咱家的汽車也能“氫”起來
在北京市延慶區(qū)，很多市民都乘坐過一種綠色車身、涂裝著白色祥云圖案的公交車。但或許少有人了解，這些公交車可來頭不小——它們曾是北京冬奧會的服務(wù)保障用車，并且，這些車不燒汽油，也不是常見的純電動汽車，而是氫燃料電池客車，更加低碳、環(huán)保。
(資料圖片僅供參考)
氫能是一種公認(rèn)的清潔能源，具有重量輕、儲量豐富、燃燒性能好等特點(diǎn)，可應(yīng)用在眾多領(lǐng)域。交通，正是其最重要的應(yīng)用場景之一。
近年來，國內(nèi)氫能源車產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》指出，要“有序推進(jìn)氫能在交通領(lǐng)域的示范應(yīng)用”，并提出到2025年，“燃料電池車輛保有量約5萬輛，部署建設(shè)一批加氫站”的發(fā)展目標(biāo)。
相信在不久的將來，目前還很小眾的氫能源車就會走進(jìn)千家萬戶，為人們的交通出行再添一種綠色選擇。
獨(dú)具優(yōu)勢 發(fā)展前景廣闊
隨著技術(shù)的發(fā)展和低碳理念的普及，新能源車已成為市場寵兒。截至2022年底，中國新能源汽車保有量已達(dá)1310萬輛。但其中，絕大部分是純電動汽車，而氫能源車保有量剛剛突破1萬輛。
如果說，新能源汽車正成為百姓日漸熟悉的伙伴，氫能源車則算得上是其中的“生面孔”。但近年來，這副“生面孔”的發(fā)展前景卻被廣泛看好。
2022年，在北京冬奧會期間，氫燃料電池汽車為服務(wù)賽事開展示范運(yùn)營，成為國內(nèi)氫能源車發(fā)展的一個高光時刻。如今，在北京、上海、廣州等地，氫能源車都在加速推廣落地。
由工業(yè)和信息化部指導(dǎo)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》提到，預(yù)計到2035年，燃料電池汽車保有量達(dá)到100萬輛左右，商用車將實現(xiàn)氫動力轉(zhuǎn)型。
為何氫能源車如此受到青睞？相較于其他新能源汽車，氫能源車又有哪些獨(dú)特優(yōu)勢？
“氫能源車的技術(shù)核心之一在于氫燃料電池?！睋?jù)國家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院氫能(氨能)技術(shù)研究中心副主任何廣利講解，氫能源車的工作原理，是將氫氣通入車內(nèi)的燃料電池，然后氫氣和氧氣在燃料電池里發(fā)生反應(yīng)，同時發(fā)出電，再用電來驅(qū)動車前進(jìn)。
“在我們常見的純電動汽車中，電是直接儲存在車載電池中的，電池是一個儲能機(jī)構(gòu)。而氫燃料電池是一個能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)。從這點(diǎn)上看，它可以和燃油車的工作方式做一個類比：在燃油車上，我們將汽油加入油箱，供給發(fā)動機(jī)燃燒；在氫能源車上，我們需要加入氫氣，供給燃料電池使用?！焙螐V利說。
所以，與純電動汽車相比，氫燃料電池汽車增加了車載儲氫系統(tǒng)和具有發(fā)電能力的燃料電池系統(tǒng)。這讓其獲得了自己的獨(dú)特優(yōu)勢。
首先是相較于純電動汽車，氫燃料電池汽車的續(xù)航里程大幅增加。何廣利指出，純電動汽車要提高續(xù)航里程，目前采取的方式一般是多增加鋰電池，或者通過更新技術(shù)，不斷提高電池高能量密度。但對于車輛生產(chǎn)來說，二者都需要較高的成本。但氫燃料電池汽車增加續(xù)航里程，只需增大儲氫罐即可。另外，純電動汽車充電時長比較久，一般要幾個小時才能充滿電。但氫燃料電池汽車加氫補(bǔ)給的時間很短，與燃油車加汽油的時間幾乎相同。
在高海拔、高溫、高寒等多種環(huán)境下，氫燃料電池的性能也更加穩(wěn)定。以目前已在北京市延慶區(qū)投入使用的氫燃料電池公交車為例，其裝載的氫燃料電池系統(tǒng)，在零下30℃的環(huán)境下能夠無輔熱快速啟動，續(xù)航里程可達(dá)300公里。北京公交集團(tuán)第八客運(yùn)分公司駕駛員郭宏宇，在談及駕駛氫燃料電池公交車的感受時說：“氫能源車不僅更加安全環(huán)保、沒有污染，同時噪音更小、續(xù)航更久，運(yùn)行期間很平穩(wěn)，駕駛起來特別舒適。”
從低碳、環(huán)保的角度看，氫能源車也有更優(yōu)異的表現(xiàn)，有人甚至將氫能源車稱為“移動的空氣凈化器”。據(jù)何廣利解釋，這是因為燃料電池非常敏感，為了保證進(jìn)入燃料電池的空氣是干凈的，氫能源車需要設(shè)置物理吸附、化學(xué)吸附等多道過濾裝置。所以，氫能源車的前置空氣處理裝置，不僅能夠吸附顆粒物，還會過濾掉空氣中的有害氣體。當(dāng)過濾后的空氣進(jìn)入電池與氫氣發(fā)生反應(yīng)后，再排放出去的物質(zhì)，只有水和更清新的空氣。
基礎(chǔ)設(shè)施 建設(shè)步伐提速
既然氫能源車有如此多優(yōu)點(diǎn)，該如何進(jìn)一步促進(jìn)其推廣落地？采訪中，多位業(yè)內(nèi)人士表示，加強(qiáng)氫能儲運(yùn)能力以及完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是氫燃料電池汽車推廣普及的關(guān)鍵所在。
在氫氣制備方面，中國已具有一定優(yōu)勢?！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》指出，中國是世界上最大的制氫國，年制氫產(chǎn)量約3300萬噸，其中，達(dá)到工業(yè)氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的約1200萬噸?？稍偕茉囱b機(jī)量全球第一，在清潔低碳的氫能供給上具有巨大潛力。
不過，當(dāng)前利用可再生能源如太陽能、風(fēng)能等制備出的綠氫，主要來自西部地區(qū)；但對氫能需求旺盛的則是東部地區(qū)。要解決供需錯配問題，必須加強(qiáng)對氫氣的運(yùn)輸能力。
在氫氣儲運(yùn)方面，中國現(xiàn)階段主要以高壓氣態(tài)長管拖車運(yùn)輸為主，管道運(yùn)輸仍為短板弱項。這導(dǎo)致長距離氫氣運(yùn)輸一直成本較高、效率較低，也是造成終端用氫成本高的主要原因之一，制約了產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
好在，這一問題將逐步得到解決。前不久，“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實施方案》，中國首個純氫長輸管道項目啟動。
該管道起于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市，終點(diǎn)位于北京市的燕山石化，全長400多公里，是中國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的純氫輸送管道。管道建成后，將用于替代京津冀地區(qū)現(xiàn)有的化石能源制氫及交通用氫。
據(jù)中國石化董事長馬永生介紹，“西氫東送”管道一期運(yùn)力10萬噸/年，預(yù)留50萬噸/年的遠(yuǎn)期提升潛力。同時，將在沿線多地預(yù)留端口，便于接入潛在氫源。未來，中國石化可依托“西氫東送”管道建設(shè)支線及加氫母站，助力京津冀氫能走廊的高效構(gòu)建。
目前，“西氫東送”輸氫管道示范工程已經(jīng)在路由選址、技術(shù)研究、工程建設(shè)方案等方面取得積極進(jìn)展，基本完成可行性研究報告的編制，正加快推進(jìn)項目各項工作。
完善加氫站的布局，也是發(fā)展氫能源車產(chǎn)業(yè)不可或缺的前提條件。
去年9月，在國家發(fā)展改革委關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)布會上，國家能源局相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，中國已累計建成加氫站超過270座，約占全球總數(shù)的40%，位居世界第一。
如位于北京市大興國際氫能示范區(qū)的海珀爾加氫站，建成于2021年，占地面積達(dá)6000多平方米，是全球規(guī)模最大的加氫站。這里共16把加氫槍，日加氫量可達(dá)4.8噸。據(jù)海珀爾加氫站相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，該加氫站在高峰時一天可服務(wù)500多臺車輛。
同樣位于北京市大興區(qū)的青云店加油站，則在2022年增設(shè)了加氫設(shè)備設(shè)施，改建為油氫一體站。據(jù)介紹，今年大興區(qū)規(guī)劃再新建2座油氫一體站，同步加快推進(jìn)2座純氫站建設(shè)。計劃到2025年底前，建成不少于10座加氫站，全面保障燃料電池汽車加氫需求。
國家發(fā)展改革委相關(guān)負(fù)責(zé)人指出，目前國內(nèi)的加氫站主要以35MPa氣態(tài)加氫站為主，70MPa高壓氣態(tài)加氫站占比小，液氫加氫站、制氫加氫一體站建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗不足。此外，國內(nèi)現(xiàn)有加氫站的日加注能力主要分布于500—1000公斤的區(qū)間，大于1000公斤的規(guī)?；託湔救源M(jìn)一步建設(shè)布局。未來，加氫網(wǎng)絡(luò)將以需求導(dǎo)向為原則，在保障安全的前提下，節(jié)約集約利用土地資源，支持依法依規(guī)利用現(xiàn)有加油加氣站的場地設(shè)施改擴(kuò)建加油站，探索站內(nèi)制氫、儲氫和加氫站一體化的加氫站等新模式。
根據(jù)《北京市氫燃料電池汽車車用加氫站發(fā)展規(guī)劃(2021—2025年)》，北京市將在2023年前，力爭推廣氫燃料電池汽車3000輛；2025年前，力爭實現(xiàn)氫燃料電池汽車?yán)塾嬐茝V量突破1萬輛。與此同時，將在2023年前，力爭建成并投運(yùn)37座加氫站，加氫總能力達(dá)到74噸/日，滿足47噸/日車用氫能需求。2025年前，力爭建成并投運(yùn)加氫站74座，加氫總能力達(dá)到148噸/日，滿足126噸/日車用氫能需求。
近年來，上海市也已陸續(xù)建成10余座加氫站?！渡虾Ｊ袣淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2022-2035年)》提出，到2025年，建設(shè)各類加氫站70座左右，燃料電池汽車保有量突破1萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破1000億元，在交通領(lǐng)域帶動二氧化碳減排5萬—10萬噸/年。
企業(yè)創(chuàng)新 瞄準(zhǔn)市場發(fā)力
隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善，越來越多創(chuàng)新型企業(yè)瞄準(zhǔn)了氫燃料電池汽車相關(guān)市場。
入駐在大興國際氫能示范區(qū)的北京穩(wěn)力科技有限公司，致力于燃料電池系統(tǒng)及其零部件的研發(fā)和生產(chǎn)。
“在燃料電池系統(tǒng)很多相關(guān)零部件產(chǎn)品的研發(fā)上，目前不少國產(chǎn)產(chǎn)品已達(dá)到國際領(lǐng)先水平?！北本┓€(wěn)力科技有限公司副總經(jīng)理左琳琳告訴記者，該公司通過對氣浮軸承技術(shù)的研發(fā)，開發(fā)出的新型燃料電池用空壓機(jī)，實現(xiàn)了每分鐘12萬轉(zhuǎn)的超高轉(zhuǎn)速。這使得燃料電池系統(tǒng)的體積大幅減小，更適合車載使用。
“燃料電池系統(tǒng)零部件產(chǎn)品的研發(fā)，涉及電磁學(xué)、流體力學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科知識，產(chǎn)品研發(fā)過程比較復(fù)雜，技術(shù)創(chuàng)新含量也比較高。所以我們花了很多時間去不斷測試、驗證?！睋?jù)左琳琳介紹，燃料電池用空壓機(jī)從開始設(shè)計，到成功做出工程樣機(jī)，花費(fèi)了4年時間。然后又經(jīng)過1年多打磨，才正式成為可量產(chǎn)的產(chǎn)品上市。
目前，北京穩(wěn)力科技有限公司研發(fā)的多款燃料電池系統(tǒng)，功率覆蓋范圍為5kW~150kW，既可以適用于長續(xù)航、高功率的重型卡車，也可以用于低功率的叉車、環(huán)衛(wèi)車等場地車輛。左琳琳表示：“相信在不久的將來，氫能源車在乘用車和商用車領(lǐng)域，都會有更好的表現(xiàn)，占據(jù)一定比例的市場份額。”
電堆是氫燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在燃料電池系統(tǒng)中所占成本超過一半，而膜電極又是電堆中的核心部件，產(chǎn)業(yè)重要度堪比鋰電池的電芯。
近年來，上海捷氫科技股份有限公司在膜電極的自主研發(fā)與制造中，取得多項突破，實現(xiàn)了膜電極的國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化。該公司新一代膜電極產(chǎn)品同比峰值功率密度提升30%，鉑用量下降23%，壽命提升50%，達(dá)到國際先進(jìn)水平。同時，實現(xiàn)了膜電極成本的大幅下降。
“要促進(jìn)氫燃料電池推廣普及，降本是至關(guān)重要的一環(huán)?！痹诮輾淇萍伎偨?jīng)理盧兵兵看來，要實現(xiàn)降低成本，打破關(guān)鍵部件技術(shù)壟斷、實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控不可或缺。
“縱觀氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)在大部分技術(shù)和產(chǎn)品上頗具競爭力，但同時我們也需要認(rèn)識到，包括質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑等在內(nèi)的部分核心材料，與國外產(chǎn)品相比仍存在技術(shù)差距，這也要求我們必須未雨綢繆，更加注重基礎(chǔ)研發(fā)?！北R兵兵表示，希望未來在氫燃料電池領(lǐng)域，可以實現(xiàn)從核心材料、零部件，到生產(chǎn)工藝、裝備等在內(nèi)的全面國產(chǎn)化，避免“卡脖子”，推動中國氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)走在國際前列。
中國氫能源車產(chǎn)業(yè)及市場的長遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿Γ€吸引了不少外資企業(yè)。
在廣東省廣州市，韓國現(xiàn)代汽車集團(tuán)“HTWO廣州”項目正在建設(shè)中，并將于今年竣工投產(chǎn)。這是現(xiàn)代汽車集團(tuán)首個海外氫燃料電池系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售基地。
在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，豐田燃料電池研發(fā)與生產(chǎn)項目也已正式落地，即將在2023年年底建成、2024年投產(chǎn)。這是北京市氫能領(lǐng)域引入的最大外資項目，未來將導(dǎo)入豐田技術(shù)、合力研發(fā)國產(chǎn)化的燃料電池，實現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)大規(guī)模量產(chǎn)。該項目落地后，將進(jìn)一步加快氫燃料電池技術(shù)的商業(yè)化普及，同時帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈加速集聚。北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)相關(guān)負(fù)責(zé)人表示：“隨著豐田燃料電池項目落地，下一步將在燃料電池關(guān)鍵零部件方面吸引一批高精尖企業(yè)落地，增強(qiáng)上下游協(xié)同，不斷完善氫能產(chǎn)業(yè)鏈?！?/p>
有了政策的支持、技術(shù)的創(chuàng)新，再加上市場的期待，國內(nèi)氫能源車產(chǎn)業(yè)必將進(jìn)入提速發(fā)展的新階段。(人民日報海外版)
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