车企要失望了,氢能源的终局不在车

资讯 4个月前 王牌蛋蛋
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罗永浩回应“调侃”俞敏洪转行做主播:起哄架秧子“使坏”

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图片来源@视觉中国

文 | 智行驾道

冬奥会上,硬核体育爱好者关注赛果,小孩和超龄少女们萌冰墩墩雪容融,吃瓜群众视谷爱凌、任子威和苏翊鸣为新一任爱豆,对科技爱好者而言,这场冬奥会就是一场科技盛宴。

由1.2万块宝石蓝色的光伏发电玻璃拼接而成的国家速滑馆 “冰丝带”曲面玻璃幕墙,实时捕捉,裸眼3D,计算机动画(CG),增强现实……五花八门的新技术应用,新鲜和热闹程度不比一场正儿八经秀肌肉的科技展会低。

新技术让人目不暇接,其中最吸引车圈关注的是藏在冬奥会里悄悄进行的“世纪暗战”。

据北京官方报道,本届冬奥会上,运行着超过3000辆氢能源汽车,其中丰田占了三分之二,近三分之一是国产氢能源汽车,配备30多个加氢站,堪称全球最大的一次燃料电池汽车示范大比拼。

这场“世纪暗战”中,一边是丰田柯斯达氢擎和我国亿华通在商用车的你来我往,另外一边是用上雷克萨斯LS/LC的GA-L后驱平台的丰田MIRAI2的一枝独秀。看着这些氢能源车型真实地跑着,比静态演示为主的各车展刺激多了。

在冬奥会之前,主机厂已经在中国内地快速发展的新能源汽车市场中有所动作。2021年12月24日,现代汽车氢燃料电池车NEXO中国版在广州迎来国内开放道路首试。

对比一次加满续航可达850km的丰田MIRAI2,现代NEXO可达596公里的续航里程不算太亮眼,但这两款车型共同拥有的“5分钟即可充满氢燃料”的特性,对比现阶段使用动力电池为主的新能源汽车,补能效率的确令人心动。

光凭“充能五分钟行6百公里”这一点,氢燃料汽车理论上会得到消费者认可。可为什么它到现在仍然没有被大规模推广?这究竟遇到了什么问题?

01 什么是燃料电池

要回答这些问题,我们先聊点硬核的化学内容,了解什么是燃料电池?

现在提起燃料电池,一般是指氢燃料电池。说到这里,估计沉睡在大家脑海里多年的初中化学知识就要动起来。没错,氢燃料电池就是基于氢气和氧气/其他氧化剂进行氧化还原反应而制作的发电装置,目的是把化学能转换成电能。

现阶段主流的燃料电池有两种,一种是固体氧化物燃料电池(SOFC),一种是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。无论商用还是乘用,只要是车用,用的都是PEMFC,而SOFC更多被使用在航天器上。

为什么会有这样的区别?这就得了解PEMFC的优势了。对比SOFC,PEMFC的通常运作温度在 50℃ 至 100℃,以高分子质子交换膜为传导媒介,发电过程无需加压或减压,也不使用任何化学液体。

通俗对氢燃料的理解就是,其结构简单,发电过程安全,还无污染。对比动力电池充能工作过程中仍然会造成损耗,容易增加碳排放量的情况,氢燃料电池的优势相当明显。

02 厂商早已扎堆竞争

原理简单,碳排放少的的氢能源电池,在不经优化的情况下,能量效率已经达到40%-60%,轻松超越现阶段主流的内燃机和动力电池,这样的香饽饽,汽车厂商为什么会不重视呢?

其实不然,自1991年罗杰 比林期发展出世界首个用于汽车的氢燃料电池以来,已经陆续有厂商投入到汽车用氢燃料电池的研发和量产。

后面的故事发展行业大家就熟悉了:丰田是较早投入到氢能源电池的汽车厂商,上世纪90年代初,丰田汽车就启动了FCV(Fuel Cell Vehicle,燃料电池汽车)的相关技术开发。一晃20年,丰田终于在2015年4月正式上市了首款氢燃料电池轿车MIRAI。凭借先发的技术积淀,以及从MIRAI开始转入的正式量产,丰田“多年媳妇熬成婆”地确立了自己在现阶段氢燃料电池汽车的“一哥”地位。

当然,其他厂商也是紧追其后。除了文章开头提到的现代,宝马也从2013年就开始积极开展燃料电池技术的研发和产业化。有丰田这位“好基友”鼎力相助,宝马在2019年法兰克福车展上就发布了旗下氢燃料电池概念车BMW i Hydrogen NEXT。在今年,宝马也将会发布氢燃料电池版本的X5 SUV,这算是氢燃料电池商用的重要一步,决定着后面的发展情况。

回到国内,虽然我国对氢燃料电池商用化的研发较晚,但中国速度再一次发挥了作用。以文章开头提到的亿华通为例,该公司成立于2012年,2016年开始量产,曾参与我国多项国家级燃料电池研发项目,特别是共同开发燃料电池客车早期原型。

产自亿华通旗下子公司聚兴华通的氢燃料电池客车,在冬奥会前的超低温冷启动测试中,就达成了在-30℃的环境下放置超过8小时后,用时116秒便成功启动的成绩。处于凭借新能源汽车异军突起的大背景中,亿华通的崛起代表着在中国政策推动下的企业竞争。

除了亿华通,佛山飞驰也是我国燃料电池汽车产业发展的一支重要力量。2015年,佛山飞驰成功研制出国内首批量产的氢燃料电池城市客车,并在随后陆续在佛山境内的公交路线上投放使用。随后,佛山飞驰投入到氢燃料电池牵引车/货车的研发,并逐步取得成果,即将推向市场。

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对比他国车企,我国车企的氢燃料电池商用化,更多是以商用车市场为发展方向。这也许是扬长避短,目前商用车市场更容易得到国家支持,从而加快研发节奏以跟上世界水平,保持一线的竞争。虽然发展的路线和程度各不相同,但国内外多家车企前仆后继投入到氢燃料电池的开发和应用,一定程度上显示了行业对氢燃料电池的美好前景,只不过回到现实生活中,依旧困难重重,痛点多多。

03 氢能之痛,谁能解决?

硬币有两面,把氢燃料电池的美好前景翻过来看,也是有一系列的问题。

首先我们来看燃料来源这块,常用的制氢方法有各种矿物燃料制氢、电解水制氢、生物质制氢、其他合氢物质制氢、各种化工过程副产氢气的回收等。

经过十余年的长足发展,我国氢气年产量已逾千万吨规模,位居世界第一大产氢国。不仅基本实现国产化,而且大量向国外出口。然而,氢气占我国终端能源总量份额仅2.7%,即使有政策扶持,至2050年氢气需求量在终端能源体系中占比才有望达10%。

同时,我国制备氢气的主要方式仍然以化石燃料制氢为主。虽然工业副产氢和电解水制氢仍有很大的发展空间,然而换个说法就是氢能源还未能有效降低成本。氢能源的想象空间足够大,但现实暂时还是骨感。怪不得在“宁王”股价波动的时候,氢能源相关个股都未能接过的大旗,继续带领着新能源板块高歌猛进。

不仅制备,氢能源的运输也制约着商用化规模的扩大。目前主要的氢能运输手段有三种:高压气氢、低温液氢、管道输氢。究竟哪个是主流,我们只要再次唤醒初中化学知识就知道答案:氢气的化学性质较为活跃,要实现低温液氢和管道输氢,难度肯定是更高的。因此,短时间内,高压气氢成为主流的运输方式。

高压气氢运输,单次载量的确不高,40吨重的长管拖车大约只能运输400kg的氢气。而主流的氢能源客车,搭载的都是35兆帕氢气储氢瓶。1兆帕约等于10kg,这样一换算,卡脖子的不是产氢,更像是运氢。

刚过去的2021年12月3日,国家工信部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》已经提出,要实施工业领域碳达峰行动,加快氢能技术创新和基础设施建设、推动氢能多元利用。进一步说,在已发布规划的13个省份中,至2025年共规划加氢站1800座,产业规模近万亿,燃料电池车共八万辆。显然,这也会反过来推动运氢技术的发展。

对比政策可以驱动解决的氢气制备和运输问题,氢燃料电池的“内在不足”,其实更值得关注。让我们回到车用氢燃料电池的结构:它是基于氢气和氧气/其他氧化剂进行氧化还原反应而制作的发电装置。这个氧化剂究竟是什么呢?其实就是铂金一类的贵金属。

一如其名,铂金的单价不低,甚至比黄金还高,这在无形中拉高了氢燃料电池成本。同时,我国暂时只有大连化物所、贵研铂业、武汉喜马拉雅等企业小规模生产贵金属催化剂,意味着国内暂时还是没有足够的产能应付大规模使用氢燃料电池,并且使用成本也不会低。

贵金属催化剂不仅少,而且还会在实际使用过程中有所损耗,催化剂载体和电池内其他物质也会被催化剂腐蚀。从目前的市场收益来说,想要回收氢能源电池里的贵金属催化剂?这事儿比回收动力电池还亏本和吃力。

既然知道问题出在贵金属催化剂上,那么能不能以“寻求替代品”的方式来轻松解决?我们在撰稿的时候咨询了氢能源的相关行业人士,得到的答复是“如果真有这种玩意儿,其影响力并不亚于一次工业革命”。

前景如此美好,技术却不能解决,只能发挥“钞能力”帮帮忙了。据悉,国内企业正打算通过收购海外龙头企业、与国际顶尖团队合作研发等方式实现技术追赶。根据中国氢能联盟预计,2035年我国氢燃料电池系统的生产成本将降至800元/kW,为当前的五分之一,2050年进一步降至300元/kW。目标是2035年,氢燃料电池汽车成本将具有与内燃机汽车同等的竞争力并基本接近国外先进水平。

路虽难行,仍披荆前往,是现在我国乃至全世界对氢燃料电池发展和应用的缩影。从制氢运氢到氢燃料电池的制备,国家和企业携手合作,拼了命降低成本完善产业,只是为了把动力电池换成氢燃料电池吗?

04 氢燃料电池不是终点

2021年8月11日,工信部对“鼓励发展零碳排放氢能发动机的建议”进行答复,提出氢气发动机是氢能在汽车上应用的重要技术路线之一,将积极配合相关部门制定氢能发展战略,研究推动将氢气内燃机纳入其中予以支持。

将这条新闻结合《“十四五”工业绿色发展规划》里“推动氢能多元利用”这句话看,我们可以得到一个推断:氢能源的使用方式并不重要,关键是要把氢能源用起来,氢能汽车其实其中的一环,并非全部。

在“碳中和”、“碳达标”、“保护生态环境”的全球大趋势下,汽车耗能必然要从传统的化石燃料,转入污染更低的新能源。搭载动力电池的新能源汽车被消费者接受,算是开了个好头。然而动力电池充能和工作过程中造成的损耗,增加的碳排放量,还是需要时间解决。

一边优化现有动力电池的制造、使用和回收,一边探索新能源的多元化使用,这已经不是车企们为了卖车才去做的事情。不夸张地说,无论车企还是国家,谁在氢能应用上先拔头筹,花样玩得多且玩得好,谁将更有机会主导未来出行方式的发展。

不得不说,先行者的确会有一定的优势。已经在氢燃料电池汽车产业初有成效的丰田,最近几年在氢内燃机上频频发功。丰田通过技术手段让自家发动机产品支持使用氢燃料,搭载氢内燃机的卡罗拉氢能赛车顺利完成耐力赛,还联手雅马哈搞出V8结构的氢内燃机,已经让不少坚守内燃机的消费者心动不已。

除丰田之外,全球最大的独立发动机制造商康明斯(Cummins)也加入到氢内燃机的研发中。康明斯这个名字,关注乘用车的朋友可能不熟悉,但它在商用车的世界里,却是王者的存在――有这样一个说法,“只要有卡车的国家,就有康明斯柴油引擎”。

康明斯除了擅长制造柴油发动机,还是天然气、混合动力等多元动力系统的先行者,在内燃机领域累积了丰富经验。这些经验无疑为氢内燃机研发奠定了坚实基础,有能力成为氢内燃机的领军力量。

行业头部玩家的加入让氢燃料的开发大大加快了,跨界带来的不同玩法,对氢能的多元化了实际性的推动,氢能源的终局不在汽车,而在社会能源方式的变革

05 智行观

按照这样的发展态势看,我们也许可以设想这样的未来:氢燃料电池将会取代动力电池,将乘用车和商用车推入新的纪元;氢内燃机将接过化石燃料内燃机的位置,成为性能车爱好者和大功率设备的新宠。要是事情真这样发展,那估计基本能落得环保与热血兼得的皆大欢喜。

虽然氢能源的使用还属于小试牛刀的阶段,氢能源的未来也不一定就如我们的想象,但氢能源使用方式的探索,仍在进行之中。庆幸车企和国家走出了这一步,让未来有可能发生,哪怕到达氢能源初步普及的阶段,已是“有生之年”系列。

AMD、NVIDIA显卡继续跌价 RTX 3090一个月便宜1500元

持续一年半之久的显卡缺货、涨价之风最近总算有所逆转,AMD及NVIDIA的显卡价格都在下滑,2月份相比1月份跌价多达12%,部分显卡降幅明显,比如RTX 3090显卡跌幅超过1500元。TH网站统计……

版权声明:王牌蛋蛋 发表于 2022年3月3日 下午4:49。
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