鉅大LARGE | 點擊量：500次 | 2021年09月28日
氫燃料動力電池產業化前景渺茫
2015年是國際氫燃料動力鋰電池車產業化的時間節點，奔馳、通用、豐田、現代等8大汽車公司屆時都將推出商用車，售價5萬美元/輛。在家用發電方面，日本2009年五月宣布1千瓦家用燃料動力鋰電池進入商業化階段，至今已銷售6000余臺。
而在我國，雖然距2015年只有一個五年，但還未形成氫能利用的國家規劃，更別提市場。
實際上，在國家財政部、科技部2009年公布的新能源公共服務用車補貼標準中曾提出燃料動力鋰電池轎車補貼25萬元/輛，公共汽車補貼60萬元/輛的政策。但至今有價無市，無用武之地。
是何原因阻礙了氫能經濟在我國的發展？氫能到底是不是離我們很遠的未來技術？
清華大學教授毛宗強告訴《科學時報》記者：氫能并不遙遠，但現有體制是最大制約，從歐美日等發達國家的發展現狀來看，它們已經占領了先機，我們應該感受到壓力。
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剛剛從美國考察回國的上海交通大學教授馬紫峰也告訴記者：假如我國不抓緊發展氫能，新能源汽車彎道超車的期望恐成泡影。
今年六月中旬，以我國地質大學（武漢）特聘教授程寒松、中科院理化所研究員佟振合和毛宗強擔任執行主席的香山科學會議第400次學術討論會召開，這是我國氫能領域的第一次香山會議。與會專家普遍認為，我國在氫能領域投入較少，缺少布局規劃，沒有制定清晰的路線圖和時間表。他們建議由政府主導制定國家級氫能路線圖。
家用系統有賴補貼
目前全世界已有上萬臺燃料動力鋰電池電站，但其推廣還離不開政府補貼。
據悉，日本1千瓦級燃料動力鋰電池售價300萬日元，約合人民幣20多萬元，政府補貼130萬日元，除去補貼后約合人民幣12萬元。利用這套電池系統，日本家庭每天可將多余的電力賣給電網，同時利用散發的熱量獲得免費熱水。
美國家庭房屋較大，燃料動力鋰電池規模在5千瓦左右，售價5萬美元。目前在加州銷量較好，重要原因是該州能享受到聯邦政府和州政府的雙重優惠，除去補貼，用戶需支付3萬美元左右。
不過，這樣的價格放在我國仍然較高，但毛宗強透露，假如這些技術能國產化，成本將大大降低。
據悉，家用燃料動力鋰電池發電系統由重整器、燃料動力鋰電池和逆變器三部分組成。其中我國重整器水平還不過關，一氧化碳含量達到幾十甚至100ppm，導致催化劑鉑金中毒，但日本技術能低于5ppm，大大延長了電池壽命。此外，國產燃料動力鋰電池中鉑金用量數倍于國際領先水平，因而成本較高。
因此，假如引進重整器，降低燃料動力鋰電池中貴金屬催化劑的用量，同時開發高效的儲氫技術，結合國產燃料動力鋰電池技術和逆變器，我國將能大大降低家用燃料動力鋰電池系統成本，使之普及推廣。
2009年二月，我國氫能代表團曾赴日本考察談判，試圖引進日本的家用燃料動力鋰電池技術，尤其是重整器部分。未果。
據了解，針對這個軟肋，我國目前正在進行技術攻關，并獲得一定進展。
車用燃料動力鋰電池技術過關
美國工程院預計，氫燃料動力鋰電池車將在2015年在全球重要的工業發達國家批量進入市場。并憑借其技術優越性，在15年至20年之內取代現有車型，占據汽車市場主導地位。
過去十年中，本田、豐田、通用、奔馳、大眾、福特等汽車制造商投入了數十億美元用于氫能車的研發，很多成果已經達到產業化門檻。
今年四月二十四日，奔馳燃料動力鋰電池車隊到達北京，這是該車隊環球旅行中的一站。五月，車隊順利返回德國，環繞地球一圈，證實了其可靠性。
寶馬公司投入10多億歐元研發經費，已經生產了100臺氫內燃機車，在美國各地免費試駕。
日本生產的燃料動力鋰電池車加一次氫能跑800公里，而且加一次只需幾分鐘，最高時速能達到180公里。
美國UTC公司研發的燃料動力鋰電池汽車試運營1萬小時以上，超過美國能源部制訂的6000小時的商業化標準。成為燃料動力鋰電池汽車產業化的重要標志。
其實發展得很快，大約也就10年時間。毛宗強介紹說，2000年德國制造的第一輛燃料動力鋰電池車大小如同一輛救護車，卻只能坐一個人，空間全部用來堆放燃料動力鋰電池。但現在，燃料動力鋰電池車的內部空間已經跟汽油車沒有差別。同時，隨著技術的進步，專家預測，假如投入批量化生產，2015年燃料動力鋰電池汽車的生產成本將僅比傳統汽車高20％。
不過目前這些廠商基本都停了下來。據毛宗強介紹，技術和成本都不是阻礙燃料動力鋰電池車發展的難題，下一步的難點重要是基礎設施建設，因此各車企都在等待。據悉，德國準備到2015年建成1000個加氫站。
明確氫能經濟時間表
國際上氫能研究持續升溫，國際氫能經濟的時間表大致在2050年左右實現。按照美國氫能技術路線圖，到2040年美國將走進氫能經濟時代。
近年來，我國氫能研究也有一定進展。例如，太陽能直接水電解制氫和固體儲氫材料已經列入973項目。但是，程寒松在接受《科學時報》記者采訪時指出，氫能技術大規模推廣應用重要有四大挑戰：氫的規模制備、氫能在常溫常壓下的儲存與運輸、氫能應用技術問題、加氫站等氫能基礎設施構架等。相有關其他相關能源領域的科研投入，氫能技術的投入規模還有待提高。
在應用方面，上海世博會196輛燃料動力鋰電池車示范運行性能穩定，給我國燃料動力鋰電池車開發新增了自信。受此鼓舞，上汽提出到2015年產業化生產1000輛燃料動力鋰電池車的目標，并計劃將整體成本降至50萬元以下。
據記者了解，國內這個行業實際上已具備相當規模，相關公司達上百家，有較好的基礎。有些公司在以燃料動力鋰電池為主業的前提下，能夠實現產業化，甚至能夠通過賣產品贏利。
我國氫能發展的重要阻力來自現有體制。毛宗強說，工業界現有的加油體系將固體、氣體燃料變為液體燃料使用，但經過一次轉換能量大大損失，假如能直接用氫做車用燃料，效率將大大提高。
另外就是現有利益集團的利益格局很難打破。毛宗強說。
雖然我國目前在各級規劃中并未考慮氫能，但此次香山會議也許是一個信號。據悉，此次會議集中了國內該領域的重要專家。
我們希望以香山會議為起點，推動政府部門加大對氫能的投入，包括發改委、工信部、科技部、我國科學院、自然基金委在內的各部門應加大支持力度，同時加強政策引導，鼓勵大型公司如中石油、中石化和汽車公司進入氫能領域，加速培養優秀的科學家和工程師，以盡快縮短與國外的差距。程寒松說。
建設我國首條氫能高速公路在電動汽車充電站進入人們的視野之后，燃料動力鋰電池車加氫站也離我們不遠了。
據美國工程院預計，氫燃料動力鋰電池車將在2015年批量進入發達國家市場，并在15年至20年之內取代現有燃油車及混合動力車，占據全球汽車市場主導地位。為此，寶馬、通用、豐田等全球重要的汽車公司已提前作好了技術儲備，德國準備到2015年建成1000個加氫站。我國上汽集團也計劃到2015年生產1000輛燃料動力鋰電池車。但我國加氫站建設目前尚未提上日程。
我國地質大學特聘教授程寒松向《科學時報》記者介紹，全球現已建成各類加氫站400余座，絕大多數位于歐美，且大多直接建成氫能高速公路。我國目前僅有4座加氫站位于北京和上海，尚無一條氫能高速公路。
在近日舉辦的以氫能科學與技術的發展與戰略為主題的香山科學會議第400次學術討論會上，與會專家提出，希望十二五期間能立項建設我國第一條氫能高速公路。
所謂氫能高速公路，就是在高速公路上建設加氫站，使得這條路能跑氫能車。
現在我國副產品氫氣價格已經比汽油便宜了。所以我們很有信心這條高速公路可以贏利。會議執行主席、清華大學教授毛宗強告訴記者。
據介紹，我國年產煉焦等副產品氫氣900億立方米，其熱值相當于2008年全國6000多萬噸汽油用量的1/3。但由于沒有合適的用途，利用率很低，大多被浪費。
不過，由于目前我國燃料動力鋰電池車和氫內燃機車較少，毛宗強表示：這條氫能高速公路一旦建成，首先受益的是CNG車。
據悉，這條高速公路將學習美國相關相關經驗，一個加氣站建很多加氣柱，同時有天然氣、HCNG（天然氣和氫氣混合燃料）、氫氣等多種燃料，類似現在的加油站有97號汽油、93號汽油和柴油。今后，汽油車、柴油車、CNG車、HCNG車、氫能車都能出現在這條氫能高速公路上。
毛宗強透露，國家氫能標準化委員會已經通過這樣一項加氣站標準，以保證加氣站在早期也能贏利。
目前，我國CNG車對加氣站需求強烈，在南方一些省市還經常出現排長隊加天然氣的情況。
《科學時報》記者近日在安徽省合肥市采訪時獲悉，當地出租車全部是油氣兩用車，但基本都使用天然氣。據司機介紹，天然氣燃料費比汽油便宜一半。
毛宗強在山西陽泉調查時也計算過，出租車司機用天然氣比汽油每天能省100元燃料費。但由于天然氣加氣站很少，加氣甚至要排隊兩個小時。很多司機以為我是上面來調查的，還跟我呼吁多建站。毛宗強回憶。
根據國家十二五規劃，天然氣從十一五末的1000億立方米要用到2000億立方米。毛宗強認為，天然氣是高級燃料，除了生活用氣，用于交通將能發揮更大的用途。而且，我國CNG車并不多，僅有約40萬輛。
實際上，我國并不是天然氣富產國，還要進口一部分。在CNG中加氫的做法讓香山科學會議的與會專家們對氫能高速公路的前景更加有底氣。
據介紹，氫氣的熱值只是天然氣的1/3，但是混合之后，提高了燃料空燃比，允許多加空氣。經過國內外實驗測定，在CNG中摻入一定體積的氫氣，動力性能不減，最大的好處是降低50%氮氧化物排放。
目前，我國車用天然氣價格為3.6元/方~4.7元/方，而副產氫氣可以低至每方1元多。因此HCNG車每次加氣能跑的距離雖然略少于CNG車，但其差距可以通過更低的價格彌補。而且，將CNG車改造為HCNG車幾乎不要改動硬件，升級軟件即可，成本很低。
HCNG比CNG更便宜、清潔、安全。毛宗強說，對國家來說一方面用上了本來沒用的副產氫氣，另一方面節省了天然氣，一舉兩得。
據記者了解，這條氫能高速公路的建議得到了業內公司的廣泛支持。
目前，山西省河津市已建成了世界上最大規模的氫氣、天然氣加氣站，每天能生產20萬立方米混合氣體，不久即將投入使用。
為何是氫能?
全球二氧化碳減排的巨大壓力給了氫能一次絕好的發展機遇。
目前，氫重要來源于碳氫化合物的重整。傳統內燃機汽車出現的二氧化碳幾乎無法收集，而通過碳氫化合物的重整制氫過程出現的二氧化碳可以規模化捕獲，可掩埋封存或作為工業原料加以利用。在氫能經濟的長期規劃中，水分解制氫是未來制氫技術的重要方向。
可再生能源具有時間和空間的不穩定性，因此要大力發展儲能技術。氫是一種最好的儲能介質，通過電解水可以將太陽能、風能等不穩定的可再生能源轉換成穩定的能源加以儲存。我國有全世界最大的風電裝機容量，但大部分無法有效并網。將這部分能源轉化為氫能儲存利用，是一種有效的儲能手段。
全世界氫能96%來源于化石能源，4%來源于水電解，但是這部分重要是來自水電站，并不來源于太陽能、風能等新能源。專家希望今后把這部分提高到30%~40%。
氫能應用技術方面，目前重要的氫能轉化方式為氫燃料動力鋰電池和氫內燃機。氫能利用技術特別是氫燃料動力鋰電池技術穩定、高效、無污染，在移動交通、電力儲存以及分布式供能等方面均表現出巨大優勢,同時解決能源持續供應與環境保護兩大問題。
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