制氫不再是難題儲(chǔ)運(yùn)成燃料電池汽車(chē)發(fā)展掣肘

2017-11-21 14:36:55 來(lái)源:中國(guó)汽車(chē)報(bào)網(wǎng)　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

燃料電池汽車(chē)一直被很多專(zhuān)家認(rèn)為是新能源汽車(chē)的終級(jí)解決方案，原因在于，燃料電池汽車(chē)具有效率高、噪音低、無(wú)污染物排出等優(yōu)點(diǎn), 是真正意義上的高效、清潔汽車(chē)。但是，相比純電動(dòng)汽車(chē)，燃料電池汽車(chē)在我國(guó)的推廣

最近，一直較為沉寂的燃料電池汽車(chē)忽然“火”了起來(lái)，不僅政府部門(mén)強(qiáng)調(diào)要大力發(fā)展，不少車(chē)企也在這一領(lǐng)域加緊布局，圍繞其召開(kāi)的各種論壇更是接踵而至。不過(guò)，燃料電池汽車(chē)是否真迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇期?它會(huì)是清潔能源汽車(chē)發(fā)展的另一風(fēng)口嗎?與燃料電池汽車(chē)密切相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)、各個(gè)環(huán)節(jié)是否足以支撐其發(fā)展?對(duì)于上述這些問(wèn)題仍需探討。就此，本報(bào)將從儲(chǔ)能、燃料電池技術(shù)、加氫站建設(shè)、示范運(yùn)營(yíng)等方面進(jìn)行系列調(diào)查和報(bào)道。

在純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量上，我國(guó)排名世界第一，但被認(rèn)為是新能源汽車(chē)終極方向的燃料電池汽車(chē)推廣卻甚是緩慢。不得不承認(rèn)，現(xiàn)階段，燃料電池汽車(chē)的推廣應(yīng)用仍有不少阻礙因素，其中作為源頭的氫能便是其中之一。氫能的阻礙作用體現(xiàn)在哪里?中關(guān)村儲(chǔ)能協(xié)會(huì)顧問(wèn)貢力說(shuō)：“如今制氫不是難題，制約燃料電池汽車(chē)發(fā)展的是氫氣的儲(chǔ)存與運(yùn)輸。”同濟(jì)大學(xué)校長(zhǎng)助理、智能型新能源汽車(chē)協(xié)同創(chuàng)新中心主任余卓平日前也指出，能源戰(zhàn)略一旦明確，解決儲(chǔ)能與運(yùn)輸問(wèn)題，將來(lái)燃料電池技術(shù)會(huì)進(jìn)入非常快的發(fā)展期。

氫能供給不再是難題

“目前我國(guó)有充足的廉價(jià)氫燃料供給。”中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉近日指出，我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)氫的年產(chǎn)量可供幾百萬(wàn)輛氫燃料電池汽車(chē)使用。同時(shí)，我國(guó)可再生能源氫資源相當(dāng)豐富，通過(guò)電解水技術(shù)利用棄水、棄風(fēng)、棄光資源，每年約可以制備300萬(wàn)噸氫。

目前，氫氣的來(lái)源非常廣泛，歸結(jié)起來(lái)，主要有化工尾氣回收、天然氣制氫、煤制氫、甲醇制氫和電解水制氫等幾種方式。“燃料電池汽車(chē)興起之后，人們不斷探索多種制氫方式。”北京低碳清潔能源研究所氫能研發(fā)部經(jīng)理何廣利告訴記者。

不過(guò)，記者同時(shí)了解到，理論上，氫能儲(chǔ)備非常充足，但從幾種主要的制氫方式來(lái)看，技術(shù)仍不完善，氫能供給體系也不穩(wěn)定。何廣利告訴記者，分析幾種制氫方法，從工藝成熟度及成本來(lái)說(shuō)，各有其優(yōu)劣勢(shì)，但綜合來(lái)看，傳統(tǒng)的煤制氫仍是現(xiàn)階段主流方式。

舉例來(lái)說(shuō)，目前我國(guó)工業(yè)用氫氣制取技術(shù)相對(duì)成熟，但與之對(duì)應(yīng)的燃料電池用氫氣純化技術(shù)發(fā)展滯后。氣體設(shè)備網(wǎng)技術(shù)顧問(wèn)張強(qiáng)說(shuō)：“純度為60%～80%的氫氣習(xí)慣上稱(chēng)之為化工氫。但化工氫不能直接使用，一般都需要提純，提純成本與氣體廠(chǎng)采用的工藝有直接關(guān)系，最后的銷(xiāo)售價(jià)格大約為1.7元/立方米，如果不是大規(guī)模采購(gòu)，價(jià)格會(huì)超過(guò)2.7元/立方米。”從價(jià)格來(lái)看，化工氫雖然便宜，但加上提純費(fèi)用，成本會(huì)陡然提高。而從數(shù)量上看，即便100%回收化工尾氣中的氫，數(shù)量也有限。

化工制氫的局限性引導(dǎo)科研人員把目光瞄向新的制氫方法，這其中就包括甲醇制氫。近年來(lái)，甲醇制氫的被重視促使甲醇燃料電池汽車(chē)在部分領(lǐng)域得以推廣。不過(guò)，四川亞聯(lián)高科技股份有限公司董事長(zhǎng)王業(yè)勤同時(shí)強(qiáng)調(diào)：“甲醇制氫的成本大約為1.8元～2元/立方米，雖說(shuō)成本不算高，但甲醇的最大用途是生產(chǎn)聚丙烯，用于制氫的甲醇數(shù)量占比很小。”

相對(duì)而言，電解水制氫更受歡迎，因?yàn)槲覈?guó)棄水、棄風(fēng)、棄光資源非常豐富，也因此，電解水制氫在燃料電池發(fā)展中被認(rèn)為是最有前途的制氫方法。據(jù)了解，通過(guò)電解水獲得的氫氣純度高達(dá)99.999%，不需要再次提純，可以直接供應(yīng)燃料電池汽車(chē)使用。

不過(guò)，目前電解水制氫的技術(shù)還有待提高，成本較高，還難以大規(guī)模運(yùn)用。何廣利說(shuō)：“制取一立方米氫氣大約需要4.8~5度電，即便用谷電制氫，最終成本也在3元/立方米左右。”張強(qiáng)告訴《中國(guó)汽車(chē)報(bào)》記者，電解水制氫還有一個(gè)問(wèn)題不能忽視，隨著時(shí)間推移，電解池的電阻會(huì)升高，電解氫的耗電量會(huì)增加，導(dǎo)致成本再次上升。

“目前來(lái)看，受技術(shù)所限，化工尾氣回收、電解水制氫等方式都無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，無(wú)法滿(mǎn)足燃料電池汽車(chē)的需求。天然氣制氫可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但天然氣價(jià)格波動(dòng)劇烈，對(duì)企業(yè)制氫有較大影響。”何廣利說(shuō)，“煤制氫仍是當(dāng)下主流制氫方式。煤制氫的工藝成熟，成本也最低，大約為1.1元/立方米。”

總體來(lái)看，目前制氫途徑并不少，能源供給也足以推動(dòng)燃料電池汽車(chē)的發(fā)展。但從工藝和成本上看，我國(guó)氫能供給體系不完善，氫能供給技術(shù)體系也還沒(méi)有形成。為此，有專(zhuān)家提議，我國(guó)需加快制定氫能供給技術(shù)研發(fā)支持計(jì)劃，堅(jiān)持企業(yè)作為創(chuàng)新主體，多種技術(shù)路線(xiàn)共同發(fā)展。

儲(chǔ)存和運(yùn)輸是一大難題

與氫氣的供給相比，儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題更為嚴(yán)重。衣寶廉認(rèn)為，產(chǎn)氫與用氫不在同一地方，將廉價(jià)的副產(chǎn)氫和棄風(fēng)等電解水制氫的氫儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)接脷涞攸c(diǎn)——加氫站，是燃料電池車(chē)大規(guī)模示范的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)仍不足，存儲(chǔ)和運(yùn)輸企業(yè)較少，氫氣制備及加注企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化水平低。

從技術(shù)角度看，目前工業(yè)上主要采用-253℃下的液態(tài)氫，或700個(gè)大氣壓以上高壓氫氣進(jìn)行氫能源的存儲(chǔ)和運(yùn)輸。對(duì)于液態(tài)氫來(lái)說(shuō)，由于氫氣的熔點(diǎn)很低，實(shí)現(xiàn)氫氣的液態(tài)化很難，從經(jīng)濟(jì)角度看，儲(chǔ)存和運(yùn)輸液態(tài)氫并不劃算。另外，液態(tài)氫會(huì)“吸收”金屬容器生成氫化物，降低氫氣的純度。近年來(lái)，科研人員發(fā)明了化學(xué)儲(chǔ)氫方法，即讓氫氣存儲(chǔ)于化學(xué)物質(zhì)中，或者與某種物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，需要使用時(shí)通過(guò)加熱或者利用隔膜提取出來(lái)。

不過(guò)，現(xiàn)有技術(shù)成本高且存在安全隱患，是氫能源利用技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸。何廣利說(shuō)，上述兩種儲(chǔ)存與運(yùn)輸方法都有一定的局限性，目前，氫氣儲(chǔ)存與運(yùn)輸還是主要采用700個(gè)大氣壓以上加壓的方法，但即便加壓，容器中氫氣重量也非常有限。據(jù)介紹，一輛載重35噸的氫氣運(yùn)輸車(chē)，其容器中氫氣的重量只有幾百公斤。

另外，為了保證氫氣運(yùn)輸安全，壓力容器必須很牢固，因此，容器重量遠(yuǎn)超過(guò)氫氣重量。“為了保證氫氣運(yùn)輸安全，我國(guó)規(guī)定運(yùn)輸氫氣的壓力并不太大，壓力低儲(chǔ)存量就少。綜合起來(lái)，氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本約為9元/立方米，遠(yuǎn)超過(guò)制氫成本。”何廣利說(shuō)。

電解水制氫運(yùn)輸和儲(chǔ)存難度更大。貢力說(shuō)：“利用風(fēng)能和光能電解水制氫實(shí)現(xiàn)了能源的循環(huán)利用。但是，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)、光電場(chǎng)大多數(shù)在西北地區(qū)，儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題更為嚴(yán)重。”

除此之外，由于技術(shù)所限，我國(guó)目前存儲(chǔ)和運(yùn)輸企業(yè)還很少，遠(yuǎn)沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。有專(zhuān)家表示，我國(guó)需要加快培育氫氣存儲(chǔ)和運(yùn)輸企業(yè)，實(shí)現(xiàn)從制氫到儲(chǔ)存、運(yùn)輸整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。

技術(shù)與國(guó)外差距明顯

“從制氫技術(shù)來(lái)看，我國(guó)與日本、美國(guó)沒(méi)有太大差距。”何廣利說(shuō)，但在儲(chǔ)氫與運(yùn)輸技術(shù)上仍有一定差距。

以?xún)?chǔ)氫技術(shù)為例，容器壓力的大小決定容量的大小，壓力越大，存儲(chǔ)量也就越大。目前，我國(guó)普遍采用35兆帕壓力標(biāo)準(zhǔn)，而日本、美國(guó)則采用70兆帕壓力標(biāo)準(zhǔn)。何廣利說(shuō)，我國(guó)目前也在研究70兆帕壓力標(biāo)準(zhǔn)。

另外，從存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)說(shuō)，目前日本、美國(guó)普遍采用四型瓶裝載氫氣。四型儲(chǔ)氫瓶具有重量輕、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是氣密性較差。我國(guó)曾經(jīng)在CNG公交車(chē)上使用過(guò)四型儲(chǔ)氣瓶，但發(fā)生過(guò)泄漏事故，而后被禁止使用。此后，我國(guó)CNG以及燃料電池汽車(chē)都改用三型儲(chǔ)氣瓶，三型儲(chǔ)氣瓶雖不易泄漏，但卻較重，循環(huán)壽命短，成本也較高。“四型儲(chǔ)氣瓶被禁止使用后，國(guó)內(nèi)企業(yè)在這方面的研究幾乎是空白。”何廣利說(shuō)，“近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)又逐漸認(rèn)識(shí)到四型瓶的優(yōu)勢(shì)，也在加強(qiáng)這方面研究。”

總之，我國(guó)在氫能的存儲(chǔ)和運(yùn)輸上與國(guó)外差距還比較明顯，但存儲(chǔ)和運(yùn)輸恰恰是制約燃料電池汽車(chē)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)此，有專(zhuān)家指出，推動(dòng)燃料電池汽車(chē)的發(fā)展，保障燃料電池汽車(chē)所需的氫能供給，我國(guó)需要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，制定國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)。在此基礎(chǔ)上，完善氫能技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化及示范應(yīng)用等支持政策措施，從而形成有力的支持政策體系。

原標(biāo)題:制氫不再是難題儲(chǔ)運(yùn)成燃料電池汽車(chē)發(fā)展掣肘

責(zé)任編輯：lixin

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