?前兩天被比亞迪的刀片電池刷屏,不管怎么說這都是技術的進步。借著刀片電池的熱度,我們今天聊聊燃料電池汽車這個話題,作為一枚這個領域的博士,對燃料電池汽車的未來肯定是充滿憧憬,但就是太想它能有一個光輝的未來,所以非常不愿意看到這個領域成為一個補貼騙局。
從我們現有的已經掌握的技術來看,燃料電池汽車本身的技術優勢自然是不言而喻。
從技術角度來看,燃料電池是一種能量轉化裝置。
與一般電池不同的是,氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣結合起來產生電力、水和熱的電化學裝置,其反應產物主要是水。這無論是相對傳統化石燃料的傳統發動機還是全生命周期碳排放較高的電動汽車而言,優勢都很大。
此外燃料電池的做功比氫氣單純燃燒的效率要高2-3倍,且安靜無污染。其相對電動汽車,具有加氣時間短,能量密度高,續駛里程長等優點,一度被認為是未來替代電動汽車的終極方案。
發展燃料電池汽車對各大車企有什么利益?
首先,肯定是高額的補貼!
燃料電池乘用車依然按燃料電池系統的額定功率進行國家補貼,即補貼標準為6000元/kw,補貼上限為20萬元/輛。但必須滿足乘用車燃料電池系統的額定功率不小于10kW的條件,并且燃料電池系統的額定功率與驅動電機的額定功率比值不低于30%。
比值介于0.3~0.4的車型按0.8倍補貼,比值介于0.4~0.5的車型按0.9倍補貼,比值在0.5以上的車型按1倍補貼。同時廣州上海北京等地方政府也進一步配套約0.5~1倍的補貼。
其次,便是更高的積分!
插電式混合動力乘用車的積分只有2分,每一輛電動車分值也就3~5分,但如果換成約60~90kW功率的燃料電池汽車,每輛車的分值將多達9~15分,非常誘人。
最終,對于作為中國最大的高油耗車型SUV制造商,對于背著巨大負積分壓力的車企,比如長城汽車來說,大力發展燃料電池汽車成為了他們積分和補貼雙收的絕佳選擇。
因此,手握大量現金流的長城汽車,也開始一擲千金。
先是在2018年8月,成功控股上海燃料電池汽車動力系統有限公司。
緊接著在2018年10月,入股世界領先的德國加氫站運營商H2 MOBILITY,將和H2M合作共同推進歐洲、中國乃至全球的氫能基礎設施建設,進而學習到H2M在加氫站的建設與商業運營上的經驗,為將來長城汽車在中國國內建立有競爭力、可靠性和安全性的加氫站基礎實施網絡奠定了基礎。
短短幾個月,長城汽車就實現了燃料電池汽車研發及加氫等配套設備搭建能力的從無到有,當然這也可從另一個側面看出負積分壓力真的讓長城汽車很難受。
而在氫燃料電池汽車研發上布局已久的上汽集團,早已通過電動汽車賺足了積分,因此積分對他們來說反而沒有那么重要,他們對高額的補貼更感興趣。
比如2017年底上市的上汽大通FCV80,補貼多達100萬,售價130萬(補貼后售價30萬)的,剛上市,就拿到了100輛的訂單了。但是鑒于上海市地方補貼在2018年下調到了0.5倍,這也著實讓上汽吃了啞巴虧,因此陳虹才在兩會上著急喊出恢復之前1倍地方補貼的請求。
但是無論是剛布局不多久的長城汽車等,還是老牌燃料電池汽車廠家上汽等。都面臨著相同問題,就是以加氫站為代表的燃料電池汽車基建的問題。因此各大車企的掌舵人在2019年兩會上的提案的側重點都紛紛聚焦到氫燃料電池汽車發展的必要前提條件之一加氫站上。
但是除了加氫站,還有很多制約著燃料電池乘用車發展的因素。
我國燃料電池汽車的發展所面臨的挑戰
根據氫燃料電池汽車產業鏈所處位置不同,鏈條上的企業大致可細分為三個部分:上游,主要包含氫資源的生產、運輸等;中游,為燃料電池系統,主要是電堆和氫氣儲存設備及配件;下游,是應用板塊,包括加氫站、新能源汽車應用等。現階段這三個部分都面臨著巨大的挑戰:
一、
關鍵技術難攻克
氫燃料電池所用的質子交換膜耐溫只有120℃,它的工作溫度85℃至90℃,不能超過100℃,但在溫度比較低的時候,空氣上壓力加不上去,化學反應就會受影響而全球能夠商業化供應氫燃料電池質子交換膜材料的公司除了美國杜邦和美國戈爾之外,再無他家。日本的一家公司也能做,但是不對外銷售。
最終我國裝車用的燃料電池電堆模塊只有2.4kW/L,遠低于豐田的3.2kW/L。此外,我國車用燃料電池的鉑用量也比國際先進水平多,電池系統的空壓機和70兆帕的氫瓶仍處于開發階段。
國內燃料電池使用壽命也太短。上汽榮威950燃料電池汽車運行時間在3000小時左右,在2018年4月才首次突破5000小時的運營要求。更重要的是,由于對環境、溫度、濕度無法控制,在實際運營中,氫燃料電池的壽命會大打折扣。
而韓國現代汽車的新一代燃料電池汽車NEXO在耐久性方面已達到10年內保障運行16萬公里的水平,與傳統燃油汽車水平相當。
二、
成本過高
1、整車成本。
燃料電池車相對獨立復雜的動力系統中的以雙極板、質子交換膜和鉑系催化劑等高成本零部件,直接導致燃料電池車的成本增加。
比如:豐田Mirai售價6.9萬美元,遠高于其他動力形式的同級別車輛。而這些高成本零部件現階段都基本被以加拿大的巴拉德Ballard和Hydrogenics為代表的國外公司壟斷。
面對現階段的巨額補貼,很多整車廠為了巨大利益,不會慢慢的扶持國產零部件供應商專心搞技術,他們做的可能會像混合動力汽車、電動汽車推廣初期時一樣,抱著趁早裝車賺補貼的態度,花大價錢直接或者間接采購國外核心零部件,把大把的國家補貼送到了國外供應商下。
2、運營成本。
目前,建成一座加氫能力大于200公斤的加氫站需要1000~2000多萬元,如此高昂的建設成本顯然是加氫站快速發展的最大障礙。
盡管根據我國2016年發布的“節能與新能源汽車技術路線圖”來看,2020年、2025年、2030年,中國燃料電池汽車的規模要分別達到5000輛、5萬輛以及100萬輛,全國加氫站在2030年時要達到1000座,但目前我國運行的加氫站僅有17座,在建的也只有45座而已。
可見,加氫站建設速度遠遠無法滿足氫燃料電池汽車整車推廣的需求。
此外采用鉑作為催化劑時,對氫氣純度要求較高,需要達到四個九即99.99%以上要求的高牌號氫氣,高純度的氫氣生產成本也非常高。而為了保證氫氣運輸安全,壓力容器必須很牢固,同時運輸氫氣的壓力不能太大。最終綜合來算,氫氣儲存和運輸成本每立方米約為9元,遠超過制氫成本。且目前我國氫氣儲存和運輸企業少,氫氣的供給體系并不穩定。
三、
安全問題
燃料電池加氫的背后,需要一整套氫能源生產和運輸網絡作為支撐。
氫氣本身的安全問題、加注氫燃料時的安全及操作過程中的安全問題都需要解決好。
普遍來說,加氫站儲氫裝置應該滿足能承受高壓、具備在線監測功能、發生危險自動報警、良好的經濟性要求。顯然,滿足這些要求的加氫站在初期的建設成本不會低。
可見核心技術差距、車輛和加氫站的巨大成本、安全問題都是橫跨在政府和企業面前的一條極難逾越的鴻溝,讓總理也都操碎了心。
現階段乘用車方面推廣情況都難以讓人滿意
擁有最多市場份額的要數豐田的Mirai,但也指示以僅僅2039輛的注冊量就占據了全球燃料電池汽車銷量的88%;其次是現代ix35 FC160,占據全球市場份額的比例為7%;本田Clarity以113輛的注冊量位居第三,占比5%。
相較之下,我國正式推出的燃料電池乘用車落地產品僅有上汽榮威950 fuel cell一款,且并未正式面向私人消費市場。奇瑞等廠家的燃料電池汽車還處于概念階段。
而與純電動汽車相比,燃料電池汽車不僅在我國,在全世界的推廣應用都不太理想,甚至有向電動汽車倒戈的傾向。
在純電動汽車的推廣初期,由于動力電池能量密度低充電速度慢等問題,包括豐田在內的很多汽車廠及研究機構都認為燃料電池汽車是電動汽車的終極階段。
但近年來,隨著動力電池技術的不斷進步,就產業成熟度而言,燃料電池汽車與動力電池電動汽車相比,也有了10年甚至更長的差距,孰優孰劣已經另有結論。
曾經受到熱捧的氫燃料電池技術,在其大本營日本也遭遇了發展阻礙。
豐田銷售的幾千輛燃料電池汽車中,多達80%用于租賃業務,其性價比也遠未達到市場推廣要求。
2018年6月,日產汽車和法國雷諾的企業聯盟已決定,凍結與德國戴姆勒和美國福特汽車共同推進的燃料電池車(FCV)商用化計劃,今后將把經營資源集中于純電動汽車(EV)。之前對電動汽車十分不屑,堅決不躺電動汽車那蹚渾水,只專心搞自己的氫燃料電池車和油電混動車的豐田,也終于按捺不住,轉而盡快投身到量產型純電動汽車中去。
特斯拉CEO馬斯克也公開嘲諷氫燃料電池車制造商“相當愚蠢”,是‘把資金賭在幻想上’,叫‘未來’的燃料電池車,沒能為這個產業奪回未來,未來,只屬于純電動汽車。
相信一次專家?
專家普遍認為我國氫燃料汽車技術落后國外發達國家5~10年。國外燃料電池汽車已經突破了技術難關,開始攻克成本和服務設施了,而起步較晚的國內仍然面臨著技術問題。但即使是是全球公認燃料電池技術領先的國家之一加拿大,他們也沒有實現產業化。
因此,國內很多專家學者都認為,目前國內的氫燃料電池同樣有些熱的過頭了,都熱衷于造車,而不是做基礎研究攻克關鍵技術。政府和車企應該聯合大學等研究機構,把膜、催化劑、極板等基礎問題解決了,而不是做多少輛車。
也許這次汽車企業應該更相信一下專家們,投入足夠的時間、精力和資金到支持燃料電池汽車關鍵核心技術研發中,而不要只甘心做一個技術"皮包公司"或者“裝配廠”,去賺那一波政府補貼!