氫燃料汽車(chē)的現在與未來(lái)
●圍剿燃料電池系統的瓶頸
燃料電池作為FCEV的動(dòng)力是其核心組成部分,某種程度說(shuō)燃料電池的創(chuàng )新水平,將決定著(zhù)FCEV的產(chǎn)業(yè)化歷程。
有人以為燃料電池以“燃”字當頭,是否由于燃燒資源而獲取能量的,其實(shí)不是,燃料電池是依賴(lài)其裝置中的氫氣和吸取空氣中的氧氣,通過(guò)化學(xué)反應直接轉化為電能的發(fā)電裝置。
當代,燃料電池按照其電解質(zhì),工作溫度和不同用途,劃分為五種類(lèi)別產(chǎn)品。即堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC),在FCEV上幾乎全部應用質(zhì)子交換膜燃料電池。這是因為:它的熱質(zhì)量效率高,在理論上達83%,實(shí)際上已接近70%,它的電堆層面均是固體結構,在車(chē)載各種條件下,和整車(chē)相應結構變形時(shí),不受振動(dòng)因素影響;它相對于其他燃料電池的工作溫度是最低的,處于40-80℃之間,對車(chē)輛的環(huán)境適應性好;多少年來(lái)的創(chuàng )新努力,其關(guān)鍵的材料和零部件質(zhì)量與水平已取得突破性進(jìn)展,應用條件趨于成熟,成本大大下降,很有利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
對PEMFC來(lái)說(shuō)當前最為突出的核心技術(shù)。如碳載體的催化劑是構成燃料電池應用的離子導電性,電池密度強度,電化學(xué)的效率和穩定性,以及電堆壽命有著(zhù)很大關(guān)系,而催化劑上多用貴金屬,如鉑、釕,開(kāi)始時(shí),這已是四、五十年前時(shí)候,鉑用量是5mg/cm2,到上世紀90年代降到0.5mg/cm2,當前更進(jìn)一步的降到0.2mg/cm2,日本業(yè)界稱(chēng)他們的PEMFC鉑用量可降至0.1mg/cm2,這已和內燃機排放三元催化器鉑用量相等同,近來(lái)美國業(yè)界稱(chēng)擬研發(fā)不用貴金屬,用一種石墨烯或二硫化鉬材料替代,成本可大量下降,對產(chǎn)業(yè)化應用很必要;如質(zhì)子交換膜,在電化學(xué)的應用上和催化劑性質(zhì)有很多相同之處,同樣構成關(guān)鍵因素,它和其他燃料電池的電源隔膜很大不同,它不只是一種隔膜材料,更是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)的基底,通常的電池隔膜是屬于多孔的,而質(zhì)子交換膜是一種可選擇性透過(guò)膜,幾乎為國際上膜企業(yè)所壟斷。近日開(kāi)展的汽車(chē)論壇上,專(zhuān)家認為我國對質(zhì)子交換膜燃料電池有了很大進(jìn)步,但關(guān)鍵材料和零部件的國產(chǎn)化率還低,現在在50%左右,力爭2020年達到70%,我們在一些關(guān)鍵的材料和零部件上還處于“新手”狀況,急需提升。
當前我們的FCEV已經(jīng)歷了不短時(shí)段堅苦努力,在科技上有了很大進(jìn)步,但在產(chǎn)業(yè)總體上仍處于萌芽狀況,專(zhuān)家認為不要再犯慢步走毛病,跟隨著(zhù)、分散化、同質(zhì)化老毛病,則有可能會(huì )陷入“中等收入陷阱”中,這樣可能對FCEV發(fā)展很不利。為此我們要認真學(xué)習習總書(shū)記關(guān)于科技轉化為生產(chǎn)力的重要論述。習總書(shū)記說(shuō)“我們必須認識到,從發(fā)展主導國家命運的決定 性因素是社會(huì )生產(chǎn)力,和勞動(dòng)生產(chǎn)率,只有不斷的進(jìn)行科技創(chuàng )新,不斷的解放社會(huì )生產(chǎn)力,不斷的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,才能實(shí)現經(jīng)濟社會(huì )持續健康的發(fā)展,避免陷入“中等收入陷阱”。這很深切的告訴我們,創(chuàng )新科技目的是要加快轉化為社會(huì )生產(chǎn)力。為了加速發(fā)展我們的FCEV事業(yè),必須緊緊抓住科技創(chuàng )新的“牛鼻子”,從氫能和燃料電池的核心帶,從FCEV整體的產(chǎn)業(yè)鏈特色和國情出發(fā),大力加強科技創(chuàng )新驅動(dòng)力,大力加強對材料和核心零部件的基礎研究和應用,使之盡快盡好的把科技轉化為社會(huì )生產(chǎn)力和社會(huì )勞動(dòng)生產(chǎn)率上,這也可以說(shuō)是實(shí)行FCEV發(fā)展供給側結構性改革的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
這樣,我們設想是參照電動(dòng)車(chē)“三縱、三橫技術(shù)路線(xiàn)”,進(jìn)一步實(shí)施“三縱、三橫、三平臺的FCEV產(chǎn)業(yè)化路線(xiàn)”上。更多的從商業(yè)模型,也可能說(shuō)是系統工程模型上,思考FCEV的戰略、策略,從整體上有效控制和實(shí)施FCEV產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的路線(xiàn)圖。
這里“三縱”是指:純氫能燃料電池汽車(chē),甲醇燃料電池汽車(chē)和氫電混合燃料電池汽車(chē),這是當前構成FCEV的基本結構車(chē)型;“三橫”是指:質(zhì)子交換膜燃料電池系統,電控
這里“三縱”是指:純氫能燃料電池汽車(chē),甲醇燃料電池汽車(chē)和氫電混合燃料電池汽車(chē),這是當前構成FCEV的基本結構車(chē)型;“三橫”是指:質(zhì)子交換膜燃料電池系統,電控及安全控制系統和關(guān)鍵材料和零部件系統,這是構成FCEV核心技術(shù)運作方向和基礎研發(fā)和應用的要害;“三平臺”是指:國家政策引導和支持平臺、新型FCEV整體設計和智能化融合發(fā)展平臺和社會(huì )基礎設施和服務(wù)平臺。在FCEV初期平臺,作用至關(guān)重要,是FCEV走向規范化發(fā)展內涵的重大要素,這樣“三縱、三橫、三平臺”構成了新型FCEV產(chǎn)業(yè)化系統工程架構,具有綜合、生態(tài)、包容、開(kāi)放、融合、可控、集成、動(dòng)態(tài)、重組、突變的能力,對建立FCEV的實(shí)體經(jīng)濟實(shí)力,建設自主品牌力,提高國際競爭力具有現實(shí)的可操作指導意義。
●氫能經(jīng)濟社會(huì )的曙光
在上世紀70年代初,世界上發(fā)生了第一次石油危機,在美國許多汽車(chē)因缺石油停駛了,電廠(chǎng)停電了,對人們生活和社會(huì )影響很大,于是美國通用汽車(chē)公司提出 “氫經(jīng)濟”概念,設想汽車(chē)能不能不用石油,而用氫能。在近半個(gè)世紀來(lái)氫能得到了巨大發(fā)展,即使當前對氫能應用還有許多重大困難,但氫能運行的科技和生產(chǎn)力都得到全世界,包括聯(lián)合國的認可,這成為新興能源歸宿的規律。在新世紀,人們不僅是對石油資源很感緊張,即使發(fā)現頁(yè)巖氣或是海底可燃冰,但總有用完的日子,更重要的是汽車(chē)的石油能源的大量燃燒排放出毒氣,形成對社會(huì )上污染,一氧化碳,碳氫化合物,氮氧化物和PM2.5,以及汽車(chē)的二氧化碳排放,問(wèn)題越來(lái)越突出,因此,使人們的生活和生產(chǎn)受到越來(lái)越重的傷害。舉個(gè)例子,一輛汽車(chē)每燒3.8升汽油,將向空氣排放42.3公斤二氧化碳,現世界上有12億輛汽車(chē),2030年將達到23億輛汽車(chē),如果不加嚴格治理,促使兩極的雪快速融化,有些海洋小島國家已經(jīng)被淹沒(méi),跑出逃命,再就是多少年份后,海水上漲,包括紐約、東京、倫敦、上海……城市也會(huì )被海水淹沒(méi),地球氣候災害頻發(fā),這已成為全世界各個(gè)國家的共識。去年在巴黎召開(kāi)的全球氣候會(huì )議,通過(guò)了《巴黎氣候協(xié)議》,有170多國家確認,這是繼《京都議定書(shū)》之后,第二份具有國際性法律約束的歷史性協(xié)定,中國提出按《共同但有區別責任原則》,堅決執行協(xié)議精神和組織實(shí)施。俗話(huà)說(shuō):“人無(wú)遠慮,必有近憂(yōu)”,而正是氫為替代石油找出一條出路,很現實(shí)的路子,盡管困難相當的大,但“氫經(jīng)濟”步代迎難而上,也就順理成章了。
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