制氫不再是難題 儲運(yùn)成燃料電池汽車發(fā)展掣肘

燃料電池汽車一直被很多專家認(rèn)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(yōu)點(diǎn)， 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(yīng)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(qiáng)調(diào)要大力發(fā)展，不少車企也在這一領(lǐng)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(fā)展機(jī)遇期？它會是清潔能源汽車發(fā)展的另一風(fēng)口嗎？與燃料電池汽車密切相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)、各個環(huán)節(jié)是否足以支撐其發(fā)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(shù)、加氫站建設(shè)、示范運(yùn)營等方面進(jìn)行系列調(diào)查和報道。

在純電動汽車產(chǎn)銷量上，我國排名世界第一，但被認(rèn)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(rèn)，現(xiàn)階段，燃料電池汽車的推廣應(yīng)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(xiàn)在哪里？中關(guān)村儲能協(xié)會顧問貢力說：“如今制氫不是難題，制約燃料電池汽車發(fā)展的是氫氣的儲存與運(yùn)輸?！蓖瑵?jì)大學(xué)校長助理、智能型新能源汽車協(xié)同創(chuàng)新中心主任余卓平日前也指出，能源戰(zhàn)略一旦明確，解決儲能與運(yùn)輸問題，將來燃料電池技術(shù)會進(jìn)入非?？斓陌l(fā)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?！敝袊こ淘涸菏?、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉近日指出，我國工業(yè)副產(chǎn)氫的年產(chǎn)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(dāng)豐富，通過電解水技術(shù)利用棄水、棄風(fēng)、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(jié)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?！叭剂想姵仄嚺d起之后，人們不斷探索多種制氫方式?！北本┑吞记鍧嵞茉囱芯克鶜淠苎邪l(fā)部經(jīng)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(shù)仍不完善，氫能供給體系也不穩(wěn)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(yōu)劣勢，但綜合來看，傳統(tǒng)的煤制氫仍是現(xiàn)階段主流方式。

舉例來說，目前我國工業(yè)用氫氣制取技術(shù)相對成熟，但與之對應(yīng)的燃料電池用氫氣純化技術(shù)發(fā)展滯后。氣體設(shè)備網(wǎng)技術(shù)顧問張強(qiáng)說：“純度為60％～80％的氫氣習(xí)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(guān)系，最后的銷售價格大約為1.7元/立方米，如果不是大規(guī)模采購，價格會超過2.7元/立方米?！睆膬r格來看，化工氫雖然便宜，但加上提純費(fèi)用，成本會陡然提高。而從數(shù)量上看，即便100%回收化工尾氣中的氫，數(shù)量也有限。

化工制氫的局限性引導(dǎo)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(lǐng)域得以推廣。不過，四川亞聯(lián)高科技股份有限公司董事長王業(yè)勤同時強(qiáng)調(diào)：“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(chǎn)聚丙烯，用于制氫的甲醇數(shù)量占比很小?！?/p>

相對而言，電解水制氫更受歡迎，因?yàn)槲覈鴹壦夛L(fēng)、棄光資源非常豐富，也因此，電解水制氫在燃料電池發(fā)展中被認(rèn)為是最有前途的制氫方法。據(jù)了解，通過電解水獲得的氫氣純度高達(dá)99.999%，不需要再次提純，可以直接供應(yīng)燃料電池汽車使用。

不過，目前電解水制氫的技術(shù)還有待提高，成本較高，還難以大規(guī)模運(yùn)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(qiáng)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(dǎo)致成本再次上升。

“目前來看，受技術(shù)所限，化工尾氣回收、電解水制氫等方式都無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，無法滿足燃料電池汽車的需求。天然氣制氫可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但天然氣價格波動劇烈，對企業(yè)制氫有較大影響?！焙螐V利說，“煤制氫仍是當(dāng)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(fā)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(shù)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(shù)研發(fā)支持計(jì)劃，堅(jiān)持企業(yè)作為創(chuàng)新主體，多種技術(shù)路線共同發(fā)展。

儲存和運(yùn)輸是一大難題

與氫氣的供給相比，儲存和運(yùn)輸問題更為嚴(yán)重。衣寶廉認(rèn)為，產(chǎn)氫與用氫不在同一地方，將廉價的副產(chǎn)氫和棄風(fēng)等電解水制氫的氫儲存和運(yùn)輸?shù)接脷涞攸c(diǎn)——加氫站，是燃料電池車大規(guī)模示范的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，我國氫氣儲存和運(yùn)輸技術(shù)仍不足，存儲和運(yùn)輸企業(yè)較少，氫氣制備及加注企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化水平低。

從技術(shù)角度看，目前工業(yè)上主要采用-253℃下的液態(tài)氫，或700個大氣壓以上高壓氫氣進(jìn)行氫能源的存儲和運(yùn)輸。對于液態(tài)氫來說，由于氫氣的熔點(diǎn)很低，實(shí)現(xiàn)氫氣的液態(tài)化很難，從經(jīng)濟(jì)角度看，儲存和運(yùn)輸液態(tài)氫并不劃算。另外，液態(tài)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(fā)明了化學(xué)儲氫方法，即讓氫氣存儲于化學(xué)物質(zhì)中，或者與某種物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，需要使用時通過加熱或者利用隔膜提取出來。

不過，現(xiàn)有技術(shù)成本高且存在安全隱患，是氫能源利用技術(shù)中的一個關(guān)鍵瓶頸。何廣利說，上述兩種儲存與運(yùn)輸方法都有一定的局限性，目前，氫氣儲存與運(yùn)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(jù)介紹，一輛載重35噸的氫氣運(yùn)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(yùn)輸安全，壓力容器必須很牢固，因此，容器重量遠(yuǎn)超過氫氣重量。“為了保證氫氣運(yùn)輸安全，我國規(guī)定運(yùn)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(yùn)輸成本約為9元/立方米，遠(yuǎn)超過制氫成本?！焙螐V利說。

電解水制氫運(yùn)輸和儲存難度更大。貢力說：“利用風(fēng)能和光能電解水制氫實(shí)現(xiàn)了能源的循環(huán)利用。但是，我國風(fēng)電場、光電場大多數(shù)在西北地區(qū)，儲存與運(yùn)輸?shù)膯栴}更為嚴(yán)重。”

除此之外，由于技術(shù)所限，我國目前存儲和運(yùn)輸企業(yè)還很少，遠(yuǎn)沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。有專家表示，我國需要加快培育氫氣存儲和運(yùn)輸企業(yè)，實(shí)現(xiàn)從制氫到儲存、運(yùn)輸整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。

技術(shù)與國外差距明顯

“從制氫技術(shù)來看，我國與日本、美國沒有太大差距?！焙螐V利說，但在儲氫與運(yùn)輸技術(shù)上仍有一定差距。

以儲氫技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)，而日本、美國則采用70兆帕壓力標(biāo)準(zhǔn)。何廣利說，我國目前也在研究70兆帕壓力標(biāo)準(zhǔn)。

另外，從存儲設(shè)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(huán)壽命長、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是氣密性較差。我國曾經(jīng)在CNG公交車上使用過四型儲氣瓶，但發(fā)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(huán)壽命短，成本也較高?！八男蛢馄勘唤故褂煤?，國內(nèi)企業(yè)在這方面的研究幾乎是空白?！焙螐V利說，“近年來，國內(nèi)企業(yè)又逐漸認(rèn)識到四型瓶的優(yōu)勢，也在加強(qiáng)這方面研究。”

總之，我國在氫能的存儲和運(yùn)輸上與國外差距還比較明顯，但存儲和運(yùn)輸恰恰是制約燃料電池汽車發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對此，有專家指出，推動燃料電池汽車的發(fā)展，保障燃料電池汽車所需的氫能供給，我國需要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，制定國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見。在此基礎(chǔ)上，完善氫能技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化及示范應(yīng)用等支持政策措施，從而形成有力的支持政策體系。