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电池回收难题待解 氢燃料电池车环保性能有多高?

时间:2017/10/23 9:13:02 点击:272

著名媒体人汪云青老师转发了一条朋友圈,《中国科大在电解水产氢催化剂研制中取得重大进展》。据文章介绍,科大研究出来的二硫化钼-黑磷杂化的纳米片催化剂,能够大幅降低制氢技术的成本。把这两件事放在一起来研究一下,就很有意思了。

我们都知道,氢气作为氢动力汽车FCV的主要动力来源,其制造和储存的成本一直居高不下,根本原因在于需要重建整个能源供应系统。所以,FCV的商业化始终是一个似幻似真的梦想,离我们现在以化石能源为基础的传统燃油车的成熟模式还很遥远。

简单做个对比就知道,就算已经将FCV成功商业化了的丰田,据了解,其FCV Mirai的2015年的产量为700辆,2016年2000辆,2017年这个数字将是3000辆。到了2020年,就算按所说的10倍速也只有3万辆。

而根据外媒报道,到了2025年中国电动车的销量将达到700万辆,而2020年就会达到200万辆。如此形势之下,氢动力汽车的前景似乎并不明朗。而且,相对于2016年狭义乘用车销售就达到2325.13万辆的总量来说,氢能源汽车的数字太微不足道了。要谈颠覆传统燃油车和电动车,还远得很。

根基——燃料电池

而且,我们且慢为文章开头的制氢技术所需催化剂的突破而欢欣鼓舞,因为单点突破并没有太大作用,毕竟离燃料电池驱动的氢动力汽车商业化还很遥远。再说,记者一贯怀疑中国这种科研成果商业转化率不到10%的可行性。

就算这种催化剂能够商用,按文中所讲接近铂炭催化剂的价格,那也在60元/克左右(目前含Pt20%的铂炭催化剂的市场价格)。即便按照每辆轿车的燃料电池降低到用50g催化剂来算,也得3000元,还是太高了。要知道,燃料电池中催化剂只占到总成本的10%以下,PEM才是成本的大头。

从燃料电池的核心材料PEM交换膜来说,国内迄今为止最常用的质子交换膜(PEMFC)仍然用的是美国杜邦公司的Nafion质子交换膜,虽然Nafion质子交换膜的价格比几年前降了很多,但是仍然在600美元/平方米左右,换算过来,相当于120美元/千瓦。在燃料电池系统中,膜的成本占到总成本的20~30%左右。按照每辆车最低要求的30千瓦算,总成本就达到了12000美元左右。这还是燃料电池的成本。

按照行业现状,整套燃料电池电堆的价格,在20~30万元左右。而辅助部分的无油压缩机,因为全靠进口(还有一定的技术封锁),贵的更在40~50万元,整辆氢动力汽车光成本就已经超过传统燃油车的好几倍。

所以,2014年4月开售第一批量产氢动力汽车的韩国现代ix35,其售价高达1.5亿韩元,约合人民币85.5万元。而在国内,大部分材料和零部件都需要进口的中国燃料电池车,成本更是难以在近期商业化。根据上海燃料电池汽车动力系统有限公司技术总监王晓华估计,真正能实现规模商业化的时间,大概在2025年左右。

而在商业化方面,2014年6月12日,特斯拉宣布对外开放所有专利,总数约200件,其核心是电控技术,这激起了市场的强烈反应。说不上是不是特斯拉的触发,随后电动汽车的发展热潮有目共睹。而与之结果迥异的是,2015年1月的CES上,丰田宣布开放约5680件燃料电池相关专利,但直到目前,市场并没有激起多大的浪花。

虽然FCV Mirai总设计师田中义和认为此举是鉴于丰田于2015年发布的“环境挑战2050战略”,并且是为了让更多的人参与到FCV的研究和运用中来,共同推动环境保护,“目标是在2020年前至少比2010年在新车使用环节减少90%的二氧化碳排放。”但是,以氢为动力的燃料电池汽车还是道阻且长。

况且,最早实现商业化并公开专利的丰田,让美国方面并不感冒。特斯拉的马斯克就质疑过,并说,做燃料电池简直是浪费时间,燃料电池的投资非常愚蠢。马斯克估算,“燃料电池不到普通太阳能发电效率的1/4,氢是一种可怕的能量存储机制。”在美国,围绕加州开始实行的ZEV法案(零尾气排放Zero Emission Vehicle)的这场电动还是氢动的争夺,鹿死谁手目前还未可知,但目前至少是电动车处于绝对优势。

原因非你所知

那为什么日本非常积极地研发氢燃料电池技术呢?实际上,不管任何尖端技术,民用和军用都是相辅相成的。可能许多人感觉燃料电池和军事方面风马牛不相及,实际上它正是军用潜艇的AIP(空气隔绝推进系统)解决方案之一,能够让潜艇长时间在水下航行不用换气。而且,新能源车-锂电池的概念也和潜艇有关系,因为各国的潜艇都正在用锂电池替代铅酸电池。

德国开发了固体氢气储备技术,很早就将其运用于212型AIP潜艇上,安装了氢燃料电池系统。综合各种因素,各国都把燃料电池视为比较理想的潜艇的AIP系统。这也是日本在采用过斯特林发动机方案之后,又考虑为潜艇使用燃料电池的根本原因。另外这也是由于,一直以来日本感觉无法突破斯特林发动机技术的瓶颈。

目前日本丰田公司在燃料电池汽车技术方面已经居于全球领先地位,这些都为日本研制燃料电池AIP技术打下了坚实的基础。根据相关资料,日本新型潜艇采用新型燃料电池续航力将提高2倍。

所以,在丰田Mirai或者本田Clarity的燃料电池技术基础上,将这个技术转移到军用领域,也会避免因为技术难度太大,等成装备研制时间较长、拖延进度的情况。这也是日本着力推动氢动力汽车的背后因素所在。况且,重建一套能源供应系统也不是丰田或者本田一家公司就能完成的,前面所讲开放专利的“套路”,让更多的人来参与,也是必然的选择。

不过,就在2月份,丰田对全球范围内的2800辆Mirai悉数召回,由于输出电压方面存在问题,在某些特别的驾驶条件下,例如车辆使用巡航控制爬长坡,加速踏板被踩到节气门全开位置时,电池输出电压可能会超过警戒值。目前看来,氢动力汽车离安全放心地使用,还有很多技术问题需要解决。

谁领先一步?

氢动力汽车无疑是未来新能源汽车的两大发展方向之一,其最大的对手就是电动汽车。结局会像直流电和交流电一样,最终只会有一种形式的汽车得到普及,也就是所谓的加油站最终是被加氢站还是被充电站替代。相对而言,还是充电站的进度快很多。

对于电动车来说,虽然也遇到了技术瓶颈,比如在锂电池的储能密度方面除非有新的技术突破;此外,还有个很大的问题就是充电时间慢,以及电池对环境的污染。不过总的来看,储能密度和充电时间慢可以用技术进步解决,氢燃料电池成本高也可以用技术进步解决,就看谁的市场化脚步快,谁先跑到前头了。

反观中国,在30多年汽车行业市场没有换来技术后,弯道超车选择了电动汽车,这也是基于中国基础设施方面的现实选择,给予氢动力汽车的空间并不大。虽然照汪云青老师所说,电动车像挖了个大坑会让整个行业深陷其中,至少目前来看,燃料电池的技术开发方面并不如电动汽车般受投资方的青睐。

技术方面且不论,毫无例外地,近期由于政策的影响,在电动车的躁动之后,又一波“春江水暖鸭先知”的企业开始有所动作了。这次,发端的是客车,国内氢动力客车的热潮似乎又开始了。文章开头所讲的两件事,正好是这波热潮的一个小小缩影而已。

有大手笔的,比如大洋电机6月27日就宣布,其子公司武汉大洋电机将在湖北省孝昌县投资13.4亿元,建设年产1.7万套商用车氢燃料电池系统建设项目。该项目建设期为24个月,项目建设完成投产后,预计可实现年产值超过80亿元。

但这件事不是孤立的,根据最新的国家新能源补贴政策,燃料电池汽车国家补贴中,对于大中型客车、中重型货车给予50万元的补贴。值得一提的是,乘用车的国家补贴只有20万元。此外,各地的地方政府也在陆续出台补贴政策。看起来,政策导向将加速“重客车轻乘用车”的氢动力客车的研发。

然而,氢动力客车似乎又在延续电动车补贴的“套路”。比如,上汽大通的FCV80,除了国家补贴,上海市政府也会有60万元/辆的地方补贴。而据知情人士透露,如果按照FCV80本身的轻客属性来算,其补贴应该为30+40万元,也就是70万元,这样从成本上来说是亏的。而现在按照公布的110万元补贴,FCV80成本上基本可以打平。

此外,今年6月16日,五洲龙“F1未来”(Future)系列8.5米氢燃料电池公路客车正式发布。而除了五洲龙之外,宇通客车、中通客车、厦门金旅、苏州金龙(海格)、申龙客车、福田欧辉、中植汽车、佛山飞驰等客车品牌,也都不甘其后地致力于氢燃料电池客车的研发和推进。

不可否认的是,这又是一波“政策市”,也许不用多久就会退潮。但是,我们仍旧在新能源这条路上奔驰着,也许不久的某天,能研究出一种很有效的办法来解决氢能源效率的问题呢?到那个时候,真正是电动车和燃料电池车决一胜负的时候了。

作者:271933741 录入:271933741 来源:原创
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