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氢能来了:未来半数商用车或使用氢燃料,卡脖子技术待解

报告显示,保守估计到2050年,氢燃料电池汽车将覆盖15%的乘用车和50%的商用车。

"从煤到石油再到天然气,我国的能源(利用方式)走的是一个'脱碳加氢'的过程。"中国氢能联盟专家委员会主任、同济大学校长助理余卓平,10月11日在海南省举行的中国氢能源及燃料电池产业高峰论坛(以下简称"论坛")上表示。

论坛同时发布了《中国氢能源及燃料电池产业发展研究报告》核心观点(以下简称"报告")。报告认为,氢能将纳入中国终端能源体系,与电力协同互补,共同成为终端能源体系的消费主体。

煤是一种复杂的混合物,以碳元素(C)为主,含有少量氢(H)、硫(S)、氮(N)等元素;石油的主要成分是丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10) ;而到了天然气,主要成分为甲烷(CH4),碳氢原子比达到1:4。

氢气和氧气的反应最终只生成水,属于真正意义上"零碳排放"的燃料。因此,报告估计,到2050年,氢能在中国终端能源体系中将至少达到10%。

燃料电池推动氢能发展:二次能源可用可存,可与电力互补

纵观世界,日本于1993年启动以氢能为核心的世界能源网项目,是最早系统指定氢能发展规划的国家;21世纪初,美国和欧洲先后跟上。相比之下,中国的氢能发展起步较晚,2014年,中国国务院办公厅印发《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》,将氢能与燃料电池列入"20个重点创新方向之一"。

此后,燃料电池汽车的迅速发展逐渐带动了氢能的发展。报告显示,保守估计到2050年,氢燃料电池汽车将覆盖15%的乘用车和50%的商用车。

燃料电池汽车和现在马路上烧油的内燃机汽车相似,主要是因为燃料电池的工作方式和内燃机相似,工作时要连续送入燃料--氢气和氧化剂(空气),排出反应物--水。相比纯电动车,燃料电池汽车也和内燃机汽车一样,具有补充燃料快、续航里程长等优势 。

"可以将2018年,定义为中国氢能源及燃料电池产业发展元年。"中国氢能联盟理事长、国家能源集团总经理凌文,在论坛的媒体见面会上,向包括澎湃新闻(www.thepaper.cn)在内的媒体表示。

与化石能源不同,氢能是一种二次能源,无法直接从自然界获取,只能由加工转换后得到,因此也是一种能源载体。氢的来源很广泛,既可以借助传统化石能源如煤炭、石油、天然气等低碳化技术制取,也可以通过风、光、水等可再生能源制备。目前世界上主要通过化石燃料来制备氢气。

根据报告,中国的氢产量约为2500万吨,其中煤制氢约占40%,是作为煤炭气化过程中的副产品。目前国内低质褐煤的保有储量约1300亿吨,占煤炭储量13%,褐煤碳含量低,氢含量相对高,因此科学利用褐煤,相当于发现了一种新能源,也是对煤炭的高效利用。此外,氢能还可以作为一种储能方式,与智能电网相结合,在能源生产侧统筹电力和电量的平衡。

"氢能将有助缓解我国弃风、弃光、弃水问题。"国家能源局能源节约和科技装备司司长王思强表示。

利用富裕的可再生电力制氢,将氢能作为各种间歇性可再生能源,与现有能源体系有机结合的耦合点,或可实现多种能源跨地域、跨时间优化配置。通过可再生能源发电-制氢储存-氢气再根据应用需求引导发电这样的流程,使风、光、水等可再生能源得到更大规模开发使用。根据中国科学院大连化学物理研究所衣宝廉院士在论坛上提供的数据,目前中国的弃风、弃光、弃水量,可制氢300万吨。

氢能成为了对现有能源的更高效利用,政策层面仍在继续支持刚刚起步的氢燃料电池汽车及氢能的发展。2018年2月,国家财政部等四部委印发了《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,在大幅度调整其他新能源车型补贴时,对氢燃料电池汽车仍保持高额补贴支持,其中,乘用车最高20万元,轻型客车、货车最高30万元,大中型客车、中重型物流车最高50万元。上海对燃料电池汽车的地方补贴仍保持最高1:1的比例。

关键技术"卡脖子":电堆用铂量高,传感器等有待国产化

与石油在交通领域应用的配套工程相似,要让氢顺利应用在燃料电池汽车上,主要环节包括制氢、储氢、运氢和加氢。虽然中国在制氢环节拥有独特的资源优势,但由于氢能发展起步较晚,在储氢、运氢和加氢方面,仍被技术瓶颈、基础设施落后等问题"卡脖子"。

"与欧洲和日本相比,我们还有不小的差距。"凌文此前在接受媒体采访时表示,"目前中国在技术储备方面具有一定基础,但核心技术、关键零部件、产业链培育、标准制定等方面,都有较大的差距。"

上汽集团前瞻技术部总经理张程向澎湃新闻记者介绍了目前"卡脖子"的几个问题:首先,燃料电池作为氢能在交通领域实现应用的核心,目前在制造上有5种零件仍需依赖进口。其次,铂(Pt)作为燃料电池的催化剂,属于贵金属和稀有金属,实现技术突破将铂的使用量降下来,才能大大降低制造成本。以率先实现氢燃料电池车量产的丰田Mirai为例,一辆车的用铂量仍需要约20克。此外,包括用来压缩气体的空压机,和测量气体泄漏的氢气传感器等,在技术国产化方面仍有待突破。

对此,中国航天科技101所副总工程师刘玉涛提出了不一样的解决之道。刘玉涛向记者介绍,目前进口的氢气传感器,检测时间也要在几秒左右,而中国航天级传感器的监测时间已经能做到约1秒左右。在储氢环节,对于能实现大规模存储、远距离输送的液态氢,在上世纪60年代左右,中国也已经能大规模生产。液氢是运载火箭的主要燃料。

"好多航天方面的技术,我们正在研究把它们低成本化。"刘玉涛表示。

上海舜华新能源系统有限公司董事长高顶云则向澎湃新闻介绍了另一个"卡脖子"的环节--加氢站。与加油站类似,使用氢作为燃料的车,在燃料耗尽后需要到加氢站进行补给。高顶云认为,国内加氢站的建设滞后,主要是由于安全标准较为保守,造成选地、用地较为困难;其次相比已经成熟的加油站建设,建设加氢站的成本较高,缺乏投资。

"目前国内真正对外开放的加氢站数量,在一个巴掌之内。"余卓平在论坛上表示。

根据《全球加氢站统计报告》,截至2016年年底,全球建成并正在运营的加氢站有274座,其中欧洲106座,亚洲101座,北美64座。
广东省佛山市副市长许国也提出"没有加氢站网络,再好的氢能汽车都是废铁一堆"。目前佛山市正在推进建设加油、充电、加氢的"三合一"站。,许国表示,未来佛山市还将致力于降低氢气价格、大功率燃料电池电堆开发,以及央企和民企加氢站的多元化推进等。2017年12月,佛山市的本地化首列氢能源现代有轨电车正式下线运营,车辆最高时速70km/h。

"(氢能的发展)要尽快打通国产化产业链,尽早摆脱依赖补贴的局面。"许国表示。

澎湃新闻