氢燃料电池技术受车企关注 真的能改变未来出行?

(原标题:氢燃料电池技术受车企关注 出行能否变得“氢”而易举?)

近些年,随着低碳减排成为衡量车企发展水平的重要指标,同新能源相关的各项技术,受关注程度也变得越来越高。除纯电动混合动力、插电式混合动力和增程式等技术外,氢能汽车也由之前日韩车企的“一枝独秀”,到被更多车企所提及和重视。在国内,吉利、长城汽车都曾经发布过相关技术,另一些大型车企也在长期规划中为氢能源汽车留有一席之地。氢能源汽车究竟离我们有多远,这项被称为“新能源汽车终极发展方案”的技术,真的能改变未来的出行生活么?

■ 褒贬不一的氢燃料电池技术

许多不了解氢能源技术的人,会错误地认为氢能源汽车是靠内燃机驱动车型,只是燃料由汽油或柴油换成了氢气。实际上,氢能源汽车的准确名称应该叫做氢燃料电池汽车。它的工作原理是氢气在阳极通过扩散层,在催化剂作用下生成氢离子,氢离子通过质子交换膜到达阴极,并在催化剂作用下与氧气生成水。这个反应过程中产生的电流将被输送至外电路,靠电能驱动汽车。

也就是说,氢燃料电池车本质上是电动车,加注氢气的目的是为了制取电能,这与增程式电动车属于同一种驱动思路。

此外,氢燃料电池车并不是新鲜事物。上世纪70年代石油危机时,汽车业界就曾经掀起过一次氢燃料电池技术研究热潮。在支持者眼中,氢燃料电池具有能量密度高(为锂电池的100倍以上)、低温性能好、续航里程长、加氢速度快等优点。

特别是氢燃料电池汽车的最终生成物是清洁无污染的水,因此很多人都将这项技术比作新能源汽车的“终极发展方案”。

不过由于氢燃料电池与纯电动技术相比,增加了一次能量转换,造成了不必要的能量损耗,因此这项技术反对者同样不少,且其中不乏汽车业界的重磅人物。特斯拉CEO埃隆·马斯克就曾明确表示“氢燃料电池没有未来”,大众集团CEO赫伯特·迪斯同样对氢燃料电池技术的应用前景不看好,他认为在未来十年时间内,氢燃料电池技术都不太可能被应用在乘用车上。

■“一枝独秀”的日韩氢能源乘用车

迪斯并不看好的氢能源乘用车,是一个怎样的发展现状呢?

实际上,目前也确实只有日本韩国少数车企聚焦于量产氢燃料电池乘用车。其中比较有代表性的如丰田Mirai、本田Clarity、现代NEXO等。

即使这仅有的几款车型,也没有交出令人满意的市场成绩单。以丰田氢燃料电池乘用车Mirai为例,该车于2014年正式推出,并于2020年推出第二代车型。但6年时间里累计销量仅为1.1万辆,与丰田每年在全球市场超千万辆的销售总量相比,仅约占0.1%左右。

日韩车企之所以“逆势”布局氢燃料电池乘用车,与各自国家能源结构有着紧密关系。同样以日本为例,由于一次能源极度匮乏,工业生产和日常生活的能源大量依赖进口。尤其是2011年福岛核事故之后,日本将占电力结构30%的核电全部停运,更加剧了日本能源问题

2014年,日本制定了氢气生产、储存、运输和应用的战略路线图,其中交通领域的氢能替代任务十分艰巨。按照规定目标,2025年日本将有20万辆氢燃料电池车上路行驶,2030年这一数字将扩大至80万辆,同时加氢站数量将达到900个——而截至2020年底,全球加氢站总数也仅为544座。

除政策层面外,以丰田、本田为代表的日本车企已经积累了大量氢燃料电池技术和专利,丰田甚至规划建立一座占地175英亩的“未来城市”,该城市将主要由氢燃料电池供电。如果全球汽车圈其他玩家都不在这条赛道上共同下注,那么丰田、本田包括现代所拥有的技术和专利再多,也无法转化成实际的商业效益,这也成为上述车企持续推广氢燃料电池技术的动力之一。

■ 氢能源目前更适合商用车领域

同日本和韩国相比,我国目前氢燃料电池技术的发展仍旧集中在商用车领域。

中汽协相关数据显示,2020年我国氢燃料电池汽车产销量分别为1204辆和1182辆,全部为商用车。截至2020年底,我国累计推广氢燃料电池汽车共约7200辆,其中绝大部分为物流车和客车。

那么,被国内各主要车企多次提及的氢燃料电池乘用车,离我们究竟还有多远呢?

答案恐怕并不乐观。首先,与纯电动车核心部件为电机、电控、电池不同的是,氢燃料电池的核心部件为膜电极和空压机,国内企业目前在这些核心部件方面并不具备优势,不存在电动车那种短期内弯道超车的可能性。

此外,催化剂在氢燃料电池内部起着举足轻重的作用。目前氢燃料电池电堆用的催化剂仍是铂,这是一种十分稀少的贵金属,全球目前探明储量仅为十余万吨。同时,我国企业对铂催化剂的使用效率也低于海外竞争对手。有资料显示,丰田对于铂的单位用量可达到0.2g/kW,而国内企业的铂单位用量则为0.4g/kW。

由此可见,即使国内主流车企看好氢燃料电池的发展,但商用车仍将是未来相当长一段时间内该技术的主要应用场景。除技术瓶颈外,占我国汽车保有量12%的商用车目前制造了道路交通56%的碳排放,氢能可以作为柴油的有效替代方案。此外还要考虑建设加氢站的成本问题。一座加氢站的建设成本接近1200万元,而一个加油站的建设成本约为200万元。由于商用车运营模式和路线较为固定,只需在沿线建立相对少的加氢站即可满足使用量要求,并将成本降至合理水平。

■ 氢能源乘用车还要等多久

氢燃料电池乘用车我们还要等多久?要解答这个问题,有必要了解一下灰氢蓝氢绿氢的概念。

灰氢指的是通过化石燃料燃烧产生的氢气,这种制氢技术最为简单且成本低,但生产过程中会产生大量的二氧化碳排放。蓝氢是指将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制氢,与灰氢相比,蓝氢产生的温室气体排放相对较少。绿氢则是通过可再生能源制造氢气,如最常见的电解水制氢,在生产绿氢的过程中将不会产生碳排放。

由于我国已经制定了明确的碳达峰和碳中和时间表,为了助力实现目标,上述三种制氢方法中,绿氢显然成为最合理的选择。

从我国目前能源结构和分布状况来看,未来将有望建成一个由光伏发电-特高压输电-储能设备-新能源汽车的全新能源大闭环。在这个闭环中,从我国西北地区通过光伏发电产生的大量电能,将通过特高压输电技术被送往东南部经济活跃地区。这些电能达到东南部地区后,一部分通过储能电池的形式储存起来,由于氢气的储能时间和储能密度远远高于电池,因此将有相当一部分电能会以电解水制氢的形式,也就是绿氢被储存下来。

此时,被车企心心念念的新能源乘用车作为能源闭环的最后一个关键节点,将终于有了用武之地。同时,在相关技术越发成熟和加氢站建设成本降低的双重加持下,氢燃料电池乘用车才会显现大规模普及的机会,成为未来出行的主角。