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汽车公司出行 氢燃料电池技术能轻易变成“氢”

2021-07-08 11:51汽车新闻 人已围观

简介近年来,随着低碳减排成为衡量汽车企业发展水平的重要指标,与新能源相关的各种技术越来越受到关注。除了纯电动、混合动力、插电式混合动力和增程式技术之外,氢能汽车也从之...

近年来,随着低碳减排成为衡量汽车企业发展水平的重要指标,与新能源相关的各种技术越来越受到关注。除了纯电动、混合动力、插电式混合动力和增程式技术之外,氢能汽车也从之前日韩车企的“佼佼者”被更多车企提及和看好。在国内,吉利和长城汽车都发布了相关技术,其他大型车企也在长期规划中为氢能汽车预留了一席之地。氢能汽车离我们有多远?这项被称为“新能源汽车终极发展计划”的技术真的能改变未来的出行生活吗?

不同的氢燃料电池技术

很多不懂氢能技术的人会误以为氢能汽车是内燃机驱动的,但燃料是用汽油或柴油换成氢气的。其实氢能车的确切名称应该叫氢燃料电池车。其工作原理是氢气通过阳极的扩散层,在催化剂的作用下产生氢离子。氢离子通过质子交换膜到达阴极,在催化剂的作用下与氧气生成水。这个反应过程中产生的电流会被送到外部电路,汽车就会被电能驱动。

也就是说,氢燃料电池汽车本质上是电动车,加氢的目的是为了产生电能,与增程式电动车属于同一种驾驶思路。

此外,氢燃料电池汽车并不新鲜。20世纪70年代石油危机期间,汽车行业一度掀起氢燃料电池技术的研究热潮。在支持者眼中,氢燃料电池具有能量密度高(是锂电池的100倍以上)、低温性能好、续航里程长、加氢速度快等优点。

尤其是氢燃料电池汽车的最终产品是清洁无污染的水,所以很多人把这项技术比作新能源汽车的“终极发展计划”。

但是氢燃料电池相比纯电技术,增加了一次性能量转换,导致不必要的能量损失,所以这一技术的反对者也很多,其中汽车行业的重磅人物也不少。特斯拉CEO埃隆马斯克曾明确表示“氢燃料电池没有未来”,大众CEO赫伯特迪斯也不看好氢燃料电池技术的应用前景。他认为,未来十年氢燃料电池技术不太可能应用于乘用车。

“优秀”的日韩氢能乘用车

Diss不看好的氢乘用车发展现状如何?

事实上,日本和韩国只有少数汽车公司专注于氢燃料电池乘用车的大规模生产。代表性的有丰田Mirai未来组合、本田Clarity和现代NEXO。

就连这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未来组合为例。该车于2014年正式上市,2020年推出第二代车型。但过去6年累计销量仅为1.1万辆,与丰田在全球市场年销量过千万辆相比,仅占0.1%左右。

日韩车企之所以“逆势”布局氢燃料电池乘用车,与各自国家的能源结构密切相关。以日本为例,由于一次能源极度匮乏,工业生产和日常生活严重依赖进口。特别是2011年福岛核事故后,日本关闭了所有核电,占电力结构的30%,加剧了日本的能源问题。

2014年,日本制定了氢能生产、储存、运输和应用的战略路线图,其中交通领域替代氢能的任务十分艰巨。按照规定的目标,2025年日本将有20万辆氢燃料电池汽车上路,2030年这一数字将扩大到80万辆。同时,氢加气站数量将达到900个和——个。截至2020年底,全球氢加气站总数仅为544个。

除了政策层面,以丰田、本田为代表的日系车企积累了大量氢燃料电池技术和专利,丰田甚至计划打造一座占地175亩的“未来之城”,主要以氢燃料电池为动力。如果全球汽车圈的其他玩家不在这条赛道上共同下注,那么丰田和本田,包括现代在内,都有太多的技术和专利无法转化为实际的商业利益,这也成为上述汽车企业持续推进氢燃料电池技术的动力之一。

氢能目前更适合商用车

与日韩相比,我国氢燃料电池技术的发展仍集中在商用车领域。

根据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,均为商用车。截至2020年底,中国已推广氢燃料电池汽车约7200辆,其中大部分是物流车和公交车。

那么,国内各大车企多次提到的氢燃料电池乘用车离我们还有多远?

恐怕答案并不乐观。首先,氢燃料电池的核心部件是膜电极和空气压缩机,与纯电动汽车不同。国内企业目前在这些核心零部件上不具备优势,短时间内弯道超车电动车的可能性不大。

此外,催化剂在氢燃料电池中起着重要的作用。目前氢燃料电池堆使用的催化剂仍然是铂,这是一种稀有的贵金属。世界上已探明的储量只有10多万吨。同时,我国企业铂催化剂的利用效率低于海外竞争对手。有数据显示,丰田铂金单耗可达0.2g/kW,而国内企业为0.4g/kW。

因此,即使国内主流车企看好氢燃料电池的发展,在未来很长一段时间内,商用车仍将是该技术的主要应用场景。除了技术瓶颈,占中国汽车保有量12%的商用车目前产生的道路交通碳排放占56%,氢能可以作为柴油的有效替代品。此外,还应考虑建设氢加气站的成本。一个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、蓝氢和绿氢的概念。

  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。

  文/张扬

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