制氫不再是難題儲運成燃料電池汽車發展掣肘

2017-11-21 14:36:55 來源:中國汽車報網　點擊量：評論 (0)

燃料電池汽車一直被很多專家認為是新能源汽車的終級解決方案，原因在于，燃料電池汽車具有效率高、噪音低、無污染物排出等優點, 是真正意義上的高效、清潔汽車。但是，相比純電動汽車，燃料電池汽車在我國的推廣

燃料電池汽車一直被很多專家認為是新能源汽車的終級解決方案，原因在于，燃料電池汽車具有效率高、噪音低、無污染物排出等優點, 是真正意義上的高效、清潔汽車。但是，相比純電動汽車，燃料電池汽車在我國的推廣應用情況并不理想。

最近，一直較為沉寂的燃料電池汽車忽然“火”了起來，不僅政府部門強調要大力發展，不少車企也在這一領域加緊布局，圍繞其召開的各種論壇更是接踵而至。不過，燃料電池汽車是否真迎來了發展機遇期?它會是清潔能源汽車發展的另一風口嗎?與燃料電池汽車密切相關的各項技術、各個環節是否足以支撐其發展?對于上述這些問題仍需探討。就此，本報將從儲能、燃料電池技術、加氫站建設、示范運營等方面進行系列調查和報道。

在純電動汽車產銷量上，我國排名世界第一，但被認為是新能源汽車終極方向的燃料電池汽車推廣卻甚是緩慢。不得不承認，現階段，燃料電池汽車的推廣應用仍有不少阻礙因素，其中作為源頭的氫能便是其中之一。氫能的阻礙作用體現在哪里?中關村儲能協會顧問貢力說：“如今制氫不是難題，制約燃料電池汽車發展的是氫氣的儲存與運輸。”同濟大學校長助理、智能型新能源汽車協同創新中心主任余卓平日前也指出，能源戰略一旦明確，解決儲能與運輸問題，將來燃料電池技術會進入非常快的發展期。

氫能供給不再是難題

“目前我國有充足的廉價氫燃料供給。”中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉近日指出，我國工業副產氫的年產量可供幾百萬輛氫燃料電池汽車使用。同時，我國可再生能源氫資源相當豐富，通過電解水技術利用棄水、棄風、棄光資源，每年約可以制備300萬噸氫。

目前，氫氣的來源非常廣泛，歸結起來，主要有化工尾氣回收、天然氣制氫、煤制氫、甲醇制氫和電解水制氫等幾種方式。“燃料電池汽車興起之后，人們不斷探索多種制氫方式。”北京低碳清潔能源研究所氫能研發部經理何廣利告訴記者。

不過，記者同時了解到，理論上，氫能儲備非常充足，但從幾種主要的制氫方式來看，技術仍不完善，氫能供給體系也不穩定。何廣利告訴記者，分析幾種制氫方法，從工藝成熟度及成本來說，各有其優劣勢，但綜合來看，傳統的煤制氫仍是現階段主流方式。

舉例來說，目前我國工業用氫氣制取技術相對成熟，但與之對應的燃料電池用氫氣純化技術發展滯后。氣體設備網技術顧問張強說：“純度為60%～80%的氫氣習慣上稱之為化工氫。但化工氫不能直接使用，一般都需要提純，提純成本與氣體廠采用的工藝有直接關系，最后的銷售價格大約為1.7元/立方米，如果不是大規模采購，價格會超過2.7元/立方米。”從價格來看，化工氫雖然便宜，但加上提純費用，成本會陡然提高。而從數量上看，即便100%回收化工尾氣中的氫，數量也有限。

化工制氫的局限性引導科研人員把目光瞄向新的制氫方法，這其中就包括甲醇制氫。近年來，甲醇制氫的被重視促使甲醇燃料電池汽車在部分領域得以推廣。不過，四川亞聯高科技股份有限公司董事長王業勤同時強調：“甲醇制氫的成本大約為1.8元～2元/立方米，雖說成本不算高，但甲醇的最大用途是生產聚丙烯，用于制氫的甲醇數量占比很小。”

相對而言，電解水制氫更受歡迎，因為我國棄水、棄風、棄光資源非常豐富，也因此，電解水制氫在燃料電池發展中被認為是最有前途的制氫方法。據了解，通過電解水獲得的氫氣純度高達99.999%，不需要再次提純，可以直接供應燃料電池汽車使用。

不過，目前電解水制氫的技術還有待提高，成本較高，還難以大規模運用。何廣利說：“制取一立方米氫氣大約需要4.8~5度電，即便用谷電制氫，最終成本也在3元/立方米左右。”張強告訴《中國汽車報》記者，電解水制氫還有一個問題不能忽視，隨著時間推移，電解池的電阻會升高，電解氫的耗電量會增加，導致成本再次上升。

“目前來看，受技術所限，化工尾氣回收、電解水制氫等方式都無法實現大規模工業化生產，無法滿足燃料電池汽車的需求。天然氣制氫可以實現大規模工業化生產，但天然氣價格波動劇烈，對企業制氫有較大影響。”何廣利說，“煤制氫仍是當下主流制氫方式。煤制氫的工藝成熟，成本也最低，大約為1.1元/立方米。”

總體來看，目前制氫途徑并不少，能源供給也足以推動燃料電池汽車的發展。但從工藝和成本上看，我國氫能供給體系不完善，氫能供給技術體系也還沒有形成。為此，有專家提議，我國需加快制定氫能供給技術研發支持計劃，堅持企業作為創新主體，多種技術路線共同發展。

儲存和運輸是一大難題

與氫氣的供給相比，儲存和運輸問題更為嚴重。衣寶廉認為，產氫與用氫不在同一地方，將廉價的副產氫和棄風等電解水制氫的氫儲存和運輸到用氫地點——加氫站，是燃料電池車大規模示范的關鍵環節。目前，我國氫氣儲存和運輸技術仍不足，存儲和運輸企業較少，氫氣制備及加注企業的產業化水平低。

從技術角度看，目前工業上主要采用-253℃下的液態氫，或700個大氣壓以上高壓氫氣進行氫能源的存儲和運輸。對于液態氫來說，由于氫氣的熔點很低，實現氫氣的液態化很難，從經濟角度看，儲存和運輸液態氫并不劃算。另外，液態氫會“吸收”金屬容器生成氫化物，降低氫氣的純度。近年來，科研人員發明了化學儲氫方法，即讓氫氣存儲于化學物質中，或者與某種物質進行化學反應，需要使用時通過加熱或者利用隔膜提取出來。

不過，現有技術成本高且存在安全隱患，是氫能源利用技術中的一個關鍵瓶頸。何廣利說，上述兩種儲存與運輸方法都有一定的局限性，目前，氫氣儲存與運輸還是主要采用700個大氣壓以上加壓的方法，但即便加壓，容器中氫氣重量也非常有限。據介紹，一輛載重35噸的氫氣運輸車，其容器中氫氣的重量只有幾百公斤。

另外，為了保證氫氣運輸安全，壓力容器必須很牢固，因此，容器重量遠超過氫氣重量。“為了保證氫氣運輸安全，我國規定運輸氫氣的壓力并不太大，壓力低儲存量就少。綜合起來，氫氣儲存和運輸成本約為9元/立方米，遠超過制氫成本。”何廣利說。

電解水制氫運輸和儲存難度更大。貢力說：“利用風能和光能電解水制氫實現了能源的循環利用。但是，我國風電場、光電場大多數在西北地區，儲存與運輸的問題更為嚴重。”

除此之外，由于技術所限，我國目前存儲和運輸企業還很少，遠沒有形成產業化規模。有專家表示，我國需要加快培育氫氣存儲和運輸企業，實現從制氫到儲存、運輸整個產業鏈的協同發展。

技術與國外差距明顯

“從制氫技術來看，我國與日本、美國沒有太大差距。”何廣利說，但在儲氫與運輸技術上仍有一定差距。

以儲氫技術為例，容器壓力的大小決定容量的大小，壓力越大，存儲量也就越大。目前，我國普遍采用35兆帕壓力標準，而日本、美國則采用70兆帕壓力標準。何廣利說，我國目前也在研究70兆帕壓力標準。

另外，從存儲設備來說，目前日本、美國普遍采用四型瓶裝載氫氣。四型儲氫瓶具有重量輕、循環壽命長、成本低等優點，但缺點是氣密性較差。我國曾經在CNG公交車上使用過四型儲氣瓶，但發生過泄漏事故，而后被禁止使用。此后，我國CNG以及燃料電池汽車都改用三型儲氣瓶，三型儲氣瓶雖不易泄漏，但卻較重，循環壽命短，成本也較高。“四型儲氣瓶被禁止使用后，國內企業在這方面的研究幾乎是空白。”何廣利說，“近年來，國內企業又逐漸認識到四型瓶的優勢，也在加強這方面研究。”

總之，我國在氫能的存儲和運輸上與國外差距還比較明顯，但存儲和運輸恰恰是制約燃料電池汽車發展的基礎和關鍵環節。對此，有專家指出，推動燃料電池汽車的發展，保障燃料電池汽車所需的氫能供給，我國需要加強頂層設計，制定國家氫能產業發展指導意見。在此基礎上，完善氫能技術研發、產業化及示范應用等支持政策措施，從而形成有力的支持政策體系。

原標題:制氫不再是難題儲運成燃料電池汽車發展掣肘