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氢燃料汽车在交通减排中大有可为
——访中科院大连化学物理研究所燃料电池研究部部长邵志刚
2018-07-06 11:04  · 来源:中国能源报  · 作者:朱妍  · 责编:卢奇秀

   保卫蓝天行动升级,交通领域节能减排也在加强。近日召开的交通部6月新闻发布会传出消息,将重点推进清洁能源在交通领域的应用,加大推广新能源汽车。到2020年底以前,实现城市公交、出租车及城市配送等领域新能源车保有量60万辆;仅京津冀及周边地区,就将淘汰国三及以下中、重型柴油车100万辆以上。

         

  新旧车辆替换,在中国科学院大连化学物理研究所燃料电池研究部部长邵志刚看来,无疑是绿色交通领域的一大“重头戏”。尤其以无污染、高效率著称的氢燃料电池汽车,同时兼顾长短途、乘用及商用运输,必将大有可为。 

   

    大规模应用只是时间问题   

         

  中国能源报:作为氢燃料电池汽车的主要优势之一,节能环保特性如何体现? 

   

  邵志刚:车辆核心——氢燃料电池的运行原理,实际属一种电化学反应,以氢能作为燃料,通过与空气中的氧发生反应,即可将储存在燃料中的化学能直接转化为电能。简而言之,烧的是氢、产生是电、排出是水。 

         

  从工作方式看,氢燃料电池又与汽车内燃机类似,只需保持氢能与氧气的供应,即可源源不断供应电能。相比我们日常所用电池,更像一个自主运行的小型发电厂,但因无需经过“燃烧”环节,氢燃料电池不会产生氮氧化物、硫氧化物等污染物,更不用担忧尾气排放,对环境十分友好。 

         

  与此同时,氢燃料电池的能量转化效率很高,综合能效效率可达80%,而燃油车目前只有20%左右。而据“十三五”规划,锂电池比容量到2020年要达300瓦时/公斤。实际上早在上世纪60年代,燃料电池就已实现了1000瓦时/公斤。从这一角度,氢燃料汽车的节能优势也很突出。 

         

  因此,氢燃料电池汽车的应用已是大势所趋,依托其零排放、无污染特性,未来可承担交通领域减排重任。 

  中国能源报:氢燃料汽车在国内仍处于试水阶段,什么时候才能真正发挥交通减排的作用? 

   

  邵志刚:的确,氢燃料电池汽车在我国还处商业化“前夜”,投用车辆仍以示范为主。但在资源能源利用、环境保护等多重压力下,大规模推广只是时间问题。目前有个“流行”说法是:氢燃料电池汽车的使用,国际上还要看中国。 

         

  一方面,我国支持力度空前,政策补贴也是目前为数不多“不降反升”的方向之一。另一方面,应用市场足够大。统计显示,2017年全国汽车总量达3000万左右,工信部也已将“禁售燃油车”列入计划,未来替代规模可期。此外,氢燃料电池更适用于长距离行驶,以及在重型汽车、轨道交通中应用。这也弥补了纯电动汽车续航能力不足等问题,有其独特的市场空间。 

         

  目前,我国氢燃料电池汽车仍多用于客车、特种车等商业车,存在几项“卡脖子”的环节尚待突破。随着技术进步,预计再过10年左右就可达百万量级。 

   注重研发也应兼顾规范管理  

         

  中国能源报:哪些“卡脖子”的技术制约了商业化进程? 

   

  邵志刚:现阶段,仍存在成本偏高、可靠性和耐久性待提高、部分环节依赖进口等主要瓶颈。 

         

  首先是成本。截至目前,氢燃料电池汽车的造价仍是锂电池汽车的1.5-2倍,相比燃油车更是高达3-4倍。如何提升经济性、降低使用成本是第一任务。 

         

  因电化学系统比较复杂,核心部件“电堆”的可靠性和耐久性也需完善。内燃机在汽车中已有100多年实践,燃料电池刚应用了20多年。按照要求,到2025年,电堆系统的可靠性和经济性要大幅提高,竞争力应可比传统汽车、电动汽车。 

         

  如果说上述两项是前提,解决后即可进入初步商业化,本土化则是一项持久的基础课题。比如因上下游产业链并未打通,一些关键部件、关键材料的生产只能依赖进口,国内很难找到符合要求的生产厂商,这就很受制约。 

         

  除电池本身,氢源也值得关注。我国是全球最大的用氢大户,但此前主要用在石油化工等领域,燃料汽车起步较晚。制氢环节目前已无障碍,但要大规模用于车辆,如何找到安全而合理的储氢、运氢方式,还存在难度。  

  中国能源报:基于这些瓶颈,可从哪些方面入手完善? 

   

  邵志刚:像日本丰田公司,早在上世纪90年代,就组织了几百人队伍、投资大量资金进行研发。全面商业化必然是一个周期长、投资大的过程。 

         

  首先要关注技术研发。各国目前进行示范的同时,不约而同将重点转向应用基础研究,希望通过探索燃料电池新材料、新过程等的基础性问题,找到解决可靠性、耐久性的办法。例如我们牵头的联合国内20余家单位正在承担的国家重点研发计划——“燃料电池基础材料与过程机理研究”项目,就是针对这些问题开展的应用基础研究,掌握新一代燃料电池所需的材料和部件的核心技术。 

         

  同时,还有上下游产业链的完善。实际很多时候,我们并不缺自主技术,而是因燃料电池生产起步晚、需求没有跟上,这些技术多停留在高校、研究所研究阶段,没有形成批量生产,无形中增加进口依赖,这也是成本长期偏高的原因之一。不过随着燃料电池产能上升,一旦重视起来,3-5年即可布齐。 

         

  此外,要想大规模发展,还离不开标准、规范的制定实施。比如加氢站,目前就不像加油站管理得那么完备,甚至究竟由谁负责都未最终确定。太多的自由度,必将给燃料电池产销带来混乱,最终也将影响企业成本,走向标准化同样应得到重视。 

   

 

  

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