中國儲能網(wǎng)訊：剛剛步入2020年，燃料電池汽車就釋放出諸多積極的信號。
1月5日，國內(nèi)首批（10輛）氫燃料電池通勤客車在武漢開發(fā)區(qū)正式交付；1月14日，247臺新能源汽車在云南五龍汽車有限公司下線；1月20日，山東濰坊100臺氫燃料公交車采購中標(biāo)，計(jì)劃于年內(nèi)正式上線運(yùn)營……
燃料電池汽車以其高效率和零排放等優(yōu)勢，備受國內(nèi)外追捧。中國電動汽車百人會副秘書長王賀武就曾預(yù)測，2025年我國氫能燃料電池汽車有望實(shí)現(xiàn)5萬~10萬輛的規(guī)模；2030年我國將實(shí)現(xiàn)百萬輛級別的氫能燃料電池汽車在路上行駛；2050年氫能燃料電池汽車能夠和純電動汽車共同實(shí)現(xiàn)汽車的零排放，即移動端的零排放。
站在“風(fēng)口”上的燃料電池汽車，熱度攀升的背后還需怎樣的冷思考？“十四五”又該如何實(shí)現(xiàn)更大的跨越？《中國科學(xué)報(bào)》就此采訪了中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉。
氫燃料電池是理想的選擇
《中國科學(xué)報(bào)》：相比純電動汽車，燃料電池汽車有何優(yōu)勢？
衣寶廉：以氫燃料電池為動力的燃料電池車與鋰離子電池車相比，具有續(xù)駛里程長、安全等優(yōu)勢。氫燃料電池比能量高達(dá)0.5~1.0Wh/Kg，且燃料氫和電堆是分開的，因此即使電池的膜破損，只要將氫切斷，就不會產(chǎn)生燃燒和爆炸。此外，氫燃料加注方式與燃油車加油類似——加注時(shí)間短，特別適用于重載、長途運(yùn)輸車、大客車和各種商用車。若采用可再生能源制氫，還可做到零排放。
《中國科學(xué)報(bào)》：《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》指出，未來氫在我國終端能源體系占比至少將達(dá)10%，您如何看待氫燃料電池汽車未來發(fā)展前景？
衣寶廉：人類生活、生產(chǎn)所用的化石燃料，從煤、石油到天然氣，是一個逐步減碳的過程。而氫是零碳燃料，用氫代替化石燃料是理想的選擇。但氫需要用其它能源制取，用可再生能源，如水能、風(fēng)能、太陽能等制氫是最佳選擇。近年來，由于實(shí)行二氧化碳減排，控制本世紀(jì)溫升在2℃以內(nèi)，可再生能源的高速發(fā)展與燃料電池和燃料電池車技術(shù)的進(jìn)步，將大力促進(jìn)氫能的發(fā)展。
《中國科學(xué)報(bào)》：“氫能源”雖然是備受期待的一種新能源汽車方案，但目前我國在制氫、儲氫、運(yùn)氫等環(huán)節(jié)并不完善，對此您認(rèn)為該如何解決？
衣寶廉：氫氣的密度最低，所以它的體積比能量最小，導(dǎo)致氫的儲運(yùn)是發(fā)展氫能的最大難題。國內(nèi)應(yīng)發(fā)展和示范液氫和管道運(yùn)輸氫，同時(shí)研究用有機(jī)化合物加脫氫的辦法（如甲基環(huán)己烷脫氫和甲苯加氫）儲運(yùn)氫，利用石油運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備與經(jīng)驗(yàn)。
要想盡快發(fā)展氫能和提高氫能能源占比，最有效的辦法是大力發(fā)展西南水電、西北風(fēng)電，將不上電網(wǎng)的電力直接用于電解水制氫，再將氫送入管網(wǎng)，與天然氣混合送給用戶。目前，國際上天然氣管網(wǎng)可混入5%~20%的氫氣，減少了天然氣的進(jìn)口。此外，建立海上風(fēng)電，直接電解海水制氫，并輸送至天然氣管網(wǎng)，也是一個重要方向。
氫的爆炸限很寬，起爆能量很低，因此也是一種易燃、易爆氣體。但氫與天然氣和石油相比，極宜檢測，因此要研發(fā)穩(wěn)定、可靠、廉價(jià)的氫傳感器，確保用氫安全。
“十三五”仍存成本壓力
《中國科學(xué)報(bào)》：“十三五”期間，燃料電池汽車都取得了哪些關(guān)鍵突破？
衣寶廉：經(jīng)過北京奧運(yùn)會23輛燃料電池車、上海世博會196輛燃料電池車等示范運(yùn)行，已經(jīng)證明燃料電池車技術(shù)可行?！笆濉逼陂g，加氫站建設(shè)被寫入2019年政府工作報(bào)告，極大鼓勵了燃料電池車的研發(fā)和示范。
第一，2018年由國家能源集團(tuán)牽頭成立了中國氫能聯(lián)盟，為我國氫能與燃料電池的發(fā)展堅(jiān)定了信心，并給予了技術(shù)和資金的支持。
第二，2019年燃料電池車的銷量已達(dá)2737輛，我國燃料電池車的保有量已達(dá)五千多輛，僅次于美國，占世界第二位。國內(nèi)示范運(yùn)行的燃料電池車以大客車和商用車為主，適于發(fā)揮燃料電池車的優(yōu)勢，已引起國際汽車界的重視。
第三，由于大規(guī)模燃料電池車的商業(yè)化示范，創(chuàng)建了車用燃料電池的關(guān)鍵材料和部件市場，國內(nèi)關(guān)鍵材料和部件的生產(chǎn)企業(yè)逐漸增加，并開始批量生產(chǎn)雙極板、膜電極三合一（MEA）、電催化劑、質(zhì)子交換膜、空壓機(jī)和高壓儲氫瓶等，進(jìn)一步降低燃料電池車成本。
第四，加氫站的建設(shè)速度加快，由“十三五”初期的十幾座到2019年建成38座、投運(yùn)46座，關(guān)鍵部件如氫氣壓縮機(jī)、加氫機(jī)等也開始研制和試用，國產(chǎn)化提速。
第五，由于國家、地方政府和企業(yè)的大力支持，并介入燃料電池車的研發(fā)與商業(yè)化示范運(yùn)行，吸引了國際從事燃料電池車研發(fā)企業(yè)進(jìn)入中國，促進(jìn)了國內(nèi)燃料電池車的商業(yè)化示范運(yùn)行。
《中國科學(xué)報(bào)》：開發(fā)燃料電池汽車還存在哪些技術(shù)性挑戰(zhàn)？該如何應(yīng)對？
衣寶廉：由于燃料電池發(fā)動機(jī)成本較高，導(dǎo)致燃料電池車價(jià)格是燃油車的2~3倍，是鋰離子電池車的2倍左右。此外，氫的制備、輸運(yùn)費(fèi)用高也導(dǎo)致其運(yùn)行成本高，加氫站的建設(shè)費(fèi)用也遠(yuǎn)高于充電站和加油站的建設(shè)費(fèi)用。
因此，開發(fā)燃料電池車首先就要降低燃料電池車的成本。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一是要加快批量生產(chǎn)工藝的研發(fā)；二是企業(yè)家介入建立生產(chǎn)線進(jìn)行試生產(chǎn)；三是地方政府支持，進(jìn)行大規(guī)模的燃料電池車商業(yè)化示范。
其次，在確保電堆可靠性與耐久性的前提下，大幅度提高電堆的比功率。降低關(guān)鍵部件如空壓機(jī)、DC/DC、氫氣循還泵、閥件等成本，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
降低氫氣成本的關(guān)鍵是選擇副產(chǎn)氫豐富或可再生能源豐富的地區(qū)進(jìn)行燃料電池車示范，大力發(fā)展離網(wǎng)的風(fēng)電、水電和太陽能發(fā)電，直接電解水制氫，降低制氫和運(yùn)輸成本。而降低加氫站建設(shè)成本，就需要實(shí)現(xiàn)氫氣壓縮機(jī)和儲氫瓶的國產(chǎn)化。
“十四五”需強(qiáng)化應(yīng)用基礎(chǔ)研究
《中國科學(xué)報(bào)》：對于下一個五年規(guī)劃，燃料電池汽車在技術(shù)研發(fā)上應(yīng)該如何部署？
衣寶廉：要加強(qiáng)燃料電池關(guān)鍵材料與部件的基礎(chǔ)研究。在電催化劑、交換膜、流場和膜電極三合一結(jié)構(gòu)與制備方面能有創(chuàng)新性的發(fā)明，為制備高比功率電堆提供指導(dǎo)和技術(shù)基礎(chǔ)。
要加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。開發(fā)和改進(jìn)燃料電池關(guān)鍵材料與部件的批量生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低成本，用于組裝高比功率電堆和電池系統(tǒng)。
要研發(fā)世界一流的高比功率電堆和電池系統(tǒng)，電堆體積比功率達(dá)到5Kw/L，壽命達(dá)到2萬~3萬小時(shí)。另外，還要提高客車與商用車性價(jià)比，研發(fā)燃料電池乘用車，性能接近或達(dá)到國際一流水平。
《中國科學(xué)報(bào)》：對于推動燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，“十四五”期間在政策上還需做出哪些調(diào)整？
衣寶廉：燃料電池車現(xiàn)在競爭力不強(qiáng)，需要政府扶持。但政府補(bǔ)貼不要全部補(bǔ)到整車單位，要對關(guān)鍵材料與零部件企業(yè)給予補(bǔ)貼，鼓勵降低關(guān)鍵材料與部件的售價(jià)，逐步提高補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，是否給予補(bǔ)貼以檢測數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。
建議國家成立第三方獨(dú)立的檢測單位，與標(biāo)準(zhǔn)委員會一起，建立關(guān)鍵材料與部件和電堆與系統(tǒng)的壽命快速測定方法。
另外，還建議氫能獨(dú)立設(shè)立專項(xiàng)，以可再生能源制氫為主，目標(biāo)是代替天然氣，減少天然氣進(jìn)口。同時(shí)，研發(fā)海水電解制氫，為發(fā)展海上風(fēng)電制氫奠定基礎(chǔ)。
