作为宇宙中分布最广泛的物质,氢构成了宇宙质量的75%,也被称为人类的终极能源。氢能大量地存在地球上的海水中,如把海水中的氢全部提取出来,将是地球上所有化石燃料热量的9000倍。
氢能被誉为下一代二次清洁能源,氢能源已经被视为21世纪最有发展潜力的新型能源,人们对氢能源的兴趣从200多年前就已经开始了。
氢分子通过燃烧与氧分子结合产生热能和水。氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电,根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车。氢燃料电池汽车的燃料是氢气,排放物是水,具有节能环保、零排放、能量转换效率高、加氢快、续驶里程长等特点,被称之为为终极环保汽车。
然而氢气的高效制备以及安全存储和运输一直以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。当前阶段燃料电池汽车不能快速发展的原因,还存在着一方面是成本的制约,另一方面,虽然目前氢燃料电池汽车在一些关键技术上已经取得大幅进展,但是氢燃料电池同样需要面临建设基础设施加氢站、在低温条件下车辆的启动问题,以及车辆行驶过程中转化而来的水的排放等问题,这些问题制约着氢能汽车的大规模产业化发展。
传统储氢方法有两种,一种方法是利用高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气,但钢瓶储存氢气的容积小,而且还有爆炸的危险;另一种方法是储存液态氢,但液体储存箱非常庞大,需要极好的绝热装置来隔热。
氢燃料汽车
北京大学化学与分子工程学院马丁研究组与中国科学院山西煤化研究所温晓东以及大连理工大学石川等合作研究发现,将铂单原子分散在面心立方结构的碳化钼(α-MoC)上制备的催化剂可用于甲醇的液相重整,在较低温度下(150—190摄氏度)能够表现出很高的产氢活性。
同时,该研究团队在在水煤气变换产氢过程(CO+H2O=CO2+H2)中也突破了低温条件下高反应转化率与高反应速率不能兼得的难题, 发展了基于Au/α-MoC的新一代催化过程。
相关研究进展分别发表在2017年4月6日《自然》和2017年7月28日《科学》
上。
上述研究进展被多家科学媒体报道并高度评价,有关媒体认为“随着此
高活性催化体系的成功,把氢气存储于甲醇并在需要时重整释放的概念可能
得到实际应用,这是氢能储存和输运体系的一个重大突破”。
尽管目前发展氢能源的成本很高,但是,通过专业机构的分析显示,从长远来看,氢能基础设施的建设比投资充电站更节省成本。
当氢燃料电池电动汽车(FCEV)的预定规模在10万辆时,预计加氢基础设施总成本约为4.5亿欧元。而部署相同规模的电池电动车(BEV),需要的充电站成本约为3.1亿欧元。然而,由于加氢站相对集中,当部署更多的车辆时,氢能基础设施的成本的就更低一些:
我国的氢能源的发展比起日本、欧洲等国家来说,其实不算很早。但中国的氢能在世界上却有一定的地位,首先从氢气的产量上来讲,我国是世界第一大产氢国,年产大约1000多万吨的氢气。全世界最大的一个制氢工厂就在我国的鄂尔多斯,采用煤来制氢,一年能够生产18万吨氢气。另外,和日本一样,我国是世界最大的储氢材料产品国。中国和日本两国几乎包了全世界金属储氢材料的生产,而且中国的销售量比日本还要大。产量第一,储氢材料产销量第一是目前我国在氢能发展方面取得的两大成就。
近几年来,欧美、日、韩等发达国家及企业已经投入巨大的资源来发展氢能经济,尤其日本已经制定氢能经济路线图。而欧美、日韩等国家将氢能应用到汽车领域的技术也属于全球领先水平。然而目前中国的氢能在汽车领域的技术发展还不是很成熟,距离产业化的发展还有一定的距离。
2018年车补贴政策在纯电动客车和专用车补贴大降40%左右之际,氢燃料电池车的补贴额度将继续维持不变,国家发展氢燃料电池汽车产业的决心可见一斑。
科技部部长万钢在大会上表示,要规划建设氢能生产、储运和加氢基础设施网络、制定氢能供给在交通领域应用的技术路线和规划,支撑燃料电池汽车在大规模商业化的应用。在战略联盟的成立下,如今我国的氢能源发展战略,已经上升到了国家能源战略的位置。
汽车补贴的逐渐退坡带来了行业焦虑,氢燃料则成为了中的“香饽饽”。从零部件制造商到整车制造商乃至各地区都在积极布局。
2017年,中国的氢燃料电池汽车也开始进入产业化布局,2017年11月22日,潍柴动力股份有限公司(以下简称“潍柴动力”)发布公告称与罗伯特·博世有限公司(以下简称“博世”)签署战略合作框架协议,就未来合力打造燃料电池技术产业链及双方在智能制造领域的合作进行了框架性约定。
2017年12月21日,在安徽六安,明天氢能产业园正式奠基,预计到2018年6月,该园区将建成为中国第一个千台级燃料电池系统组装生产车间。
明天氢能上海研究院院长许思传表示:“目前,我公司燃料电池电堆的功率密度可以达到3.0千瓦/升,仅次于丰田的3.1千瓦/升。可以说,两者的技术水平完全在同一个级别上,所以我们完全有能力把氢燃料电池系统装配到轿车上。”还有燃料电池寿命方面,许思传表示明天氢能的燃料电池系统已经做到4000小时以上,甚至可以做到5000小时。
今年2月26号,总投资大约8亿人民币的氢燃料电池膜电极产业化项目在广州市黄埔区正式落户。根据广州市黄埔区政府、广州开发区管委会与鸿基创能科技有限公司签署的战略合作协议,双方将共同投资建设该项目。该项目的落户不仅填补了中国高能量密度膜电极制造的空白,还能让中国的氢燃料电池汽车规模化应用提前5-10年。
据了解,鸿基创能计划在今年年底试生产,2019年实现年产10万平方米膜电极的规模,2020年实现产业化大规模发展,并计划与广东省内汽车生产企业联合在2019年下线自主核心技术的氢燃料电池乘用车。
氢燃料电池汽车方面,
福田汽车的欧辉8.5氢燃料电池客车已经在逐步商业化了。
除了传统汽车企业,造车新势力们在氢燃料电池汽车领域也进展迅速。比如:位于杭州的长江汽车,该公司与合作方泰罗斯共同开发的两款燃料电池公交车2017年亮相,采用氢电混合模式,厂家称综合续航里程由纯电模式的390公里攀升至600公里,加氢燃料只需10-20分钟。长江汽车产品涵盖客车、物流车、卡车、乘用车等系列,在北京设立整车研发中心、车联网大数据研发中心。
2018年的小目标是获得销售资质,然后进行小批量的试生产和试销售;2019-2020年的大目标是,产能扩大到1000辆左右,在成本上接近纯电池汽车,进行商业化推广;计划到2022年产能达到万辆规模,完成配套产业链建设,在成本上超过传统燃油汽车,实现细分市场的替代。
2018年2月11日,在科技部、工信部等多部门指导下,由国家能源集团牵头,联合17家机构共同发起的中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟成立,联盟成立后,将加强产业化及市场协同,统筹指导联盟成员在氢能利用技术、安全技术、技术标准上开展深度合作,推动氢能和氢燃料电池在国防、分布式能源、氢动力汽车、储能装备等领域的应用,推动中国氢能社会的构建。
种种迹象显示,氢燃料电池汽车时代正在来临。