隨著國(guó)家示范運(yùn)行政策的廣泛推行與媒體的積極宣傳，純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等曾經(jīng)“高精尖”的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，已經(jīng)越來(lái)越為普通人所熟悉和了解。然而，與前兩位“兄弟”的大紅大紫相反，新能源汽車三條主要技術(shù)路線中的燃料電池汽車，卻多少顯得有些神秘與沉寂。
燃料電池汽車究竟是怎樣的一種汽車技術(shù)?現(xiàn)下的低調(diào)是否意味著遙不可及，或者無(wú)足輕重?
對(duì)于后一個(gè)問(wèn)題，來(lái)自新能源汽車領(lǐng)域的兩會(huì)代表和委員，幾乎異口同聲地給出了否定的答案。夸張地說(shuō)，在這些常年沉浸在汽車工業(yè)最前沿科研戰(zhàn)線上的專家眼里，燃料電池汽車的重要性，絕對(duì)不亞于甚至要超越電動(dòng)汽車。
按照當(dāng)前技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)度，再過(guò)5到10年，人們或許就能握住燃料電池汽車方向盤(pán)
電動(dòng)汽車這幾年來(lái)的風(fēng)風(fēng)火火，常常會(huì)讓人們誤以為燃料電池汽車應(yīng)該與前者沒(méi)什么不同。實(shí)際上，燃料電池汽車自身具有獨(dú)特的能源生成機(jī)制。雖然依舊是電動(dòng)汽車的一種，但是其電池的能量是通過(guò)氫氣和氧氣的化學(xué)作用，不經(jīng)過(guò)燃燒而直接變成電能。整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程除了水之外，不會(huì)產(chǎn)生任何污染物，稱得上是環(huán)保程度最高的汽車種類。在我國(guó)新能源汽車“三縱三橫”的研發(fā)格局中，燃料汽車與混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車一起，共同組成了技術(shù)路線的“三縱”。
“在40到50年的時(shí)間里，傳統(tǒng)汽車與三種新能源汽車會(huì)長(zhǎng)期并存。但從更長(zhǎng)遠(yuǎn)上來(lái)看，如果期間沒(méi)有其他種類技術(shù)的橫空出世，燃料電池汽車可以說(shuō)是汽車工業(yè)的未來(lái)方向。”全國(guó)政協(xié)委員、上海神力科技有限公司董事長(zhǎng)胡里清說(shuō)。
不過(guò)，戴著這頂“未來(lái)方向”的高帽，卻并不意味著燃料電池汽車只是一場(chǎng)半個(gè)世紀(jì)之后的夢(mèng)。按照當(dāng)前技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的進(jìn)度，距離人們開(kāi)始有機(jī)會(huì)握住燃料電池汽車方向盤(pán)的時(shí)間，或許只有5到10年。
“就燃料電池汽車而言，其在保障能源安全、環(huán)境安全，提振汽車核心競(jìng)爭(zhēng)力方面舉足輕重，必須加速發(fā)展;同時(shí)，由于其與混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車在動(dòng)力系統(tǒng)方面的共平臺(tái)特性，由于其在車型用途、續(xù)駛里程等方面與純電動(dòng)汽車的互補(bǔ)特性，燃料電池汽車有基礎(chǔ)也能夠加速發(fā)展。”科技部電動(dòng)汽車重大項(xiàng)目管理辦公室副主任甄子健解釋說(shuō)。他認(rèn)為，燃料電池汽車在5到10年后，將可以像近兩年的電動(dòng)汽車一樣，通過(guò)示范運(yùn)行進(jìn)入商業(yè)化銷售階段。
實(shí)力雄厚的外國(guó)同行們，已經(jīng)在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、商品化上快馬加鞭
當(dāng)然，對(duì)于一項(xiàng)將橫跨50年的技術(shù)而言，進(jìn)入示范運(yùn)行僅僅只是萬(wàn)里長(zhǎng)征邁出了第一步。中國(guó)人需要看到的是，實(shí)力雄厚的外國(guó)同行們，已經(jīng)在邁向產(chǎn)業(yè)化、商品化的更高階段上，快馬加鞭。
據(jù)資料顯示，2011年1月，梅賽德斯奔馳的B級(jí)F-CELL燃料電池汽車，完成了125天環(huán)球旅程。戴姆勒汽車公司因而于最近宣布，將該公司燃料電池轎車產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間表從2015年提前到2014年;通用汽車100輛雪弗蘭Equinox燃料電池汽車僅在2010年就完成了140萬(wàn)英里的實(shí)際行駛;2011年5月在德國(guó)舉辦的挑戰(zhàn)賽上，來(lái)自豐田、本田、通用、奔馳、奧迪、現(xiàn)代等主流汽車企業(yè)的燃料電池汽車爭(zhēng)奇斗艷，達(dá)到了相當(dāng)高的水準(zhǔn)……
除了車輛本身，燃料電池汽車所需配套的基礎(chǔ)設(shè)施，也得到了外國(guó)政府與行業(yè)的大力支持。早在2009年，7家世界著名汽車企業(yè)就聯(lián)名發(fā)表聲明，要求各國(guó)政府和能源企業(yè)加快燃料電池基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。緊接著，德國(guó)主要車企便與政府啟動(dòng)了旨在2015年之前，建立足夠支持每年10萬(wàn)輛電動(dòng)和燃料電池汽車的全國(guó)性綜合加氫網(wǎng)絡(luò)的計(jì)劃;2010年，日本13家石油企業(yè)亦制定了2015年前大力發(fā)展氫能基礎(chǔ)設(shè)施的計(jì)劃，2025年要達(dá)到1000座加氫站，供給200萬(wàn)輛燃料汽車……
“國(guó)外車企在燃料電池汽車領(lǐng)域，正在緊鑼密鼓的加快研究，目標(biāo)直指新能源汽車技術(shù)的制高點(diǎn)，并不動(dòng)聲色地積極準(zhǔn)備在2015年實(shí)現(xiàn)初步的商品銷售。”對(duì)于外國(guó)車企在燃料電池汽車領(lǐng)域的快馬加鞭，甄子健表達(dá)了自己的憂慮，“這種緊鑼密鼓從市場(chǎng)或者媒體上還看不出來(lái)，它隱藏在外國(guó)企業(yè)創(chuàng)新環(huán)節(jié)的深層次之中。但我們的新能源汽車專家們一直在密切關(guān)注國(guó)外車企的動(dòng)向，并能感受到非常大的壓力!”
對(duì)此，全國(guó)政協(xié)委員、863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體組組長(zhǎng)歐陽(yáng)明高的感受更加直觀。“最近日本舉辦了一次專業(yè)程度非常高的新能源展覽，參觀人次達(dá)到12萬(wàn)。在展覽上，我們發(fā)現(xiàn)，一直被認(rèn)為還很遙遠(yuǎn)的燃料電池，日本人都已經(jīng)做到了足以商業(yè)化的程度。”歐陽(yáng)明高表示，日本企業(yè)研發(fā)的速度與效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了自己的預(yù)期。更讓他壓力重重的，還有外國(guó)車企對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)與整合能力。“在燃料電池汽車上，小到一個(gè)螺絲帽都有專門(mén)的公司在做。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈很長(zhǎng)，并且非常完整。”歐陽(yáng)明高說(shuō)。
簡(jiǎn)言之，當(dāng)中國(guó)的企業(yè)還在觀望或艱難摸索的時(shí)候，國(guó)際對(duì)手在技術(shù)方面已經(jīng)相當(dāng)成熟。有人也許會(huì)問(wèn)為何外企不在當(dāng)下發(fā)力，甄子健的觀點(diǎn)是：“他們之所以愿意等待三年，更多僅是為進(jìn)一步降低成本、配套進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施的準(zhǔn)備。”
目前我國(guó)燃料電池行業(yè)缺少成型的上游產(chǎn)業(yè)鏈，大部分關(guān)鍵材料和零部件都依賴進(jìn)口
那么，我國(guó)燃料電池汽車的發(fā)展與世界先進(jìn)水平相比，究竟差在哪些方面呢?
在胡里清看來(lái)，首先便是燃料電池領(lǐng)域。“如果說(shuō)燃料電池是燃料電池汽車的心臟，那么生產(chǎn)燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)和材料便是這核心中的核心。”
胡里清表示，目前我國(guó)燃料電池行業(yè)缺少成型的上游產(chǎn)業(yè)鏈，大部分關(guān)鍵材料和零部件都依賴進(jìn)口，造成整體上受制于人。“比如隔膜，很多企業(yè)就需要向美國(guó)的杜邦公司購(gòu)買(mǎi)，而空氣壓縮機(jī)之類的關(guān)鍵部件，常常是有錢(qián)都買(mǎi)不到。”
具體說(shuō)來(lái)，在燃料電池即電堆方面，主要就有質(zhì)子交換膜、催化劑、碳擴(kuò)散層材料和雙極板等等。其他關(guān)鍵零部件則包括空氣壓縮機(jī)、高效散熱器、特種閥件以及高壓儲(chǔ)氫罐等。其中，70MPa的車載超高壓儲(chǔ)氫罐2到3年內(nèi)就有望實(shí)現(xiàn)商品化，而我國(guó)目前只能生產(chǎn)35MPa規(guī)格的產(chǎn)品;美國(guó)客車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的壽命已達(dá)5000小時(shí)，我國(guó)的至今仍未超過(guò)3000小時(shí)。
甄子健認(rèn)為，“就燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化來(lái)說(shuō)，為以后的5至10年打算，國(guó)家、企業(yè)以及社會(huì)相關(guān)方面從現(xiàn)在起就要高度重視、系統(tǒng)策劃、實(shí)際行動(dòng)。近期我們可以選公共服務(wù)領(lǐng)域車輛為切入口，加大示范考核以及商業(yè)模式培育的力度，不斷提升我們產(chǎn)品的核心技術(shù)，為燃料電池汽車進(jìn)入乘用車和商用車主流市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。”
真正決定中國(guó)燃料電池汽車未來(lái)的，是國(guó)家的眼光與產(chǎn)業(yè)的態(tài)度
面對(duì)種種分明的中外差距，人們或許會(huì)提出這樣的疑問(wèn)：強(qiáng)敵環(huán)伺下的中國(guó)燃料電池汽車，會(huì)落得與傳統(tǒng)汽車工業(yè)相同的窘境么?
事實(shí)上，盡管與國(guó)外存在不小的差距，但通過(guò)“十五”和“十一五”期間科技部電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)和節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目，我國(guó)在燃料電池汽車及加氫基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域有了良好的起步：上汽、一汽、奇瑞、長(zhǎng)安等整車廠與同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、上燃動(dòng)力、新源動(dòng)力、神力科技等產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池乘用車和商用車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，分別開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的燃料電池汽車產(chǎn)品投入實(shí)際示范運(yùn)行考核。2008年奧運(yùn)會(huì)，23輛燃料電池汽車示范運(yùn)行7.6萬(wàn)公里。到了2010年世博會(huì)，這個(gè)數(shù)字上升到196輛和91萬(wàn)公里。目前，北京、上海兩地已經(jīng)建成四座固定加氫站和兩座移動(dòng)加氫站，其中后者率先探討了工業(yè)副產(chǎn)氣供氫基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)……
但在胡里清看來(lái)，真正決定中國(guó)燃料電池汽車未來(lái)的，是國(guó)家的眼光與產(chǎn)業(yè)的態(tài)度。
他表示，對(duì)于當(dāng)前出現(xiàn)的一些質(zhì)疑甚至否定燃料電池汽車的聲音，國(guó)家應(yīng)當(dāng)通過(guò)更加有力的政策予以回應(yīng)，加強(qiáng)對(duì)燃料電池關(guān)鍵材料技術(shù)研發(fā)的支持，積極發(fā)揮企業(yè)作為創(chuàng)新主體的作用。此外，還應(yīng)通過(guò)建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟的方式，集中資源，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)的突破，并建立示范推廣的長(zhǎng)效機(jī)制。
“一個(gè)大國(guó)，應(yīng)當(dāng)具備遠(yuǎn)瞻未來(lái)幾十年的眼光。”胡里清說(shuō)。
■科技熱詞 燃料電池汽車
燃料電池汽車的工作原理是，在汽車搭載的燃料電池中，使作為燃料的氫與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生出電能啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車。甲醇、天然氣和汽油也可以替代氫，不過(guò)將會(huì)產(chǎn)生極度少的二氧化碳和氮氧化物。但總的來(lái)說(shuō)，這類化學(xué)反應(yīng)除了電能就只產(chǎn)生水。因此燃料電池車被稱為“地道的環(huán)保車”。
燃料電池汽車的氫燃料能通過(guò)幾種途徑得到。有些車輛直接攜帶著純氫燃料，另外一些車輛有可能裝有燃料重整器，能將烴類燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體。單個(gè)的燃料電池必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動(dòng)力，滿足車輛使用的要求。
延伸閱讀 燃料電池汽車也有“馬太效應(yīng)”
一般而言，當(dāng)下燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的阻礙，主要受燃料電池成本較高、氫燃料電池車技術(shù)還需完善及政府鼓勵(lì)政策尚不明朗的制約。不過(guò)，最近幾年，各國(guó)政府和汽車生產(chǎn)商開(kāi)始看好氫能。美國(guó)能源部的報(bào)告稱，以燃料電池為核心的清潔利用方式，正在成為氫能市場(chǎng)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。美國(guó)工程院最近預(yù)計(jì)，氫燃料電池車將在2015年批量進(jìn)入發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)，并在15—20年之內(nèi)，取代現(xiàn)有燃油車及混合動(dòng)力車，占據(jù)全球汽車市場(chǎng)主導(dǎo)地位。可以預(yù)計(jì)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)汽車領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢(shì)，西方國(guó)家在燃料電池汽車的發(fā)展上，也將享受到馬太效應(yīng)，即強(qiáng)者愈強(qiáng)、弱者愈弱。
德國(guó)：2020年達(dá)到50萬(wàn)輛
近幾年來(lái)，德國(guó)政府投入10多億歐元用于開(kāi)發(fā)氫動(dòng)力車，近期又宣布，2020年開(kāi)始放棄核能，在氫能利用領(lǐng)域下更大工夫。2009年，德國(guó)主要的汽車和能源公司就與政府聯(lián)合啟動(dòng)了“H2MobilityInitiative”計(jì)劃。按照計(jì)劃，德國(guó)將在2015年建成1000個(gè)加氫站，開(kāi)始實(shí)現(xiàn)燃料電池動(dòng)力汽車的大規(guī)模商業(yè)化，到2020年將有100萬(wàn)輛電動(dòng)車和50萬(wàn)輛燃料電池汽車投入使用。
為了盡早搶占市場(chǎng)有利地位，德國(guó)汽車生產(chǎn)商積極響應(yīng)政府的號(hào)召。2011年1月，奔馳公司研發(fā)的3輛燃料電池原型車，橫跨4大洲、14個(gè)國(guó)家，完成繞地球行駛1周的創(chuàng)舉。此外，奔馳在德國(guó)還有36輛氫燃料電池大巴，已收集到200萬(wàn)千米的運(yùn)行數(shù)據(jù)，目前的氫料燃大巴比早期的燃料消耗降低了50%，性能和行駛里程均顯著提高。
日本：2025年實(shí)現(xiàn)200萬(wàn)輛
2011年初，日本13家國(guó)內(nèi)石油和氣體公司宣布，將在2015年前共同大力發(fā)展氫能基礎(chǔ)設(shè)施。其中包括在2025年前實(shí)現(xiàn)建設(shè)1000座加氫站和200萬(wàn)輛燃料電池汽車的計(jì)劃。目前豐田氫燃料電池車高壓儲(chǔ)氫罐壓力已從35兆帕提高到70兆帕，儲(chǔ)氫罐容量從148升增加到156升，因此，貯存氫的量比原來(lái)高1倍以上，從而能保證續(xù)駛里程提高1倍。日本松下電器開(kāi)發(fā)的綠色環(huán)保家用氫燃料電池，2009年5月首次實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，輸出功率為1千瓦，可為普通家庭提供60%的電力。這款電池2009年售價(jià)為300萬(wàn)日元，政府補(bǔ)貼130萬(wàn)日元，計(jì)劃到2015年降至100萬(wàn)日元。
美國(guó)：開(kāi)發(fā)熱能與氫結(jié)合的新一代燃料電池系統(tǒng)
美國(guó)也不甘落后，在東部已建成加氫站高速公路，加注點(diǎn)全部為太陽(yáng)能電解水制氫，新技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)。在美國(guó)通用公司的努力下，氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的體積減小了一半，與四缸內(nèi)燃機(jī)相當(dāng);重量減輕100千克。性能更高的第四、第五代燃料電池車也已開(kāi)發(fā)成功。
美國(guó)能源部和加洲空氣資源委員會(huì)合作，開(kāi)發(fā)將熱能和氫結(jié)合在一起的新一代燃料電池系統(tǒng)，以甲烷和天然氣為原料，供高溫燃料電池來(lái)發(fā)電和發(fā)熱，同時(shí)產(chǎn)生氫氣，每天為20—50輛燃料電池車加注，提高了氫能利用的有效性。
韓國(guó)：已推出第三代燃料電池車
除了歐美日等傳統(tǒng)汽車強(qiáng)國(guó)，韓國(guó)等新興汽車國(guó)家也加快了發(fā)展的步伐。韓國(guó)現(xiàn)代已經(jīng)推出第三代燃料電池電動(dòng)車ix35。ix35完全由氫燃料電池驅(qū)動(dòng)，這款零排放SUV是在2010年由200多名設(shè)計(jì)師在韓國(guó)現(xiàn)代的燃料電池研發(fā)中心設(shè)計(jì)完成。
