燃料电池汽车离产业化还有多远

中国汽车工业协会最新数据显示,今年前4个月,我国新能源汽车产销分别完成23.2万辆和22.5万辆,比上年同期分别增长142.4%和149.2%,不仅远超车市整体增幅,也远超人们预期。

在这种形势下,汽车行业开始普遍触“电”,纯电动汽车市场已经挤得“无处下脚”。不少企业另辟蹊径,开始投身氢燃料汽车的研发,不少地方也纷纷将燃料电池汽车产业列为发展重点。

那么,燃料电池汽车离真正产业化究竟还有多远呢?

成熟度比电动车至少差10年

在前不久举行的北京国际车展上,福田欧辉8.5米氢燃料电池客车吸引了不少观众眼球。据介绍,该车加注氢气10分钟,续航里程可达500公里,目前已获得百辆订单,这也是燃料电池汽车全球最大商业化订单。

“在世界各国政府、科研机构和企业共同推动下,燃料电池技术近年有较大进展。”中国汽车工业协会常务副会长董扬表示,从加拿大巴拉德公司1991年申请专利开始,燃料电池汽车的研究已有近30年历史。2015年1月,丰田汽车公司的“未来”(Mirai)品牌燃料电池汽车正式投产销售,标志着燃料电池汽车的技术路线基本确定,开始进入产业化阶段。

虽然我国燃料电池产业起步比日本晚,但近年来也取得了长足进步。经过20多年的研发和示范运行,目前我国已经初步掌握燃料电池电堆及其关键材料、动力系统、整车集成和氢能基础设施的核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台,培育了一批从事燃料电池及关键零部件研发生产的企业,初步形成了以大学研究院所为主,骨干企业参与,涵盖制氢、储氢、输氢、氢安全及燃料电池技术的研发体系,实现了百辆级动力系统与整车的生产能力。截至2017年底,我国燃料电池汽车商业化订单已突破千辆,用于示范运营的氢燃料电池汽车有200余辆,全国范围内建成加氢站8座。

不过,这组运营数字远不如纯电动汽车。“虽然燃料电池有电堆效率比内燃机高、完全没有排放污染等巨大优点,但是由于氢的储存方法未能确定,电堆体积过大,效率太低,质子交换膜使用贵金属多等具体技术问题未能攻克,燃料电池汽车真正产业化还面临较多困难。”董扬认为,当前我国燃料电池汽车与2009年的纯电动汽车状况相似,还属于“十城千辆”的规模化研发推广阶段。就产业成熟度而言,燃料电池汽车与动力蓄电池电动汽车相比,还有10年甚至更长的差距。

产业突破必须迈过“三道坎”

乘用车最能体现一国汽车产业技术水平。数据显示,当前全球燃料电池乘用车市场主要为日本丰田、本田和韩国现代汽车所占据。其中,丰田的Mirai以2039辆的注册量占据了全球燃料电池汽车销量的88%。相较之下,我国正式推出的燃料电池乘用车落地产品仅有上汽荣威950一款,且并未正式面向私人消费市场。

为何我国氢燃料电池汽车难以推广呢?“首先,燃料电池使用寿命太短。”新研氢能源科技有限公司CTO、IEC国际标准召集人齐志刚举例说,上汽荣威950燃料电池汽车运行时间在3000小时左右,离实际应用所需的5000小时还有较大差距。

“更重要的是,由于对环境、温度、湿度无法控制,在实际运营中,氢燃料电池的寿命会大打折扣。”清华大学汽车工程系教授陈全世表示,即使寿命达到5000小时,以一天运营15小时计算,一辆公交车仅能运营不到一年的时间,根本无法支撑产品的商业化运营。

其次,氢的供应链尚未形成。据专家介绍,关于氢的制取,当前有工业副产氢和利用光伏、风能等碎片化能源制氢等不同技术路线;关于氢的输送,也有高压、液化和利用天然气管道等不同路线,都需要进行经济、技术方面的比较和商业模式的探索。

中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉表示,目前我国氢气储存和运输企业少,氢气的供给体系并不稳定。

再次,生产和使用成本高也制约了推广。“目前,全球技术领先的丰田也是在‘贴钱’推广,其真正的价格要远高于纯电动汽车,更不用说燃油车。”陈全世表示,“丰田去年销售的几千辆燃料电池汽车中,80%用于租赁业务,其性价比也远未达到市场推广要求”。

记者走访发现,目前国内一辆燃料电池汽车售价大都在百万元以上。“之所以价格居高不下,主要原因是规模太小。”上海电器科学研究院北京分院院长卢琛钰表示。

同时,燃料电池汽车使用成本也偏高。“为了保证氢气运输安全,我国规定压力容器必须很牢固,同时要求运输氢气的压力不能太大。”北京低碳清洁能源研究所氢能研发部经理何广利表示,压力低储存量就少,“综合来算,氢气储存和运输成本每立方米约为9元,远超过制氢成本”。

此外,加氢站建设投资也较大。衣宝廉告诉记者,不算土地,一座日加能力在200公斤的加氢站的建设成本至少在1500万元以上,远高于加油站和充电站,这对不少企业形成了较高门槛。

谁能胜出在于市场选择

在我国新能源汽车推广和应用上,始终存在着插电式、纯电和燃料电池三条技术路线之争。其中,由于氢的能量密度是油的两至三倍,再加上它在加氢环节的客户体验和传统能源车是一样的,加一次氢仅用2分钟至3分钟,续驶里程可达500公里至700公里,很长时间以来,燃料电池汽车都被认为是国家新能源汽车技术路线终极解决方案。

然而,与纯电动汽车相比,燃料电池汽车不仅在我国,在全世界的推广应用都不太理想。“本世纪初,在动力蓄电池能量密度达不到汽车使用需求的前提下,专家多认为燃料电池汽车是电动汽车的终极阶段,这可以理解。但是近年来,动力蓄电池技术已有重大进步,对此结论应重新评估。”在董扬看来,就当前技术状况,动力蓄电池电动汽车更适用于城市、短途、乘用车,而燃料电池汽车更适用于长途、重载、商用车。“二者是互为补充的关系,并不是互相替代的关系,至于将来孰优孰劣,由于技术还在发展,基础设施正在建设,商业模式也在持续不断创新,仍存在巨大变数。”董扬说。

氢能燃料电池技术需要加快发展,这符合我国能源革命的需要。“但氢和电都是能源载体,并无‘终极’之说。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高也不同意“氢是终极能源”和“氢能燃料电池车是终极环保车”的说法。他认为,小型轿车对能量要求较低,锂电池可能发挥更大作用,“所以就新能源汽车而言,燃料电池与纯电将来会是共生共存”。

“纯电动、氢燃料和混合动力,都有各自的优势,中国市场这么大,三条技术路线在今天和明天都是需要的。”在5月12日举行的第十届汽车蓝皮书论坛上,上海交通大学智能网联电动汽车创新中心主任殷承良说,至于未来究竟谁能胜出,“取决于技术进步和市场选择”。

按照我国相关产业规划,到2030年,我国燃料电池汽车运营要达到100万辆。届时,中国有望成为全球最大的燃料电池汽车市场。如何加快燃料电池汽车的产业化步伐?“这需要汽车整车及能源大企业等产业主力军介入,产业主管部门牵头,选择条件较好的省域地区开展部省合作。”董扬认为,只有迅速形成万辆等级的生产,才能打通产业链。