服务中,进一步验证了燃料电池技术的可行性。尽管后面因为各种原因,中国的燃料电池行业沉寂了一段时间,但不可否认这两次大规模的应用示范为今天燃料电池产业化推进打下了人才和技术的基础。
 
    尽管燃料电池在世博会之后的发展碰到了很多困难,但刘建国在担任南京大学昆山创新研究院执行院长期间,一直坚持燃料电池研发,并开始尝试燃料电池技术的应用。通过多年的努力,刘建国团队建设了具有国家CMA、CNAS标识的燃料电池专业检测实验室-南京大学昆山创新研究院检测检验中心,这也是目前国内最早也是迄今为止检测项目最全的燃料电池检测实验室。刘建国坦言,那时的燃料电池行业比锂电池市场落寞许多。由于国际上尤其是美国对燃料电池政策的调整,以及燃料电池成本高和供氢网路的高难度,锂电池在新能源汽车的应用更加“受宠”,燃料电池技术作为氢能产业商业化应用的重要领域,就像苦练才艺的女子,还没有惊艳亮相就被束之高阁。
 
    “当时很多人都转向锂电池或储能电池了,他们认为燃料电池离商用还有很长一段距离。”在行业信心不足的情况下,刘建国仍旧看好燃料电池的未来,一直在坚持燃料电池的研发工作。“我相信蛰伏是爆发前必要的阶段,这个过程不能省略,总要有人去实践、去尝试,才能推进燃料电池发展。”
 
    不过短短几年时间,锂电池相继出现续航能力、安全问题、电池回收以及骗补蹭补等事件,加上日本燃料电池技术取得重大突破,氢燃料电池汽车相比于纯电动汽车有非常明显的优势,中国开始奋起直追燃料电池产业。
 
    2014年,日本丰田汽车发售燃料电池汽车“Mirai”,同时宣布燃料电池技术取得重大突破,氢燃料电池动力相比于锂电池在长航时乘用车以及重卡方向上表现出明显的优势,各国开始布局氢能与燃料电池,再次掀起了燃料电池的一个新的高潮。刘建国说,这次不再简单是技术上的示范,而是在区域范围内的大规模示范,同时全球共同探索燃料电池产业化和商业化。到现在为止,全世界燃料电池汽车已经超过1万台,加氢站超过300座,而且这个速度还在不断增长。
 
    “氢”有独钟
 
    “燃料电池与常规电池不同,它的燃料和氧化剂不是贮存在电池内部,而是储存在电池外部的装置中。”中国质量认证中心新能源产品认证部高级工程师、中国电器工业协会燃料电池分会副秘书长王刚告诉《经济》杂志、经济网记者,燃料电池技术属于电化学反应,不燃烧,不受卡诺循环限制,其能量转换效率相对较高。
 
    “我经常把燃料电池技术比喻成是一个煤气灶,只要外面有源源不断的原料进来,它就可以不断地发电。”王刚简单介绍了燃料电池的工作原理,实际上,燃料电池是一种水电解的逆过程,在催化剂的作用下,氢气被分解成电子和氢离子,氢离子通过质子交换膜到达氧气侧,电子通过外电路定向流动、作功。又在催化剂的作用下,氧气、氢离子、电子进行反应,生成水,电子的定向流动而对外供应电能。
 
    “燃料电池技术的优点有很多,除高效外,它还具有良好的环境友好性。因为它的产物理论上只是水,不对外排放,所以可以大大减少对大气的污染。这也是各国都在积极发展燃料电池技术的原因之一。”另外,王刚说,报废的燃料电池,在寿命到期后其零部件经处理还是可以再利用的。“因为燃料电池里面几个核心的部件,像碳板、双极板经一定的处理可以直接二次使用,涂在碳纸上的催化剂通过烧结可以将催化剂进行提炼,如果是催化剂涂在膜上的,可以用高压釜把它再提炼出来。”催化剂被提炼出来后,它的质子交换膜也被融化了,形成新的可利用溶液,因此燃料电池的全生命周期是很少或没有污染物的。相比而言,锂电池和其他铅酸电池,回收过程需要非常复杂的工艺,对环境有很多的影响,带来新的环保问题。
 
    佛山(云浮)氢能产业与新材料发展研究院常务副院长刘志祥向《经济》杂志、经济网记者谈到燃料电池行业变化时表示,近年来人们对于氢能和燃料电池的了解程度有了极大程度地提高。越来越多的企业和地方政府对燃料电池技术及发展表达出更多见解,而并不局限在基础概念。
 
    按照《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》提出的目标,到2020年,中国燃料电池车辆要达到1万辆、加氢站数量达到100座,行业总产值达到3000亿元。到2030年,燃料电池车辆保有量要“撞线”200万,加氢站数量达到1000座,产业产值将突破1万亿元。发展氢能燃料电池技术,已被写入《“十三五”国家科技创新规划》中。
 
    “以前,由于没有形成批量化产品,寻找燃料电池零部件供应商很难,寻找整车企业进行装车验证更难;而现在,零部件生产企业愿意主动与燃料电池生产企业合作,开发零部件,整车企业也愿意与燃料电池生产企业合作开发整车。”刘志祥亲身感受到,越来越多上下游企业积极布局燃料电池的整体产业链,燃料电池行业真正走向实际应用,产品逐渐走向成熟。“以佛山为例,每天燃料电池公交车在正常载客运行,而不是试验运行或示范运行,让老百姓能实实在在地感受到其优点,车辆的技术问题也在逐步得以解决。”
 
    “氢”难两全
 
    截至2018年底,我国氢燃料电池汽车大约运行近千辆。根据中国汽车工业协会最新发布的数据,2018年商用车新增了1500多辆氢燃料电池汽车,其中客车1400多辆、货车100多辆,数据表明,燃料电池的产业化开始起步。
 
    尽管氢能源汽车行业前景一片光明,作为氢燃料电池汽车的配套设施,加氢站的建设却不容乐观。
 
    近日,在挪威桑特维卡,Uno-X公司的一座加氢站发生爆炸并起火。这座城市繁忙的交叉路口一度因为此次爆炸而被迫关闭。此后,Uno-X在挪威的另外两座加氢站暂时关闭,负责运营的公司暂时停止对挪威、丹麦等国家的氢燃料供给业务。甚至,丰田和现代汽车也暂停了氢燃料电池汽车在挪威的销售。
 
    只要按照标准规范和法规生产、存储及使用,氢的安全是可以得到保障的。遗憾的是,今年5月,韩国江原道江陵市发生氢燃料储存罐爆炸事件,造成2人死亡,6人受伤。6月初,美国加州一处化工厂储氢罐和氢气运输拖车发生爆炸和火灾,幸好没有人员伤亡。这一连串事件公众很难不会将加氢站建设联系起来。
 
    对于安全问题,王刚认为无需过分担忧,“氢气是世界上已知的密度最小的气体,假设氢气罐被打漏,氢气受到压力释放出去,会向上扩散,与汽油不同,氢气不会下沉燃烧,所以氢气要比汽油更安全。”但同时,王刚提出自己另外的顾虑:目前国内加氢站的建设多是以示范形式建设,还没有一套国家统一的审批管理流程,行业发展亟待解决这个问题。
 
    除此之外,刘建国表示,高压储氢是目前主流的存储方式。根据制氢方式不同,成本不一样,目前大多数氢气出厂价格在每公斤30元-35元左右,加上运输与管理费用,氢气市场价格基本在每公斤60元左右。“氢气价格还是处在折中磨合阶段。以家用轿车为例,5公斤氢气可以提供500公里续航里程,这与燃油车同等续航所需费用相当,但费用高于纯电池新能源汽车。”从市场应用角度分析,燃料电池行业的发展,需要不断降低氢气成本。刘建国认为,短期来看,燃料电池续航能力更强、寿命更长,具有发展前景;中期来看,燃料电池行业发展取决于氢气基础设施的普及,这不仅包括储氢、运氢和加氢的成本,还取决于各项法律法规的重新梳理,为氢气大规模应用奠定基础;长期来看,燃料电池产业取决于氢气价格,只有氢气的价格和电力的价格相当,才有可能在未来配合可再生能源发展进行大规模普及。
 
    “氢”路漫漫
 
    2003年,时任美国总统布什宣布对于保护环境方面必须迈出关键的一步。他将启动一项耗资12亿美元的计划在全国范围内发展氢能源的基础建设,即建立一个连接东海岸和西海岸的网络,生产和运送能够为数百万辆使用燃料电池的汽车提供能源的氢。他曾承诺:“我们的科学家和工程师们将克服各种困难,把这样的汽车从实验室带到展示厅,这样今天出生的孩子们驾驶的第一辆车将由氢提供能源,没有污染。”计划的第一阶段为期两年,花费了7.2亿美元,可现在看来,实现繁荣的氢能源经济还远未成功。
 
    湖北电动汽车专委会秘书长邓亚东对《经济》杂志、经济网记者分析称,以最受公众关注的氢能源汽车为例,发展进度缓慢一是技术成熟度问题。燃料电池的科学问题早就不是问题,燃料电池技术是电解水的逆过程,依赖电解质完成氢质子交换,实现发电功能。但这种电化学过程的效率,对电池材料的耐久性、电解质和催化层的材料制造工艺要求很高,也对氢氧气体纯净度要求很高,加之车载氢燃料系统的高能量密度要求,使得燃料电池汽车驱动系统成本很高,因此车载燃料电池系统的技术标准还在探索和完善。二是氢能源技术和市场体系问题。氢是清洁高效的能源无可非议,但从全球能源体系角度来看,氢并没有成为像石油、天然气、煤炭、电力那样被广泛工业应用,没有形成系统性的全球能源资源和体系,可以说,氢能源现在是被燃料电池汽车的开发“炒”起来了。“总体来说,燃料电池汽车是成熟的氢能源和车载燃料电池系统的集成,不能一蹴而就,是需要时间的。”邓亚东表示,目前,建一座制氢加氢站,装一批集成度并不高的燃料电池汽车,运行一条示范路线是可以做到的,但大量商业应用还有待时日。
 
    在山东省德州市经开区的氢气站,《经济》杂志、经济网记者从工作人员口中得知,今年以来,迎来了一批又一批来自五湖四海的考察团。然而在概念大热的外表之下,资本对于加氢站的投入,罕见地保持着谨慎的态度。
 
    一边是想象中的氢能社会,另一边是现实带来的种种压力。受访专家认为,氢燃料电池汽车最大的问题是加氢站的成本。刘建国说,有些地区,仅一个加氢站的土地成本就高达数千万元。“因为加氢站需要商业用地,安全距离要求很高,一般要三五亩地大小。”
 
    实际上,燃料电池技术在电动汽车上的应用受到了全世界的关注,基本上世界所有的汽车公司都在往这个方向发展,氢能及燃料电池技术应用非常广泛,动力电源、热电联供、移动电源、分布式电站等领域都有示范运行或规模化推广,未来游览车、无人机、潜艇,甚至小到玩具,都可以使用燃料电池技术。
 
    在王刚看来,国内氢燃料电池对比国外产品,尤其是日韩及欧美的一些公司还有一定差距,还处在追赶的状态。“当然这里说的国外公司,是排在最前面的公司,并不是指国外所有公司的产品都比国内的好。但是,这种差距正在明显缩小。”我们国内一些公司产品现在做得也非常好,有些核心部件,例如膜、MEA等已经在几年前就开始向国外出口,并得到海外用户的好评。在电堆技术上,国内部分公司已经做到了5000小时稳定运行。
 
    “燃料电池整个产业链非常长,涉及的技术领域也很广,产业的门槛自然就被抬高。但随着这么多年来的发展,全产业链上的各个环节要点,都有国内团队在进行研究。80%-90%燃料电池系统核心零部件,从基础的质子交换膜、催化剂、MEA、双极板,到电堆、系统,再到整车,国内都可以生产。只是在具体的某些指标上,与世界顶级产品相比,我们还有提升的空间,例如,铂用量、体积比功率等。”王刚如是说。
 
    另外,国内有些企业已经建成或正在建自动化生产线,通过自动化生产线生产的产品除了提高产品一致性外,更重要的是说明这个行业正在从实验室走向产业化,也说明我们初步掌握了工艺技术。
 
    据测算,到2030年我国氢能汽车产业产值有望突破万亿元。上汽大通、宇通客车、中通客车、比亚迪、金龙汽车、北汽集团、福田汽车等商用车企业都紧盯氢燃料这片“新蓝海”。其中加氢站建设不乏“国家队”的加入。通过这些车辆的生产、使用,为氢能产业培养了一批相关人才,累积了很多技术数据。
 
    刘志祥坦言,目前整体市场环境仍然有待提高。“燃料电池成本居高不下,这使得燃料电池行业在高额补贴前提下才有商业模式可言。但是,高额的地方补贴为地方政府带来较大的财政压力。”刘志祥表示,地方政府给予企业地方补贴的前提是产业到地方落地生产,为地方经济发展做出贡献。在此模式下,地方政府以公交车、特种车等市场订单作为筹码换取产业落地,但所给市场订单不能满足企业产能落地的长期发展,带来了各个地方重复投资、低水平投资的现象。“一方面企业已形成产能无法得以充分释放,另一方面企业不得不四处寻找更大的市场进行产业落地投资。这个现象继续梳理,否则会影响产业健康发展。”
 
    王刚建议,燃料电池技术还属于比较前沿的科技,世界上还没有大范围推广。只要我们去掉浮躁,潜心研究,攻克更多的技术难点,相信我国一定不会在氢燃料电池行业输给任何国家,也不会被任何国家“卡住”脖子。
 
    一位不愿透露姓名的业内专家向《经济》杂志、经济网记者表示,现在的政策是针对燃料电池电动汽车这一个具体产品,通过对补贴带动整个燃料电池行业的技术、产业化发展。现阶段应用反响非常好的产品,例如燃料电池的叉车、热电联供、集中式电站、无人机等并不在补贴的范围内,但这些产品中或多或少可以减少对大型加氢站的依赖。如果对这些产品进行补贴是否可以更好地加快燃料电池技术的发展?这就需要我们讨论一个问题。燃料电池应用广泛,因此建议国家可以在政策上对应用燃料电池技术的更多产品进行补贴,可以是商用汽车、叉车、热电联供、集中式电站、通讯基站备用电源、无人机等。

如需转载请注明来源:经济网

版权合作及网站合作电话:010-58393765

《经济》杂志订阅电话:010-58393736

文章热词:
延伸阅读:
  • 经济日报
  • 经济杂志
  • 专刊
二维码
  • 新闻
  • 旅游
  • 收藏