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中国汽车工业协会最新数据显示,今年前4个月,我国新能源汽车产销分别完成23.2万辆和22.5万辆,比上年同期分别增长142.4%和149.2%,不仅远超车市整体增幅,也远超人们预期。

作为公认的最清洁的新能源汽车,氢燃料电池汽车被寄予厚望,各方都在期待其能带领汽车行业真正进入无污染的新能源汽车时代。然而,氢燃料电池汽车的技术瓶颈却成为其商业化进程中的最大掣肘。当前,氢燃料电池汽车技术是否成熟到可以满足市场需求,安全性是否符合市场化推广条件,综合经济性是否比得上纯电动汽车……氢燃料汽车领域存在太多不确定因素。正如中国汽车工程学会理事长付于武所言,从全球范围来看,氢燃料电池汽车技术还处于不断地探索之中,氢燃料电池产业还处于发展的初级阶段,离商业化仍较远。当前的主要任务是培育和壮大产业链,加快氢能基础设施建设,完善标准法规以及突破核心技术瓶颈。

在这种形势下,汽车行业开始普遍触“电”,纯电动汽车市场已经挤得“无处下脚”。不少企业另辟蹊径,开始投身氢燃料汽车的研发,不少地方也纷纷将燃料电池汽车产业列为发展重点。

■乘用车领域尚无成熟产品

那么,燃料电池汽车离真正产业化究竟还有多远呢?

近年来,以丰田为代表的车企正大力推广氢燃料电池汽车,我国也在加快示范运营的步伐,尤其在商用车领域,不断传出企业和地方政府进行示范推广的消息;但在乘用车领域,由于关键技术还未取得实质性突破,我国目前还鲜有成熟的氢燃料电池汽车产品。

成熟度比电动车至少差10年

中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉认为,当前氢燃料电池汽车技术已经具备了一定的技术基础,但如要进行大规模市场推广,仍需要满足几个基本条件,他解释说:“一是可靠性与耐久性基本达到要求,如寿命达到5000~10000小时;二是通过基本的安全规范,即通过结构、电和氢安全的检测;三是售价在扣除政府补贴后,与锂电池汽车和燃油汽车接近,或稍贵一点;四是有充足的廉价氢燃料供给,加氢站能满足加氢的需求,消除或尽量减少加氢焦虑;五是纳入政府补贴,燃料电池车生产企业和燃料电池车大规模示范运营单位均能盈利。”在这些方面,我国氢燃料电池汽车均有待提升,尤其是乘用车领域。

在前不久举行的北京国际车展上,福田欧辉8.5米氢燃料电池客车吸引了不少观众眼球。据介绍,该车加注氢气10分钟,续航里程可达500公里,目前已获得百辆订单,这也是燃料电池汽车全球最大商业化订单。

清华大学汽车工程系教授陈全世告诉《中国汽车报》记者:“当前,氢燃料电池技术还存在技术瓶颈,在关键技术没有重大突破前,不宜进行大规模市场推广。”中国汽车工程学会副秘书长闫建来也认为,氢燃料电池的膜技术比锂电池要难得多。“现在氢燃料电池的膜技术还没有突破,用白金做催化剂,太‘娇嫩’了,对温度和空气的要求都比较高,如果不能突破这项技术很难进行大规模市场推广。”闫建来说。

“在世界各国政府、科研机构和企业共同推动下,燃料电池技术近年有较大进展。”中国汽车工业协会常务副会长董扬表示,从加拿大巴拉德公司1991年申请专利开始,燃料电池汽车的研究已有近30年历史。2015年1月,丰田汽车公司的“未来”品牌燃料电池汽车正式投产销售,标志着燃料电池汽车的技术路线基本确定,开始进入产业化阶段。

“在技术方面,之前我们的积累并不够,现在国内有几家企业已经有了规划,但仍需要一个漫长的过程。”全国燃料电池标准化技术委员会秘书长卢琛钰在接受《中国汽车报》采访时表示。

虽然我国燃料电池产业起步比日本晚,但近年来也取得了长足进步。经过20多年的研发和示范运行,目前我国已经初步掌握燃料电池电堆及其关键材料、动力系统、整车集成和氢能基础设施的核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台,培育了一批从事燃料电池及关键零部件研发生产的企业,初步形成了以大学研究院所为主,骨干企业参与,涵盖制氢、储氢、输氢、氢安全及燃料电池技术的研发体系,实现了百辆级动力系统与整车的生产能力。截至2017年底,我国燃料电池汽车商业化订单已突破千辆,用于示范运营的氢燃料电池汽车有200余辆,全国范围内建成加氢站8座。

■寿命短制约商业化进程

不过,这组运营数字远不如纯电动汽车。“虽然燃料电池有电堆效率比内燃机高、完全没有排放污染等巨大优点,但是由于氢的储存方法未能确定,电堆体积过大,效率太低,质子交换膜使用贵金属多等具体技术问题未能攻克,燃料电池汽车真正产业化还面临较多困难。”董扬认为,当前我国燃料电池汽车与2009年的纯电动汽车状况相似,还属于“十城千辆”的规模化研发推广阶段。就产业成熟度而言,燃料电池汽车与动力蓄电池电动汽车相比,还有10年甚至更长的差距。

“氢燃料电池汽车在运行过程中,一定要保证氢转换成电的稳流安全性。”闫建来表示,氢燃料电池汽车要迈向市场,一定要解决安全问题,否则会给产业带来极大伤害。尽管现在市场上有很多氢燃料电池汽车在示范运营,但多局限在一定条件下,很难进行大规模市场推广。

产业突破必须迈过“三道坎”

不过,衣宝廉认为,如果采取必要的措施,氢气的安全是可以保证的,因此,氢燃料电池的安全性也就有了保障。“汽油的爆炸能量是相同体积气体氢气的22倍
,且发生爆炸时,由于氢气燃料密度远低于空气,会迅速上升扩散
,爆炸发生在气源的上方,而汽油发生爆炸是在燃料的泄漏处,危险程度要远大于氢气。”衣宝廉说,“氢燃料电池汽车的碰撞安全性能也完全有保障,能够满足和符合国家碰撞安全标准。”

乘用车最能体现一国汽车产业技术水平。数据显示,当前全球燃料电池乘用车市场主要为日本丰田、本田和韩国现代汽车所占据。其中,丰田的Mirai以2039辆的注册量占据了全球燃料电池汽车销量的88%。相较之下,我国正式推出的燃料电池乘用车落地产品仅有上汽荣威950一款,且并未正式面向私人消费市场。

新研氢能源科技有限公司CTO、IEC国际标准召集人齐志刚介绍,目前,我国在氢燃料电池技术方面已经有多年积累,但安全性仍有待提升。“大连的新源动力在膜电极、电堆方面积累了十几年的经验,电堆性能不低于国外产品;亿华通在整车集成方面积累了几年的经验;以中科院大化所为代表的一些科研院所在膜电极制作、系统控制逻辑方面也起步较早;在空压机等关键辅助部件方面,广东广顺探索了十年左右,其产品的性能和寿命虽然还不能和国外的产品相比,但已经能够满足基本使用要求。”齐志刚如是说。

为何我国氢燃料电池汽车难以推广呢?“首先,燃料电池使用寿命太短。”新研氢能源科技有限公司CTO、IEC国际标准召集人齐志刚举例说,上汽荣威950燃料电池汽车运行时间在3000小时左右,离实际应用所需的5000小时还有较大差距。

永利电玩城官网,使用寿命短是阻碍燃料电池汽车市场化进程的另一个重要因素。“如上汽荣威950燃料电池汽车累计运行时间据说在3000小时左右,离实际应用所需的5000小时还有较大差距;在客车方面,国际上有几辆车已经达到了美国能源部要求的2.5万小时,但国内刚开始示范运行,还没有相关数据,需要运行几年以后才会有结果。据我了解,目前国内氢燃料电池客车寿命远低于这个数值,应该和上汽乘用车的3000小时差不多。”齐志刚告诉记者。

“更重要的是,由于对环境、温度、湿度无法控制,在实际运营中,氢燃料电池的寿命会大打折扣。”清华大学汽车工程系教授陈全世表示,即使寿命达到5000小时,以一天运营15小时计算,一辆公交车仅能运营不到一年的时间,根本无法支撑产品的商业化运营。

陈全世强调,在电池寿命达到1万小时之前,不宜进行大规模市场推广。“现阶段,最前沿的成果可以达到5000小时,但这仅是试验数据,在现实中,对环境、温度、湿度无法控制,氢燃料电池的寿命会大打折扣。”陈全世说,“事实上,即使寿命达到5000小时,一辆公交车以一天运营15小时计算,也仅能运营不到一年的时间,这样的寿命根本不足以支撑产品的商业化运营。”

其次,氢的供应链尚未形成。据专家介绍,关于氢的制取,当前有工业副产氢和利用光伏、风能等碎片化能源制氢等不同技术路线;关于氢的输送,也有高压、液化和利用天然气管道等不同路线,都需要进行经济、技术方面的比较和商业模式的探索。

■降低成本还有较大空间

中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉表示,目前我国氢气储存和运输企业少,氢气的供给体系并不稳定。

正如衣宝廉所言,氢燃料电池汽车要想进行大规模市场推广,其成本必须和锂电池或传统燃油车接近。衣宝廉判断,氢燃料电池汽车要想步入市场,还需要三年时间。

再次,生产和使用成本高也制约了推广。“目前,全球技术领先的丰田也是在‘贴钱’推广,其真正的价格要远高于纯电动汽车,更不用说燃油车。”陈全世表示,“丰田去年销售的几千辆燃料电池汽车中,80%用于租赁业务,其性价比也远未达到市场推广要求”。

丰田汽车在美国面向市场推出的氢燃料电池乘用车,售价约为30万元人民币,而我国最好的同级别车型至少要百万元。对此,卢琛钰有理性的认识:“可以说,丰田在用企业的力量赔钱进行市场推广。”他表示,国内相关产品成本之所以居高不下,主要原因是规模较小。因为当前市场需求没有出现,氢燃料电池产业链各端都未发力,尤其是车辆本身,一些材料、部件多为进口,这是推高车辆成本的最直接原因。“汽车产业是规模经济,氢燃料电池汽车也是其中一种,其产业链更长,只有形成一定规模和市场需求,才会有企业加入,进而推动成本降低。”

记者走访发现,目前国内一辆燃料电池汽车售价大都在百万元以上。“之所以价格居高不下,主要原因是规模太小。”上海电器科学研究院北京分院院长卢琛钰表示。

“现在全世界范围内,氢燃料电池汽车技术走在前面的是丰田,但事实上,丰田也在‘贴钱’推广,其真正的价格要远高于纯电动汽车,更不用说燃油车。”陈全世也表达了类似的观点,他同时指出,“丰田去年销售的2300辆燃料电池汽车中,80%用于租赁业务,也就是说,其性价比未达到市场推广要求。”

同时,燃料电池汽车使用成本也偏高。“为了保证氢气运输安全,我国规定压力容器必须很牢固,同时要求运输氢气的压力不能太大。”北京低碳清洁能源研究所氢能研发部经理何广利表示,压力低储存量就少,“综合来算,氢气储存和运输成本每立方米约为9元,远超过制氢成本”。

事实上,氢燃料电池汽车成本高只是一方面,浓度为99.99%的氢气成本也相当高。以北京为例,其售价约为11元/m3,而这个价格显然不适合普通消费市场。闫建来表示,氢燃料电池目前的转换效率较低,这直接造成了其使用成本过高,无法满足大规模市场推广需求。

此外,加氢站建设投资也较大。衣宝廉告诉记者,不算土地,一座日加能力在200公斤的加氢站的建设成本至少在1500万元以上,远高于加油站和充电站,这对不少企业形成了较高门槛。

齐志刚认为,没有批量化生产也是我国氢燃料电池汽车成本居高不下的重要原因。“目前一台空压机大约10万元,DC-DC接近10万元,这些关键辅助部件在燃料电池系统成本中占很大一部分,但一旦实现自动化、批量化生产,成本就会下降若干倍。”齐志刚同时指出,“降低贵重金属,如Pt催化剂的用量对降低成本也有一定的作用,虽然这不是关键所在,但往这个方向努力也是一种降低成本的途径。”

谁能胜出在于市场选择

在我国新能源汽车推广和应用上,始终存在着插电式、纯电和燃料电池三条技术路线之争。其中,由于氢的能量密度是油的两至三倍,再加上它在加氢环节的客户体验和传统能源车是一样的,加一次氢仅用2分钟至3分钟,续驶里程可达500公里至700公里,很长时间以来,燃料电池汽车都被认为是国家新能源汽车技术路线终极解决方案。

然而,与纯电动汽车相比,燃料电池汽车不仅在我国,在全世界的推广应用都不太理想。“本世纪初,在动力蓄电池能量密度达不到汽车使用需求的前提下,专家多认为燃料电池汽车是电动汽车的终极阶段,这可以理解。但是近年来,动力蓄电池技术已有重大进步,对此结论应重新评估。”在董扬看来,就当前技术状况,动力蓄电池电动汽车更适用于城市、短途、乘用车,而燃料电池汽车更适用于长途、重载、商用车。“二者是互为补充的关系,并不是互相替代的关系,至于将来孰优孰劣,由于技术还在发展,基础设施正在建设,商业模式也在持续不断创新,仍存在巨大变数。”董扬说。

氢能燃料电池技术需要加快发展,这符合我国能源革命的需要。“但氢和电都是能源载体,并无‘终极’之说。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高也不同意“氢是终极能源”和“氢能燃料电池车是终极环保车”的说法。他认为,小型轿车对能量要求较低,锂电池可能发挥更大作用,“所以就新能源汽车而言,燃料电池与纯电将来会是共生共存”。

“纯电动、氢燃料和混合动力,都有各自的优势,中国市场这么大,三条技术路线在今天和明天都是需要的。”在5月12日举行的第十届汽车蓝皮书论坛上,上海交通大学智能网联电动汽车创新中心主任殷承良说,至于未来究竟谁能胜出,“取决于技术进步和市场选择”。

按照我国相关产业规划,到2030年,我国燃料电池汽车运营要达到100万辆。届时,中国有望成为全球最大的燃料电池汽车市场。如何加快燃料电池汽车的产业化步伐?“这需要汽车整车及能源大企业等产业主力军介入,产业主管部门牵头,选择条件较好的省域地区开展部省合作。”董扬认为,只有迅速形成万辆等级的生产,才能打通产业链。