锂離子電池汽車與燃料電池汽車各有優勢和短板,前者的短板是安全性,後者是價格問題。若锂電池汽車安全性不能解決,未來將會輸給燃料電池汽車。

氫能和燃料電池産業發展正迎來新的風口。

截至目前,我國有超過25個城市宣稱,正在進行氫能和燃料電池的産業布局,部分城市還公布了未來發展的産業規劃,並稱政府將對氫能和燃料電池産業給予大力的政策扶持。一時間,城市之間爭奪氫能産業制高點的戰爭正在打響。

中國工程院院士、燃料電池技術專家衣寶廉認爲,政府發展氫能産業的熱情,一方面讓中國成了全球的焦點之一,使得人才、資金和技術不斷向中國聚集,有利于推動氫能和燃料電池産業的發展。另一方面,城市之間的競爭在加劇,可能會導致這一産業低端重複性建設問題重現,未來可能會走其他制造業的老路。

日前,就制氫、氫氣儲存與運輸,以及燃料電池産業的技術等問題,第一元素專訪了衣寶廉院士,以下是采訪實錄。

衣寶廉:純電動車安全不解决 未来将输给氫燃料電池車

建議成立氫能國家專項

第一元素:2019年氫能被寫入了政府工作報告,但與日本、韓國等國家相比,我們發展氫能的國家戰略還未形成,是否要建立氫能發展的國家戰略?

衣寶廉:氫能在我國能源轉型過程中起到一個橋梁作用,它是從化石能源向可再生能源過渡的中間介質。

對我國而言,整個氫能系統發展需要有國家戰略規劃,這個規劃不能只是針對燃料電池汽車,因爲氫能應用場景非常多,除了燃料電池汽車,還有冶金、燃氣輪機發電和取暖等領域。

我們建議,針對氫能發展,國家應當成立一個重大專項,把相關的實驗都做起來,這樣我們國家的氫能才能夠發展起來。

例如,目前國家在電動汽車方面有重大專項,但氫能不能包含在這個重大專項中。要讓大家對氫能有更深入的認識,國家可以成立一個比電動車小一點的專項,包括氫能的制備運輸等,並把氫能的各種用途都放進去,把氫能的應用先做起來。這樣才能落到實處,推動氫能産業的發展。

用補貼引導技術進步,不搞大水漫灌

第一元素:目前我國超過20個城市制定了氫能産業發展規劃,都在試圖搶占氫能産業發展的制高點,您如何看待各地發展氫能的熱情?

衣寶廉:針對各地在宣傳大力發展氫能,我覺得應從兩個方面理解。從正面來說,各行業的發展都是有量才有質,地方政府發展氫能的熱情,讓中國氫能和燃料電池研發成了全球關注的焦點,這從很大程度上帶動了國外先進技術、人才和資金進入中國。

比如,豐田汽車與清華就建立了合作關系,共同研發燃料電池車;再比如,過去真正的燃料電池空壓機我國一家也沒有,現在國內已經有了8家,價格也大幅下降。因此,這對于中國燃料電池産業化發展起到了推動作用。

但另一方面,各地都在布局氫能産業也會帶來一定的負面作用,比如相互挖人才、低水平重複建設等問題,應該引起國家的重視。

第一元素:針對這種情況,需要怎麽去解決?

衣寶廉:氫能和燃料電池行業發展目前還需要國家補貼,因此可以用補貼這個杠杆來做技術引導,不能大水漫灌,提高補貼的門檻,不是所有燃料電池汽車都給補貼,而是要根據性能、續航裏程做出判斷,而且每年要進行評定,接受補貼的企業,需要加快技術創新,每年在技術上上一個台階,避免重蹈锂電池車補貼的覆轍。

爲此,國家可以成立獨立的第三方的監測機構,每年對每一種車型進行監測,能否拿到補貼要讓第三方數據說話,這樣才能用補貼作爲推動力,加快國內技術的進步。

制氫要首選“三棄”電量

第一元素:很多人對制氫環節持有不同意見,比如有人認爲煤制氫或者化工制氫,一樣會帶來排放問題,而電解水制氫能源消耗比較大,在制氫問題上,您有怎樣的觀點?

衣寶廉:談制氫要先看看氫氣成本問題。目前制氫成本和運輸加注成本幾乎是1:1,煤質氫成本約2元/立方米,到了加氫站就變成了4元,按照11立方米約合一公斤計算,氫氣成本約44元/公斤,這樣計算燃料電池車燃料成本跟燃油車差不多。

按照上述的成本,燃料電池車運營成本會非常高,跟燃油車相比沒有優勢,更不能和锂電池汽車競爭了。目前锂電池電動車100公裏平均約15度電,而電價只有0.5元/度,每百公裏只需要7.5元。

這種情況下,制氫首選應該是棄風棄光和棄水電量制氫,這不僅能夠降低成本,也符合環保上的要求。當然需要選擇示範地區,目前電解水制氫,1立方米氫氣需要4-5度電,而1立方米氫氣用于燃料電池發電只能發2度,所以效率上比較低。

因此,氫氣的來源上,一定是用“三棄”的電量制氫,因爲這部分價格僅爲0.1-0.2元/度。如果直接用電網的電制氫,經濟上根本沒有可能性。

另外,我國的氯堿廠、重化工企業的副産氫産量非常大,這部分可以充分利用起來。就地方政府而言,發展氫能源汽車産業,首先也必須把氫源問題列入在內,要先考慮城市附近是否有氫源,是否符合低成本制氫的條件。

就煤質氫而言,要跟電解水制氫結合起來。用電解水制氫副産的氧氣,做煤氣化,這樣可以産生高純度的二氧化碳,封存和利用都比較方便,並可以形成制氫的産業閉環。

電動車的短板是安全,燃料電池車的短板是價格

第一元素:有觀點認爲,氫燃料電池汽車未來更多替代柴油車,而純電動汽車更多代替汽油車,這種觀點您認可嗎?未來純電動汽車和氫燃料電池汽車多大意義上存在競爭關系?

衣寶廉:這個觀點是歐陽明高院士提出來的,我基本上是同意的。燃料電池汽車優點在于儲能量高,續航裏程長,與柴油車性能類似,比較容易代替柴油車。而锂離子電動車更容易替代以市內交通爲主的汽油車。

但這個觀點還不全面,是暫時的平衡。锂離子純電動汽車的致命問題在于安全性,按照目前萬分之一到十萬分之一的起火爆炸幾率,它是沒有前途的,早晚會被燃料電池汽車代替。

在安全性不能解決的情況下,越追求續航裏程,裝的電池越多危險性就越大。因此锂電池車只有解決了安全的短板,才能在短程領域跟燃料電池汽車相競爭。不解決安全性,未來它不輸給燃料電池車,也會輸給其他的技術路線。

燃料電池車的短板在于價格太高,表現在一是技術門檻高,二是貴金屬鉑用量一定要降低。目前一輛燃料電池車的價格是锂離子電池車的1.5-2倍,如果燃料電池車成本不降下來,將來也沒有市場。因此,這兩個技術路線都有短板,誰率先解決了短板,誰可能通吃。

第一元素:燃料電池汽車的安全性如何看?

衣寶廉:燃料電池汽車安全性非常高,我搞了一輩子燃料電池,從沒有遇到一起安全事故。氫在敞開空間,非常安全,泄露之後馬上揮發,不會發生爆炸起火。

國內外都進行了實驗,用槍把氫瓶打一個孔,著了火之後一條線向上沖,並不會爆炸。因此在敞開空間,氫氣車比燃油車安全性還要高。

但是在密閉空間,一定要嚴格按照標准放置氫氣報警器,而且自動啓動排放裝置。基于此,燃料電池車最好不進入車庫,在室外最安全。因此,在電堆的研發上,一定要抗低溫,至少要零下30度以下。

第一元素:氫能的儲運目前面臨著較大的技術難題,成本也相對較高,您認爲在氫的儲運方面,未來需要在哪些方面加強技術攻關?

衣寶廉:氫氣儲運有很多方式,其中液氫是未來儲氫和運輸的重要方式之一,日本利用的氫能就是從澳大利亞通過液氫方式輸送的,但是液氫有一個問題,在液化和利用過程中,三分之一的能量損耗掉了。

目前還有一種方式是,利用天然氣管道運輸,德國和美國都在用天然氣管道運輸氫氣,把“三棄”電量所制的氫氣,直接輸送到天然氣管道中,目前歐洲天然氣管道的氫含量可達5%,這些氫氣可作爲下遊民用,也可用于燃氣輪機發電。

另一種是有機化合物輸氫,本質上是苯和甲苯之間的轉換,但需要200度左右的高溫,儲氫可以到達5-6%,像運柴油一樣。

與日本的三方面差距

第一元素:在燃料電池技術和研發上,我國與日本等國還存在較大差距,這種差距的核心問題是什麽? 

衣寶廉:我們跟日本的差距有以下幾個方面,一是電堆的比功率、可靠性和耐久性都與日本有差距。爲什麽會有這樣的差距,因爲我們國家的模仿力強,但創新力比較弱。因此我們必須加強自己的創新,不能總是跟跑。

二是日本是全球采購,關鍵的零部件不受限,而我國在采購環節會受限,因此我們要發展自己的産業鏈,而相關的産業鏈的建立才剛剛開始。只有在中國建立燃料電池堆的産業鏈,成本才能夠降下來,這是跟日本相比的第二個差距。

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