低压储氢突破后 氢燃料汽车发展的难题会迎刃而解吗

“其实氢能面临的挑战比燃料电池本身的挑战要大得多。”中国科学院院士欧阳明高曾多次在采访中反复指出当前发展燃料电池汽车面临的一大困境——储氢技术仍面临重大挑战。

7月,全球首座低压加氢站落户辽宁,低压固态储氢技术迎来突破。 “氢能源汽车发展有着可喜的前景,低压合金储氢技术来的正是时候。” 中国工程院院士郭孔辉这样评价。

那么,我国目前的储氢、加氢情况如何?低压储氢技术能够解决我国氢燃料汽车发展的 “卡脖子”难题吗?

♦ 低压储氢具一定创新性

据了解,目前,氢的储存主要有气态储氢、液态储氢和固体储氢三种方式。高压气态储氢已得到广泛应用,低温液态储氢在航天等领域得到应用,有机液态储氢和固态储氢尚处于示范阶段。

下图是研发方给出的低压固态储氢技术(合金固态储氢)与国内主流的35MPa高压储氢的数据对比。从图中可以看出,低压储氢的优势主要在于需要的储氢设备的体积小,加氢站设备成本低。但劣势在于储氢罐重量大,储氢系统成本高。

工信部装备工业发展中心副研究员尚勇指出,该技术可以使运输、储存到加注环节的压力降低下来,这样就可以绕过国外的氢压缩机以及储罐的技术壁垒,实现自主突破;另外在储氢密度上又能提高三倍,初步计算可以产生20倍的放大效应。

“目前,我国没有高强度的碳纤维和高压的压缩机,因此采取低压合金储氢技术路线是可行的,也具有一定创新性。”中国科学院院士都有为评价说。

♦当前更适合公交领域

但是,储氢罐重量偏重带来的成本问题确实也难以忽视。“从给出的各项数据上来看,目前的低压储氢技术更适合公交领域。”张家港氢云新能源研究院院长魏蔚对记者表示。

魏蔚指出,低压车载储氢系统的重量是现在高压储氢方式的三倍以上,因此低压储氢系统当下的目标定位应该是对重量不敏感的车型。毕竟,车辆重量的增加,意味着终端用户使用成本的增加,再加上系统成本偏贵,因此该技术目前更适合的应用场景主要是以政府采购为主、成本相对不很敏感的公交领域,而向其他领域拓展应用的难度较大。同时,公交车作为大量载人的交通工具,对安全性要求更高,相比之下也更适合低压储氢技术路线。

对于成本问题,该技术的研发方之一——有研工程技术研究院教授级高工蒋利军表示,低压合金储氢技术目前确实存在重量偏重的问题,百公里耗氢量比高压储氢多0.3公斤,按照目前每公斤50元的价格计算,百公里增加的用氢成本是15元。他同时表示,未来努力方向是通过产品的标准化和批量化,以及改善储氢材料等方式降低成本。

♦我国高压加氢站是主流

加氢站方面,记者从一份研报中看到,目前,全球加氢站主要以高压储氢和低温液态储氢为主,全球加氢站中约1/3为液态加氢站,日本约半数加氢站为低温液态储氢配套低温泵加氢站,而我国的加氢站建设还处于发展初期,现阶段国内运营的加氢站均为高压储氢加氢站。

数据显示,设备成本占据国内加氢站建设的70%左右。根据测算,不含土地费用,国内建设一座日加氢能力500公斤、 加注压力为35MPa的加氢站需要约1200万元,约相当于传统加油站的3倍。对于商业化运营的加氢站,除建设成本外,还面临着设备维护、运营、人工、税收等费用,折合加注成本约在13-18元/公斤左右。

对比看来,低压加氢站300万元的建设成本确实减小不少。同时,研发方称,该技术在加氢时采用无加压,不存储的加注方式可以降低加氢站设备与投资要求,占地面积由原先的3000平米大幅降至300-500平米;高压加氢站受到加压机以及高压储氢容量的影响,站内氢气存储量在500-2000公斤不等,而低压加氢站则不受存储量的限制;低压加氢站还可通过对现有加油站和CNG加气站稍加改造的方式投入运营。

♦大规模应用还有很长的路

在车载储氢技术方面,高压气态储氢是国内外的主流,并在燃料电池车上配装高压储氢瓶。同等体积下,压力越大储氢量越高,车辆行驶里程就更远。然而,受储氢瓶材料限制,我国高压储氢的压力多为35MPa,欧、美、日等国家采取的压力则是70MPa,这限制了我国氢燃料电池汽车的发展。

对此,有研工程技术研究院的一位工作人员表示,低压固态储氢的压力仅为5MPa,绕过了高压储氢因高压受限于储氢材料的情况。低压合金储氢系统的制造过程从原材料到生产全部实现国产化,合金材料也可回收再利用。

另外,虽然高压气态储氢技术比较成熟,应用普遍,但是该技术存有泄漏、爆炸的安全隐患,安全性能有待提升。低压合金储氢的加氢系统、加氢站操作便捷迅速,加氢压力降低,体积小,安全程度高。

“我们的目标是打造更符合中国国情、更安全、更经济的燃料电池汽车技术。”同为研发方之一的深圳市佳华利道新技术开发有限公司董事长凌兆蔚说。

但在当前高压储氢为主流的情况下,低压合金储氢的推广难度很大。一位不愿具名的业内人士指出,高压储氢产业已经在国内外逐步发展起来,低压储氢技术想要大规模产业化应用将面临与现有高压储氢技术推广竞争的态势,想要发展势必还有很长的路要走。“如果这个技术路线更可行的话,国外早就发展了,不会是现在高压储氢占主流的态势。”这位业内人士说,低压储氢技术路线走向产业化会面临相当大的挑战。

♦缺乏顶层设计是真正的拦路虎

欧阳明高表示,新一代的制氢技术在科学层面已经有突破,但如何实现产业化应用更为重要。

根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》,到2020年我国建成加氢站将达100座,2030年将达到1000座。数据显示,截至2018年,全球已建成369座加氢站,日本、德国、美国合计占比54%。我国排名第四,已建成23座,占比6%。其中,建站手续齐备的商业化加氢站6座。多数加氢站的规划设计、工艺流程及设备配置、氢源选择、自动控制系统等尚不能满足商业化运营要求,耐久性验证较少。

缺少国家顶层设计是真正的拦路虎,这导致加氢站建设的审批流程复杂、投资大、盈利能力有限、回报周期长等。魏蔚表示,单纯的加氢站建设时间在几个月左右,但是审批则较为复杂。究其原因,主要是因为氢目前仍属于危化品,所付出的建设成本和时间成本很高。

据了解,目前氢燃料电池汽车的制造主要归口工业和信息化部管理,加氢站等基础设施建设尚没有明确的主管部门,特别是加氢站用地审批难已经严重制约了加氢站的建设速度。就目前发展来看,我国已经出现了燃料电池汽车与加氢站数量不匹配的迹象,如果不改善将影响到整个产业化进程。