“其實氫能面臨的挑戰(zhàn)比燃料電池本身的挑戰(zhàn)要大得多。”中國科學(xué)院院士歐陽明高曾多次在采訪中反復(fù)指出當前發(fā)展燃料電池汽車面臨的一大困境——儲氫技術(shù)仍面臨重大挑戰(zhàn)。
7月，全球首座低壓加氫站落戶遼寧，低壓固態(tài)儲氫技術(shù)迎來突破。 “氫能源汽車發(fā)展有著可喜的前景，低壓合金儲氫技術(shù)來的正是時候。” 中國工程院院士郭孔輝這樣評價。
那么，我國目前的儲氫、加氫情況如何?低壓儲氫技術(shù)能夠解決我國氫燃料汽車發(fā)展的 “卡脖子”難題嗎?
低壓儲氫具一定創(chuàng)新性
據(jù)了解，目前，氫的儲存主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固體儲氫三種方式。高壓氣態(tài)儲氫已得到廣泛應(yīng)用，低溫液態(tài)儲氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫尚處于示范階段。
下圖是研發(fā)方給出的低壓固態(tài)儲氫技術(shù)(合金固態(tài)儲氫)與國內(nèi)主流的35MPa高壓儲氫的數(shù)據(jù)對比。從圖中可以看出，低壓儲氫的優(yōu)勢主要在于需要的儲氫設(shè)備的體積小，加氫站設(shè)備成本低。但劣勢在于儲氫罐重量大，儲氫系統(tǒng)成本高。
工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心副研究員尚勇指出，該技術(shù)可以使運輸、儲存到加注環(huán)節(jié)的壓力降低下來，這樣就可以繞過國外的氫壓縮機以及儲罐的技術(shù)壁壘，實現(xiàn)自主突破;另外在儲氫密度上又能提高三倍，初步計算可以產(chǎn)生20倍的放大效應(yīng)。
“目前，我國沒有高強度的碳纖維和高壓的壓縮機，因此采取低壓合金儲氫技術(shù)路線是可行的，也具有一定創(chuàng)新性。”中國科學(xué)院院士都有為評價說。
當前更適合公交領(lǐng)域
但是，儲氫罐重量偏重帶來的成本問題確實也難以忽視。“從給出的各項數(shù)據(jù)上來看，目前的低壓儲氫技術(shù)更適合公交領(lǐng)域。”張家港氫云新能源研究院院長魏蔚對記者表示。
魏蔚指出，低壓車載儲氫系統(tǒng)的重量是現(xiàn)在高壓儲氫方式的三倍以上，因此低壓儲氫系統(tǒng)當下的目標定位應(yīng)該是對重量不敏感的車型。畢竟，車輛重量的增加，意味著終端用戶使用成本的增加，再加上系統(tǒng)成本偏貴，因此該技術(shù)目前更適合的應(yīng)用場景主要是以政府采購為主、成本相對不很敏感的公交領(lǐng)域，而向其他領(lǐng)域拓展應(yīng)用的難度較大。同時，公交車作為大量載人的交通工具，對安全性要求更高，相比之下也更適合低壓儲氫技術(shù)路線。
對于成本問題，該技術(shù)的研發(fā)方之一——有研工程技術(shù)研究院教授級高工蔣利軍表示，低壓合金儲氫技術(shù)目前確實存在重量偏重的問題，百公里耗氫量比高壓儲氫多0.3公斤，按照目前每公斤50元的價格計算，百公里增加的用氫成本是15元。他同時表示，未來努力方向是通過產(chǎn)品的標準化和批量化，以及改善儲氫材料等方式降低成本。
我國高壓加氫站是主流
加氫站方面，《中國汽車報》記者從一份研報中看到，目前，全球加氫站主要以高壓儲氫和低溫液態(tài)儲氫為主，全球加氫站中約1/3為液態(tài)加氫站，日本約半數(shù)加氫站為低溫液態(tài)儲氫配套低溫泵加氫站，而我國的加氫站建設(shè)還處于發(fā)展初期，現(xiàn)階段國內(nèi)運營的加氫站均為高壓儲氫加氫站。
數(shù)據(jù)顯示，設(shè)備成本占據(jù)國內(nèi)加氫站建設(shè)的70%左右。根據(jù)測算，不含土地費用，國內(nèi)建設(shè)一座日加氫能力500公斤、加注壓力為35MPa的加氫站需要約1200萬元，約相當于傳統(tǒng)加油站的3倍。對于商業(yè)化運營的加氫站，除建設(shè)成本外，還面臨著設(shè)備維護、運營、人工、稅收等費用，折合加注成本約在13-18元/公斤左右。
對比看來，低壓加氫站300萬元的建設(shè)成本確實減小不少。同時，研發(fā)方稱，該技術(shù)在加氫時采用無加壓，不存儲的加注方式可以降低加氫站設(shè)備與投資要求，占地面積由原先的3000平米大幅降至300-500平米;高壓加氫站受到加壓機以及高壓儲氫容量的影響，站內(nèi)氫氣存儲量在500-2000公斤不等，而低壓加氫站則不受存儲量的限制;低壓加氫站還可通過對現(xiàn)有加油站和CNG加氣站稍加改造的方式投入運營。
大規(guī)模應(yīng)用還有很長的路
在車載儲氫技術(shù)方面，高壓氣態(tài)儲氫是國內(nèi)外的主流，并在燃料電池車上配裝高壓儲氫瓶。同等體積下，壓力越大儲氫量越高，車輛行駛里程就更遠。然而，受儲氫瓶材料限制，我國高壓儲氫的壓力多為35MPa，歐、美、日等國家采取的壓力則是70MPa，這限制了我國氫燃料電池汽車的發(fā)展。
對此，有研工程技術(shù)研究院的一位工作人員表示，低壓固態(tài)儲氫的壓力僅為5MPa，繞過了高壓儲氫因高壓受限于儲氫材料的情況。低壓合金儲氫系統(tǒng)的制造過程從原材料到生產(chǎn)全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，合金材料也可回收再利用。
另外，雖然高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)比較成熟，應(yīng)用普遍，但是該技術(shù)存有泄漏、爆炸的安全隱患，安全性能有待提升。低壓合金儲氫的加氫系統(tǒng)、加氫站操作便捷迅速，加氫壓力降低，體積小，安全程度高。
“我們的目標是打造更符合中國國情、更安全、更經(jīng)濟的燃料電池汽車技術(shù)。”同為研發(fā)方之一的深圳市佳華利道新技術(shù)開發(fā)有限公司董事長凌兆蔚說。
但在當前高壓儲氫為主流的情況下，低壓合金儲氫的推廣難度很大。一位不愿具名的業(yè)內(nèi)人士指出，高壓儲氫產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在國內(nèi)外逐步發(fā)展起來，低壓儲氫技術(shù)想要大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將面臨與現(xiàn)有高壓儲氫技術(shù)推廣競爭的態(tài)勢，想要發(fā)展勢必還有很長的路要走。“如果這個技術(shù)路線更可行的話，國外早就發(fā)展了，不會是現(xiàn)在高壓儲氫占主流的態(tài)勢。”這位業(yè)內(nèi)人士說，低壓儲氫技術(shù)路線走向產(chǎn)業(yè)化會面臨相當大的挑戰(zhàn)。
缺乏頂層設(shè)計是真正的攔路虎
歐陽明高表示，新一代的制氫技術(shù)在科學(xué)層面已經(jīng)有突破，但如何實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用更為重要。
根據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書(2016)》，到2020年我國建成加氫站將達100座，2030年將達到1000座。數(shù)據(jù)顯示，截至2018年，全球已建成369座加氫站，日本、德國、美國合計占比54%。我國排名第四，已建成23座，占比6%。其中，建站手續(xù)齊備的商業(yè)化加氫站6座。多數(shù)加氫站的規(guī)劃設(shè)計、工藝流程及設(shè)備配置、氫源選擇、自動控制系統(tǒng)等尚不能滿足商業(yè)化運營要求，耐久性驗證較少。
缺少國家頂層設(shè)計是真正的攔路虎，這導(dǎo)致加氫站建設(shè)的審批流程復(fù)雜、投資大、盈利能力有限、回報周期長等。魏蔚表示，單純的加氫站建設(shè)時間在幾個月左右，但是審批則較為復(fù)雜。究其原因，主要是因為氫目前仍屬于?；罚冻龅慕ㄔO(shè)成本和時間成本很高。
據(jù)了解，目前氫燃料電池汽車的制造主要歸口工業(yè)和信息化部管理，加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚沒有明確的主管部門，特別是加氫站用地審批難已經(jīng)嚴重制約了加氫站的建設(shè)速度。就目前發(fā)展來看，我國已經(jīng)出現(xiàn)了燃料電池汽車與加氫站數(shù)量不匹配的跡象，如果不改善將影響到整個產(chǎn)業(yè)化進程。(趙玲玲)
關(guān)鍵詞： 氫燃料汽車發(fā)展
