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新能源的尽头会是「氢能」吗?浅析氢燃料电池混动汽车
来自:电动邦
作者:吹风鸡
2021-10-09 18:46:50
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在电动车大行其道的天下,丰田章男一直坚持「电动车环保是伪概念,只有氢能源汽车才是真正的环保」。回到国家《新能源汽车发展规划》,燃料电池汽车为「三纵」之一,与纯电动汽车、插电式混合动力汽车三足鼎立。那么,氢燃料电池会是新能源的尽头吗?

年过50的「氢能」可不是新人

氢能看似一种新能源,其实早在50年前就已经被提出。在上世纪70年代发生两次石油危机的时候,美国就立即成立了国际氢能协会,探索燃料电池技术。

90年代,《联合国气候变化框架公约》出台,要求发达国家要在2000年之前,将「温室气体」的排放量降至1990年时的水平。气候变暖成为全球共识,欧洲和日韩开始在氢能源方面有所行动。

手握巨大优势的「氢能」

为什么全世界都愿意加大投入到「氢能」,最重要的便是清洁。即便是电动车表面「用电」很清洁,但在「发电」这一环节是否环保一直备受争议。要想如期或提早实现碳中和、碳达峰目标,必须让清洁能源普及开来。

高能量的「氢」洁能源

环保方面,与化石燃料对比一下,氢能源可太清洁了。不像汽油或柴油会产生诸如CO2、CO、NO等温室气体。氢气与氧气的反应就只有简单干净的2H2+O2=2H2O,也就是水。从清洁原理上,简直降维吊打化石燃料。

能量密度方面,对比汽油的40MJ/KG、锂离子电池的0.7MG/KG,氢气的140MJ/KG可以说是离谱。

能源储备方面,H2作为可再生能源来源广泛:电解水、工业副产氢气回收、煤制氢、天然气制氢等手段层出不穷,而石油这种不可再生能源还能用多久我们就不得而知了,虽然那个50年的笑话已经讲了50年,但是总会有一天变成真的。

骁云1.5T发动机

热效率方面,内燃机经过了百余年的发展,才艰难走到了40%-50%这一段位,比亚迪骁云的43%已足以被称为国货之光,还有所谓的HCCI均质压燃发动机,51%的热效率更是惊为天人。但是,氢燃料电池刚刚出生时就有了40%以上的热效率,现有产品已在60%以上,实验室里据说已经达到了80%......人比人气死人,能源比能源更是如此。

总的来说,氢能在环保、节能、热效率等维度对比化石燃料具有巨大的优势。仅从科学和理论的角度出发,氢能确实是新能源的尽头。

氢燃料电池汽车:续航忧虑、低温死机?统统不存在

从能源角度分析完了氢能的优势,回到氢燃料电池汽车,它对于电动车或者混动车有什么优势呢?

丰田 Mirai

我们都知道,电动汽车最大的问题就是续航忧虑,目前市面上的大部分电动车NEDC续航不过500km上下,而氢燃料电池汽车的行驶里程,以丰田Mirai为例,可达到650km,已经几乎相当于燃油车的续航里程,如果你还嫌不够,简单,加氢罐就好了,只需要三分钟。基本来说,充能的体验和燃油车使用体验相当。

除了续航问题,电动车在我们国家的推行还有一个问题。有一句话叫『电动车不过山海关』。北方的低温状态下,电动车的续航直接萎一半。

而氢能汽车只需要解决0℃以下燃料电池内部的水结冰的问题即可,所以相对于锂离子电池,燃料电池的低温问题更好解决,影响更小。目前丰田Mirai已经实现了-30℃的低温启动,其他厂商例如日产、本田也可以达到相同的水平。

「氢能」这么好,那还不赶紧买?

听我吹了这么久,各位可能会说:你不就是想说氢燃料电池汽车好、氢能是终极能源吗?不要急着下定论,文章到此才进入关键部分,准备了半天的冷水终于可以泼一泼了。

日本的技术壁垒已形成

我国的氢燃料电池技术全方面落后于日韩、欧美国家。比如,在电堆质量密度功率方面,我国与外国相比差距在1000W/KG左右;在体积功率密度方面,我国与外国的差距在1700W/KG左右。日本已经在技术上走到了世界前沿,做好了割世界韭菜的准备,如果我们准备大力投入发展燃料电池,必然有无数的技术壁垒在前方等待。

电池成本居高不下

燃料电池释能的过程有个很重要的东西:质子交换膜催化剂层,大家知道材料是什么吗?答案是「铂」,就是那个比黄金还贵的贵重金属。燃料电池的单堆铂用量为80g,500元/g的铂,可以想象这是多么高昂的成本。

当然美国通用的最新研究已经将铂用量降低到了30g,丰田也是降到了15-20g。美国的默斯阿拉莫斯研究中心更是研究出了用碳、铁、钴制成的新型催化剂,催化效果与铂催化剂相当,还可以更好的抑制过氧化氢的生成。可这又回到了前面的技术壁垒问题。

运输贵且难

氢气是二次能源,需要有一个能源转化过程。电解水制成的一度电送到车上也就只有不到0.3度,相比之下一度电直接给电动车使用有效量接近0.9度。

更重要的是,氢气容易与金属发生化学反应,造成氢气泄漏,氢气运输是个技术活儿。现在不仅设备依赖进口,而且为了减少成本,不得不选择近距离运输。我国三北地区弃风、弃光电解出的氢,如要远距离输送到沿海地区,就不像「西电东送」那么简单了。

加氢站安全堪忧

造一个充电站,只需要350万美金,而造一个加氢站要2000万美金,几倍的成本差距很难忽略。

同时,氢气的安全问题也一直是令人担心的一点,全球427个加氢站在15个月内爆了8次,2019年时上海还曾计划建设100个加氢站,看到美国、韩国连爆之后冷静了,最后只建了1个,所以大众对氢气安全性的担忧也一直是氢能发展缓慢的重要因素。

总结下来,氢燃料电池汽车在我国的发展存在着诸多阻碍,那氢能的先锋队长日本目前的情况怎么样呢?我们往下看。

祖师爷快玩不动了,「氢能」还有希望吗?

上面说到90年代,日韩车企如丰田、现代,便开始大力着手燃料电池车的开发,因为指不定这就是未来汽车的发展方向,搏一搏单车变摩托。

日韩车企之所以热衷于氢能源汽车的研发,这与它们国家的能源结构有很大关系。日韩两国的石油、煤炭等化学燃料极度依赖进口,若是能够构建起完整的用氢结构,还能妥善解决工业废氢的处理问题,简直是一石二鸟的美事。

欧洲就猴精多了,直接骑墙,刚开始还投入一些,后来看到中美开始搞电动车,转头就放弃了氢燃料电池汽车的研发,开始跟着中美一起「打电动」。就这样,50年过去了,全球对氢能不离不弃的便只剩日本一家了。

销量上,氢燃料电池汽车直接被燃油车甚至电动车完爆。最有名的丰田Mirai,2014上市,目前的市场保有量有多少呢?截至2021年1月,Mirai的全球保有量只有12467台,朋友们,六年多的时间,只卖了一万多台,平均每年的销量还不如自家凯美瑞一个月的销量,惨不忍睹。

本田 Fcx Clarity氢燃料电池汽车

今年,日产宣布暂停与戴姆勒及福特合作开发燃料电池汽车的计划,本田也宣布2021年8月开始,终止氢燃料电池汽车的生产,全世界貌似只有丰田还在苦苦支撑。

前辈步履维艰,但未来依然可期

说到这里,似乎感觉「氢能」还没起来,就已经日薄西山。但其实近20年来,国内的氢燃料电池技术是一直在默默发展的。

作为国内最早入局的选手,上汽早在2001年就启动了「凤凰一号」燃料电池汽车项目。在过去的20年里,上汽投入的研发费用累计超过30亿元,已获得511份燃料电池领域相关专利,并参与制定了15项燃料电池国家标准。

2020年7月,广汽集团在广汽科技日上,发布了旗下的首款氢燃料电池汽车Aion LX Fuel Cell。

今年3月29日,长城也发布了氢燃料电池的「氢柠技术」。6月底发布的『2025战略』中,长城表示在未来5年内将累计投入1000亿元用于纯电动、氢能、混动、混动等新能源领域的研发。

2017年,吉利集团通过资本手段参与认购了加拿大氢燃料电池生产商Hydrogenics股份。2019年,吉利集团通过换股方式成为科力远第二大股东。2019年,吉利新能源商用车集团还发布过一款氢燃料电池客车F12。

这一切都在彰显着国内车企在加码布局氢燃料电池汽车的决心。

邦点评

回顾通篇内容,氢燃料电池的优越性一目了然,虽然目前发展不尽如人意,但我觉得氢燃料电池汽车依然有可能是未来的主流,只是目前的技术还有待突破,就像百余年前的电动汽车很快诞生又消逝一样,过于超前的设计规划因为技术阻碍或许不容于时代,但历史的车轮一次又一次地证明:时代属于创新。新能源的尽头是「氢能」吗?不一定。但「氢能」一定是新能源汽车发展史上不可忽视的一支潜力股。

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