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衣宝廉院士回应本田停产氢能车
2021-07-26 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:科技处
    
 7月,日本汽车厂商本田宣布自20218月开始,终止以氢气为燃料的氢燃料电池车(FCV)的生产。今年年初,日产也宣布暂停与戴姆勒及福特合作开发FCV计划,将力量集中于发展电动汽车。

此前,日本是FCV的重要拥趸,是目前拥有加氢站最多的国家。日产、本田相继宣告退出,是否预示着新能源汽车的氢能路线行不通了?

对此,中国工程院院士衣宝廉对《中国科学报》明确回应:“本田宣布停产FCV,不过是FCV发展过程中的插曲,不会影响坚定发展FCV的初心与信念。”

“我国氢能会获得快速发展。”衣宝廉对中国FCV产业的未来充满信心。但他也强调,降低成本是当前必须攻克的难点。

FCV具有更高安全性

“汽车在转型,电动化、智能化、网联化时代,什么事都有可能发生,正像一直有人报道锂离子电动车燃烧爆炸一样。”对于日本FCV出现的“插曲”,衣宝廉回应道。

“氢能利用的突破口是FCV。但现在FCV没有政府补贴,企业是赔钱的。”衣宝廉说,“中国因为有地方政府或特殊企业买单,FCV还有市场,所以丰田、现代、巴拉德等纷纷进入中国。”

衣宝廉介绍,本田FCV技术几经变动,并没有大量进入市场,还需技术创新和降低成本。因此本田FCV在停产的同时,还在联手美国通用继续发展FCV技术。

实际上,FCV与传统内燃机汽车很相似,只不过FCV的动力燃料主要是氢能。

FCV的氢瓶相当于传统汽车的油箱,燃料电池发动机相当于内燃机,但传统汽车的尾气排放是污染物,氢燃料电池车的尾排是水。”衣宝廉认为,与其他电动车(混合动力车、纯电动汽车)相比,FCV具有续驶里程长、动力性能高、燃料加注时间短、安全性好等优点。

他解释说,由于燃料电池的比能量高,可达0.5~1.0KWH/Kg,因此特别适合重载卡车或大客车;同时,FCV续驶里程、加氢时间、驾驶舒适性均可与燃油车媲美。此外,由于FCV的电堆与氢罐分开,不会产生爆炸,因而提高了发动机的安全性。

衣宝廉提到,人们已经习惯于以汽油作燃料,对氢气这种燃料还缺乏了解。事实上,氢的物理特性让其更能保障应用安全。

“在开放空间,氢气的扩散系数是汽油的12倍。利用氢易于检测、扩散速度快等特点,在可能有氢泄漏的地方加装氢传感器,一旦氢浓度高于千分之五,联动风机自动启动,可确保氢安全。”他说。

退一步讲,即便发生爆炸事故,氢的危险程度也更小。衣宝廉解释说:“发生爆炸时,由于密度远低于空气,氢气燃料会迅速上升扩散,爆炸将发生在气源上方;对比而言,汽油发生爆炸是在燃料的泄漏处,危险程度远大于氢气。数据显示,汽油的爆炸能量是相同体积氢气的22倍。”

降低成本是攻克难点

FCV优点显著,但成本等制约其发展的因素也摆在桌面上:目前不仅燃料电池发动机贵,加氢站的建设成本、制氢加氢成本等都居高不下。

此前,在2021全球智慧出行大会暨第二届中国(南京)国际新能源和智能网联汽车展览会上,衣宝廉列出一组数字:由于燃料电池发动机贵,导致一辆车售价是燃油车的2~3倍,是锂离子电池车的1.5~2倍;一座加氢站的建设费用达1200~1500万元;高成本的加氢站导致加氢费用居高不下,当前每公斤60~80元。

“只有加氢费用降到每公斤30元以下,FCV才能与燃油车竞争。”衣宝廉说,要实现无补贴的FCV商业化,必须大幅度降低燃料电池发动机和氢气成本,同时降低加氢站建设费用,“这些是必须要攻克的难点”。

要想降低FCV成本,就要从燃料电池上做文章。而燃料电池的基本单元——单电池由膜电极组件(MEA,由电解质膜、电催化剂、扩散层等组成)和双极板组成。因此,降低成本的技术创新还要从膜电极组件入手。

衣宝廉介绍,大连化物所相关研究团队已经通过改进电催化剂、质子交换膜,提高MEA性能、探索MEA批量生产技术等科技攻关,取得了一定进展。比如,他们制取的“超小铂铜合金催化剂”,质量比活性是传统铂碳催化剂的3.8倍;通过优化MEA催化层、气体扩散层的配方和工艺,提高了MEA性能、降低了铂用量等。基于这些研究成果,他们开发了不同功率和规格的系列化燃料电池电堆,并在一些新能源车型中试用。

“实现燃料电池关键材料和部件国产化、批量生产,同时提高电堆的比功率,就可以大幅度降低燃料电池发动机的成本,进而降低FCV成本。”衣宝廉说,此外,还要依据工况和电堆适宜运行条件制定控制策略,确保电池系统可靠性与耐久性。

关键在于“绿氢”     

FCV降成本靠电池,那加氢降成本靠什么?衣宝廉给出的“锦囊”是,优化制氢来源和储运方式。      

制氢方案有3种:工业副产制氢、化石燃料制氢和可再生能源制氢(绿氢)。“关键在于‘绿氢’。”衣宝廉表示,“有了绿氢,燃料电池就是氢转化为电的最适宜技术,会获得快速进展,特别是氢燃料卡车与商用车,用高比能量的燃料电池优于锂离子电池。商用车进展反过来还会促进燃料电池的进步和乘用车商业化。”

衣宝廉说,我国仅四川、云南两地每年弃水电量就超过400亿千瓦时,三北地区弃风电量近500亿千瓦时,西北五省区平均弃光率20%。若将弃风、弃水、弃光电量用于电解制氢,年产可达300万吨。

因此,他建议应利用丰富的可再生能源,大力发展目前较为成熟的质子交换膜(PEM)电解水制氢,然后采用管网输送氢气——借道天然气管网,在需要氢气的地方,当氢浓度高时(如大于5%),可采用膜分离器从天然气和氢混合物中提取纯氢;当氢浓度低时,可抽取等热值天然气进行重整制氢。如此,加氢成本可降至每公斤30元以下,“就可以和燃油车竞争了”。

据了解,大连化物所开展PEM电解水技术研发20多年,已趋成熟。2020年,他们承担了国网安徽省电力有限公司兆瓦级氢能综合利用站科技示范项目,采用的就是PEM电解水制氢。

此外,衣宝廉还给降低加氢站建设成本提供了一个“锦囊”:“实现氢气压缩机、高压储氢瓶等国产化和批量生产,建油、氢、电合建站,从而大幅度降低加氢站建设费用。”

“基于上述‘锦囊’,我们可以先商业化对加氢站依赖度低的商用车,待加氢站达到一定密度后,再示范、商业化DCV乘用车。”衣宝廉最后表示。

编者按:马斯克的特斯拉系列提质降价把新能源电动车推向高潮,传统燃油车感受到了前所未有的市场危机!一些世界顶尖燃油车企纷纷加快电动车市场的争夺。相比市场需求和性价比而言,氢燃料汽车的利润空间不如电动车,但是,对于大型公交、远程重卡,未来仍然氢燃料为主导,这个趋势不会改变。随着绿氢技术的快速发展和成本的持续降低,氢能车未来一片光明。


信息来源:https://www.china5e.com/news/news-1118450-1.html
 
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