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氢燃料电池或迎来发展机遇

中国科学报 贡晓丽

“氢能是多能源传输和融合交互的纽带,是未来清洁低碳能源系统的核心之一。氢能燃料电池技术正成为全球能源技术革命的重要方向和各国未来能源战略的重要组成部分。”中国电动汽车百人会燃料电池分论坛上,中国汽车工程学会常务副理事长兼秘书长张进华如是说。氢能源汽车,氢燃料电池车

《 “十三五”国家新兴战略产业发展规划》中明确强调,要系统推进燃料电池汽车研发与产业化,这表明了国家对于燃料电池汽车发展的支持和肯定。论坛上,多位燃料电池领域的行业专家从成本、技术、产业前景等方面探讨了氢燃料电池汽车的发展。

氢能产业打下基础

氢能燃料电池首先需要回答的疑问是,推动新能源汽车发展重点是插电式和纯电动,还有必要做氢能燃料电池吗?张进华认为,氢能燃料电池由于续时里程、加氢速度、成本优势,决定它在重载、长距离、大型的车辆中一定会有重要应用。“2020年后,特别是财税政策调整后,这种趋势会更加明显。”

另一方面,氢能产业的规模扩大也为氢燃料电池发展打下基础。据中国工程院院士干勇介绍,目前山东结合高速服务区的全省的加氢站网络已经开始布局,并开始打造中国氢谷,并设立500万元的中国氢谷创新发展基金打造氢能源的运营示范区规划,现在已经开始顶层设计。“这不是以一家企业为主体,而是一个整体的规划,这样氢能源和燃料电池的企业才能健康发展。”

据干勇介绍,山东的高速公路由两家国有企业完全占有,120个高速公路服务站都可以建立加氢站,所以回收氢、储氢和运氢可以系统进行。这为发达的物流专用的氢燃料电池车创造了条件。

氢能是无污染、零排放的绿色能源,但拿什么来制氢才是能影响能源结构的关键。中国工程院院士杜祥琬曾表示,要规模用氢,首先要解决规模制氢的问题。如果用高碳排放的方式制氢,显然违背了用氢的初心。要发展氢能,首先要有足够的可再生能源。

中国工程院院士顾大钊介绍,神华能源现有的煤气化设施,如果全部用来制氢,每年可生产氢气400万吨,可以为4000万辆燃料电池乘用车供氢。为了解决煤制氢会产生大量二氧化碳的问题,神华在鄂尔多斯已经成功进行了30万吨二氧化碳的CCS(二氧化碳的捕捉和封存),技术上没有问题。

清华大学教授李建秋预测,到2020年国内的燃料电池汽车大概是万辆级的规模,下一步清华大学要开展的工作,主要是在基础设施当中氢电互动跟车辆端的氢电互动协同发展,在氢能源比较富足的城市推广燃料电池汽车。此外,李建秋希望各个地方要因地制宜,在有氢气富余的地方、氢基础设施比较好的地方推广。

技术之争与人才缺失

“氢燃料电池工作原理就是氢气和氧气变成水放出电来,但是转换过程需要有合适的压力。”武汉理工大学教授潘牧表示,燃料电池在什么压力下进行运转,目前有两种技术路线:一个是高压下,需要两个大气压到三个大气压;另外一个就是低压,几乎接近常压的技术路线。

“高压的系统化学反应是峰压越高化学反应速度越快、功率越高,丰田的Mirai就采用了这样的技术。低压系统反应慢一点,体积大一些,但是也带来了结构简单的优点。”潘牧表示。

而两种路线也存在技术之争。中国在2000年到2010年十年间的燃料电池汽车发展中,由于缺乏高压风机技术,而放弃了高压路线。“高压系统需要高压压缩机,要足够小以便装在汽车里面,这是非常难的技术。”潘牧说,近几年国家示范车辆都是用的低压技术路线来做,“从长期来看,要把燃料电池装到小轿车、乘用车里去,用低压路线是不行的,必须开发高压路线”。

技术路线之外,氢燃料电池行业的另一个瓶颈是人才。早在两年前李建秋就向北京市科委建议,希望通过科委支持,支持高校催化剂材料项目立项,“让老师把学生带出来”。

“目前,已有专门支持高校做机理分析和电堆设计的项目立项。课题虽然不大,也不可能做到产业化,但主要的目标是让这些高校为行业培养人才。”李建秋表示,以前汽车系培养的人主要是以发动机、变速箱、传动、底盘这方面的人为主,但是现在搞动力学的学生也需要增加电化学这一领域的专业知识,具体包括催化剂载体、膜和膜电极等。

扶持政策研究

优势与瓶颈并存的情况下,如何推进氢燃料电池的发展?2017年,科技部委托中国汽车工程学会组织国内相关企业研究机构,开展了氢能燃料电池扶持政策研究工作。

“技术是关键。”张进华介绍扶持政策建议时说,要创新研发组织模式,突破关键核心技术。技术持续创新和突破是推动氢能燃料电池技术进入市场的核心驱动力,是培育和发展燃料电池汽车首要任务。

产业链培育仍然是重要的任务。“产业链缺失严重,除了关键零部件,辅件都严重缺失,因此,要抓关键领域,补短板环节,培育壮大产业链。”张进华表示。

另外,要大力推进示范应用,以点带面,有序推进示范应用。“我们也不主张大家一窝蜂全上,在有资源优势和应用需求的区域开展系统的示范,验证技术商业模式。”张进华说,建立氢能供给系统,也需要科学布局、因地制宜,根据资源特色和优势,制定氢能供给模式。

“对于氢能燃料电池在交通领域的应用,中国一定会起至关重要的作用,如果中国做起来,那将推动全球的发展。如果中国的氢能燃料电池在交通领域不能形成主流技术,全球有可能步伐延迟。”张进华说,要大力推进国际化,整合对接国际资源。中国要推动燃料电池的应用需要国际资源的合作与支持。

张进华介绍,中国汽车工业协会2017年发起成立了国际氢能燃料电池协会,该协会定位于覆盖氢燃料电池全产业链、推进燃料电池商业化的非政府国际组织,在中国发起,但不限于中国。希望有志于燃料电池技术、产业化方面工作的专家和机构联合起来,共同推进技术和产业化的发展。

标准法规也是氢燃料电池产业非常重要的制约因素。目前从车辆到关键零部件本身法规标准不健全,特别是从制氢、储氢到加氢站,程序不明确。加氢站严重欠缺,目前加氢站都是各地在做,标准法规的突破至关重要。

最后,还要加强公众宣传教育。“加强宣传至关重要,现在有些官员仍然认为氢与不安全画等号,进行科学普及至关重要。”张进华表示。

来源:中国科学报

作者:贡晓丽

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