低壓儲氫突破后 氫燃料汽車發(fā)展的難題會迎刃而解嗎

“其實氫能面臨的挑戰(zhàn)比燃料電池本身的挑戰(zhàn)要大得多?！敝袊茖W(xué)院院士歐陽明高曾多次在采訪中反復(fù)指出當(dāng)前發(fā)展燃料電池汽車面臨的一大困境——儲氫技術(shù)仍面臨重大挑戰(zhàn)。

7月,全球首座低壓加氫站落戶遼寧,低壓固態(tài)儲氫技術(shù)迎來突破。 “氫能源汽車發(fā)展有著可喜的前景,低壓合金儲氫技術(shù)來的正是時候?！?中國工程院院士郭孔輝這樣評價。

那么,我國目前的儲氫、加氫情況如何?低壓儲氫技術(shù)能夠解決我國氫燃料汽車發(fā)展的 “卡脖子”難題嗎?

? 低壓儲氫具一定創(chuàng)新性

據(jù)了解,目前,氫的儲存主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固體儲氫三種方式。高壓氣態(tài)儲氫已得到廣泛應(yīng)用,低溫液態(tài)儲氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用,有機(jī)液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫尚處于示范階段。

下圖是研發(fā)方給出的低壓固態(tài)儲氫技術(shù)(合金固態(tài)儲氫)與國內(nèi)主流的35MPa高壓儲氫的數(shù)據(jù)對比。從圖中可以看出,低壓儲氫的優(yōu)勢主要在于需要的儲氫設(shè)備的體積小,加氫站設(shè)備成本低。但劣勢在于儲氫罐重量大,儲氫系統(tǒng)成本高。

工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心副研究員尚勇指出,該技術(shù)可以使運(yùn)輸、儲存到加注環(huán)節(jié)的壓力降低下來,這樣就可以繞過國外的氫壓縮機(jī)以及儲罐的技術(shù)壁壘,實現(xiàn)自主突破;另外在儲氫密度上又能提高三倍,初步計算可以產(chǎn)生20倍的放大效應(yīng)。

“目前,我國沒有高強(qiáng)度的碳纖維和高壓的壓縮機(jī),因此采取低壓合金儲氫技術(shù)路線是可行的,也具有一定創(chuàng)新性。”中國科學(xué)院院士都有為評價說。

?當(dāng)前更適合公交領(lǐng)域

但是,儲氫罐重量偏重帶來的成本問題確實也難以忽視?！皬慕o出的各項數(shù)據(jù)上來看,目前的低壓儲氫技術(shù)更適合公交領(lǐng)域?！睆埣腋蹥湓菩履茉囱芯吭涸洪L魏蔚對記者表示。

魏蔚指出,低壓車載儲氫系統(tǒng)的重量是現(xiàn)在高壓儲氫方式的三倍以上,因此低壓儲氫系統(tǒng)當(dāng)下的目標(biāo)定位應(yīng)該是對重量不敏感的車型。畢竟,車輛重量的增加,意味著終端用戶使用成本的增加,再加上系統(tǒng)成本偏貴,因此該技術(shù)目前更適合的應(yīng)用場景主要是以政府采購為主、成本相對不很敏感的公交領(lǐng)域,而向其他領(lǐng)域拓展應(yīng)用的難度較大。同時,公交車作為大量載人的交通工具,對安全性要求更高,相比之下也更適合低壓儲氫技術(shù)路線。

對于成本問題,該技術(shù)的研發(fā)方之一——有研工程技術(shù)研究院教授級高工蔣利軍表示,低壓合金儲氫技術(shù)目前確實存在重量偏重的問題,百公里耗氫量比高壓儲氫多0.3公斤,按照目前每公斤50元的價格計算,百公里增加的用氫成本是15元。他同時表示,未來努力方向是通過產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和批量化,以及改善儲氫材料等方式降低成本。

?我國高壓加氫站是主流

加氫站方面,記者從一份研報中看到,目前,全球加氫站主要以高壓儲氫和低溫液態(tài)儲氫為主,全球加氫站中約1/3為液態(tài)加氫站,日本約半數(shù)加氫站為低溫液態(tài)儲氫配套低溫泵加氫站,而我國的加氫站建設(shè)還處于發(fā)展初期,現(xiàn)階段國內(nèi)運(yùn)營的加氫站均為高壓儲氫加氫站。

數(shù)據(jù)顯示,設(shè)備成本占據(jù)國內(nèi)加氫站建設(shè)的70%左右。根據(jù)測算,不含土地費用,國內(nèi)建設(shè)一座日加氫能力500公斤、 加注壓力為35MPa的加氫站需要約1200萬元,約相當(dāng)于傳統(tǒng)加油站的3倍。對于商業(yè)化運(yùn)營的加氫站,除建設(shè)成本外,還面臨著設(shè)備維護(hù)、運(yùn)營、人工、稅收等費用,折合加注成本約在13-18元/公斤左右。

對比看來,低壓加氫站300萬元的建設(shè)成本確實減小不少。同時,研發(fā)方稱,該技術(shù)在加氫時采用無加壓,不存儲的加注方式可以降低加氫站設(shè)備與投資要求,占地面積由原先的3000平米大幅降至300-500平米;高壓加氫站受到加壓機(jī)以及高壓儲氫容量的影響,站內(nèi)氫氣存儲量在500-2000公斤不等,而低壓加氫站則不受存儲量的限制;低壓加氫站還可通過對現(xiàn)有加油站和CNG加氣站稍加改造的方式投入運(yùn)營。

?大規(guī)模應(yīng)用還有很長的路

在車載儲氫技術(shù)方面,高壓氣態(tài)儲氫是國內(nèi)外的主流,并在燃料電池車上配裝高壓儲氫瓶。同等體積下,壓力越大儲氫量越高,車輛行駛里程就更遠(yuǎn)。然而,受儲氫瓶材料限制,我國高壓儲氫的壓力多為35MPa,歐、美、日等國家采取的壓力則是70MPa,這限制了我國氫燃料電池汽車的發(fā)展。

對此,有研工程技術(shù)研究院的一位工作人員表示,低壓固態(tài)儲氫的壓力僅為5MPa,繞過了高壓儲氫因高壓受限于儲氫材料的情況。低壓合金儲氫系統(tǒng)的制造過程從原材料到生產(chǎn)全部實現(xiàn)國產(chǎn)化,合金材料也可回收再利用。

另外,雖然高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)比較成熟,應(yīng)用普遍,但是該技術(shù)存有泄漏、爆炸的安全隱患,安全性能有待提升。低壓合金儲氫的加氫系統(tǒng)、加氫站操作便捷迅速,加氫壓力降低,體積小,安全程度高。

“我們的目標(biāo)是打造更符合中國國情、更安全、更經(jīng)濟(jì)的燃料電池汽車技術(shù)?！蓖瑸檠邪l(fā)方之一的深圳市佳華利道新技術(shù)開發(fā)有限公司董事長凌兆蔚說。

但在當(dāng)前高壓儲氫為主流的情況下,低壓合金儲氫的推廣難度很大。一位不愿具名的業(yè)內(nèi)人士指出,高壓儲氫產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在國內(nèi)外逐步發(fā)展起來,低壓儲氫技術(shù)想要大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將面臨與現(xiàn)有高壓儲氫技術(shù)推廣競爭的態(tài)勢,想要發(fā)展勢必還有很長的路要走。“如果這個技術(shù)路線更可行的話,國外早就發(fā)展了,不會是現(xiàn)在高壓儲氫占主流的態(tài)勢?！边@位業(yè)內(nèi)人士說,低壓儲氫技術(shù)路線走向產(chǎn)業(yè)化會面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

?缺乏頂層設(shè)計是真正的攔路虎

歐陽明高表示,新一代的制氫技術(shù)在科學(xué)層面已經(jīng)有突破,但如何實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用更為重要。

根據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(2016)》,到2020年我國建成加氫站將達(dá)100座,2030年將達(dá)到1000座。數(shù)據(jù)顯示,截至2018年,全球已建成369座加氫站,日本、德國、美國合計占比54%。我國排名第四,已建成23座,占比6%。其中,建站手續(xù)齊備的商業(yè)化加氫站6座。多數(shù)加氫站的規(guī)劃設(shè)計、工藝流程及設(shè)備配置、氫源選擇、自動控制系統(tǒng)等尚不能滿足商業(yè)化運(yùn)營要求,耐久性驗證較少。

缺少國家頂層設(shè)計是真正的攔路虎,這導(dǎo)致加氫站建設(shè)的審批流程復(fù)雜、投資大、盈利能力有限、回報周期長等。魏蔚表示,單純的加氫站建設(shè)時間在幾個月左右,但是審批則較為復(fù)雜。究其原因,主要是因為氫目前仍屬于危化品,所付出的建設(shè)成本和時間成本很高。

據(jù)了解,目前氫燃料電池汽車的制造主要歸口工業(yè)和信息化部管理,加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚沒有明確的主管部門,特別是加氫站用地審批難已經(jīng)嚴(yán)重制約了加氫站的建設(shè)速度。就目前發(fā)展來看,我國已經(jīng)出現(xiàn)了燃料電池汽車與加氫站數(shù)量不匹配的跡象,如果不改善將影響到整個產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。