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看清氢燃料乘用车“三国杀”的时代

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-05-14 17:01:34   来源:新能源汽车网  编辑:全球新能源汽车网  浏览次数:170


3月15日,国务院新闻办举行吹风会,就《政府工作报告》的83处修订进行了解读,其中最引人关注就是氢能源首次出现在该报告中。4月23日,工信部发言人黄利斌在国新办发布会上更是表示,氢燃料电池汽车纯电动汽车都是新能源汽车的重要技术路线,工信部未来将进一步加大工作力度,联合有关部门开展示范运行,推进我国氢能燃料电池汽车产业的创新发展。

国家层面的正面表态,为我国新能源汽车产业发展奠定了基调。得益于此,氢燃料汽车在今年也“火”了一把。

看清氢燃料乘用车“三国杀”的时代

(氢燃料汽车百度指数趋势图)

实际上,早在2009年,我国就针对燃料电池汽车相继出台了各项支持政策,推动行业下游应用,拉动燃料电池的产业发展。但一直以来,该行业的发展情况并不理想。国内自主品牌由于技术和行业趋势等原因,不约而同的选择了优先攻克电动汽车技术,而对于发展氢燃料电池汽车的号召少有响应。

相比之下,韩国和日本车企已经走在了氢燃料电池汽车产业的前端。目前,日本的丰田、本田和韩国的现代汽车均已推出氢燃料电池量产车型,分别为丰田Mirai、本田Clarity和现代Nexo。

燃料电池乘用车现状

丰田、本田、现代这三家老牌造车企业对氢燃料电池汽车领域涉足较早。目前来看,三家企业都算是有所造诣,它们都掌握着一定自主研发的核心技术,且其各自的一款量产氢燃料电池车型,在目前还处于“婴儿期”的氢能源汽车市场中,占据了相当大的份额。

看清氢燃料乘用车“三国杀”的时代

就技术层面而言,三家都有自己的技术亮点。丰田一直是氢燃料电池领域的“头号玩家”,丰田的燃料电池堆栈经过十几年的优化,已经形成了自己独有的结构特色,发电效率达到了3.1千瓦/升,其3D立体微流道技术,通过更好地排出副产物水,让更多空气流入,有效改善了发电效率。此外,丰田还在Mirai上使用了燃料电池堆栈加镍氢电池混合动力设计,这种设计使得丰田Mirai在能量供给、动能回收和能量转换率上均有相对不错的表现。

现代汽车对于氢燃料汽车的研究时间也不亚于丰田。早在1998年,现代汽车就专门为研发燃料电池技术成立了麻北新能源技术研究院。2013年,随着ix35 FCV的上市,现代汽车成为全球首家实现氢燃料电池乘用车量产化的车企。最新上市的Nexo最大输出功率为120千瓦,略高于丰田Mirai的113千瓦,但其引以为豪的5分钟加氢却依旧没有超越丰田的3分钟加氢时间。值得一提的是,在-30℃的严苛低温环境下,Nexo仍可以正常、稳定启动,且NEXO在欧洲E-NCAP的最新测试中拿到了五星评分。除此之外,高集成度的动力系统为Nexo提供了更多使用空间,这也是其一大亮点。

事实上,世界上第一台官方认可的燃料电池车是本田造的,2002年本田就曾在加州和日本租售式发售了其名为FCX的燃料电池车型。虽然本田Clarity的上市时间较丰田更晚,错过了最具优势的上市时间,市场表现一般,但这款车的130KW燃料电池/电力驱动系统入选了美国权威杂志《Ward's Auto World》公布的2018年沃德十佳发动机评选榜单,排名第六。

市场表现方面,以三款车都已上市的美国市场为例,2018年美国市场氢燃料电池乘用车总容量约为2332辆,与上一年基本持平。其中丰田Mirai交付量为1700辆,较2017年同比下降了7.5%。本田Clarity交付量为624辆,相较上一年的431辆上涨了44.8%。现代Nexo的交付量仅为8量,原因是现代Nexo在2018年12月才在美国市场完成首次交付,但其在韩国上市后的不到三个月,订单量超过1000单。从美国市场销量情况来看,氢燃料汽车似乎并没有表现出预想中的爆发趋势。

价格方面,丰田Mirai在日本国内的售价为720万日元,约合人民币44万元;本田Clarity在日本国内的售价为766万日元,约合人民币47万元;现代Nexo在美国的售价约为6万美元,约合人民币41万元。虽然在进入中国市场后国家会给予一定的补贴,但这个售价的车型选择非常多,很难让消费者有勇气去尝试一款氢燃料汽车。

在中国市场,三家企业都已有所行动。目前来看,丰田正在调整氢燃料电池技术的推广策略。在不久前的2019年上海车展期间,丰田掌门人丰田章男亲自到访中国,并飞往北京与北汽福田、亿华通签署战略合作,期间他还在清华大学进行了一场演讲,随后并和后者成立联合研究院。不久前,韩国现代自动车株式会社副社长、商用事业部本部长李仁哲在成都透露,将会在四川生产氢燃料电池汽车整车。同时,为加快实现以氢能源为基础的未来“氢能社会”,现代汽车还与清华大学北京清华工业开发研究院共同设立了“氢能基金”,进一步推动中韩两国氢能源相关创新技术的研发能力。而本田的动作似乎更加明显,早在2018年年初,从国家工商局商标网站显示的信息来看,本田已经完成了对氢燃料车CLARITY的商标注册。

氢燃料电池汽车发展瓶颈

与燃油汽车以及电动汽车相比,氢燃料电池汽车在某些层面上有着很明显的优势,例如零排放、续航里程长、补给时间段等。此外,氢气作为燃料本身的特性也为氢燃料汽车带来了先天优势,氢气的质量能量密度高达143MJ/kg,是汽油的3.3倍、三元锂电池单体的133倍。但在现阶段,氢燃料汽车正面临着许多技术和发展的瓶颈。

制造成本

在讨论制造成本之前,我们先来普及一下燃料电池的工作原理:氢燃料电池动力系统将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),电子则通过外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流回路。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。

在这个过程中涉及到一个关键步骤,就是将氢原子中的电子与质子分离,这就涉及到要使用催化剂,目前能作为催化剂使用的材料只有金属铂,而铂是一种价格及其昂贵的稀有金属,目前市场价约200元每克,以现代Nexo为例,制造一台Nexo需要使用56克铂,这意味着单催化剂的材料成本就要花费11200元,这还不包括防止铂中毒失效的附加成本。因此,降低催化剂中铂的使用量,是降低制造成本的一大关键。

储氢也是氢燃料汽车的关键之一,目前一个储氢罐的成本大约在6万元左右,现有车载高压储氢罐一般可以储存6kg左右高压氢气,总体积在150L-200L上下,但这样大的体积会严重挤压车内空间,比如丰田Mirai的后排就只能乘坐两人。此外,储氢的能力直接决定了续航里程的长短,为了缩小体积但提高储氢量,就需要提高储氢压力,而以现有的技术,储氢压力提高一倍,成本则需要增加7倍。

使用成本

因为氢气制取成本很高,导致加氢价格相对比较昂贵。据亿欧汽车了解,在有国家补贴的情况下,加氢的平均价格大约在60元/kg,随着技术的发展,未来可能会降至40元/kg。以丰田Mirai为例,丰田Mirai一次大约可装载5kg的氢气,那么一次补给的成本大约是300元,这个使用成本大致与燃油车持平,但比混动汽车高出一倍,比纯电动汽车高出近三倍。

耐久性及安全测试

氢燃料汽车目前的保有量还非常少,因此从用户端反馈回来的可供参考的数据非常有限。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在此前接受媒体采访时表示,氢燃料电池技术在进行大规模市场推广之前,还需要进行可靠性与耐久性测试,确保寿命达到相应标准。此外,在安全标准的制定上,还需通过结构、电和氢安全的检测,毕竟储氢压力本身很高,普遍为70MPa,这是一个很危险的压力数值。要知道,20MPa的水压就可以用来切割石材了。同时还要避免在高温高压的环境下发生“氢脆现象”,腐蚀金属,引起裂纹导致储氢罐破裂。

配套设施

抛开氢燃料汽车本身,其发展最大的阻碍则来源于国内加氢站的缺乏。目前,全国仅有12家加氢站处于运营状态,分别坐落于北京、上海、郑州、大连、中山、佛山、云浮、如皋、常州、十堰、成都等城市,距离形成规模体系还有很远的距离,更无法保证车主们日常驾驶需要。而加氢站的建设又是另一个难题,从成本来看,一个日供应量在400公斤的小型加氢站成本大概在800万元,更大规模的加氢站则要上千万元。

氢燃料时代离我们还有多远?

不可否认,如今中央与地方政府出台了一系列扶持政策,鼓励氢燃料电池汽车的发展,不仅对氢燃料电池车、加氢站进行了力度十足的补贴,还积极推动科研院所、车企、供应商、能源企业多方合作,形成产业配套,可以说是为氢燃料汽车提供了一个发育的“温室”,这也给人们营造了一种“氢燃料时代已经到来”的假象。

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高曾预测,我国氢燃料汽车保有量2020年将达1万辆,2025年达到10万辆,2030年则为100万辆。这是一个力争的目标,目前看来也只是个目标。

事实上,需求才是市场的决定性因素,毕竟真正买单的还是消费者,政策的导向只能起到辅助作用,而现有的氢燃料电池汽车显然还无法满足人们的需求。在技术上还未取得重大突破的当下,安全、性能、稳定性、配套、价格等方面都还有待提升。

对消费者来说,40万左右的预算可选择的车型太多了,恐怕很少有人会愿意去尝试一款技术还不够成熟的氢燃料汽车。其次,在使用成本上,氢燃料汽车相比纯电动汽车也要高出几倍,即使要放弃传统燃油汽车,氢燃料汽车也不会成为第一选择。更重要的是,目前国内的配套设施极其不完善,未来将会有很长一段时间用来完善基础设施,而在加氢站普及之前,氢燃料汽车的发展只能是“纸上谈兵”。

这样看来,氢燃料汽车似乎离我们还没有那么近。只有技术的革新才能带来产业的变革,坚实的基础才是氢燃料汽车产业蓬勃发展的保障。

氢燃料时代也许会迟到,却绝不会缺席。这对中国本土企业来说未尝不是一个机遇。我国在科技创新上向来落后于西方国家,在纯电动汽车成为整个行业发展重心的当下,我国自主品牌在“弯道”并未展现出“超车”的态势。“对标特斯拉”,似乎已成为业内所有车企的口号。氢燃料或许是我国汽车产业又一个翻身的机会。在全球氢燃料汽车领域都还未取得重大突破的今天,我国本土企业如果能抓住机会,抢先取得研究突破,在政策的大力扶持下,我国汽车产业将有望改变现状,在国际上掌握话语权。

 
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