衣寶廉

剛剛步入2020年，燃料電池汽車就釋放出諸多積極的信號(hào)。

1月5日，國(guó)內(nèi)首批(10輛)氫燃料電池通勤客車在武漢開(kāi)發(fā)區(qū)正式交付;1月14日，247臺(tái)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(tái)氫燃料公交車采購(gòu)中標(biāo)，計(jì)劃于年內(nèi)正式上線運(yùn)營(yíng)……

燃料電池汽車以其高效率和零排放等優(yōu)勢(shì)，備受國(guó)內(nèi)外追捧。中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)王賀武就曾預(yù)測(cè)，2025年我國(guó)氫能燃料電池汽車有望實(shí)現(xiàn)5萬(wàn)~10萬(wàn)輛的規(guī)模;2030年我國(guó)將實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛級(jí)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(dòng)汽車共同實(shí)現(xiàn)汽車的零排放，即移動(dòng)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(guó)科學(xué)報(bào)》就此采訪了中國(guó)工程院院士、中國(guó)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(guó)科學(xué)報(bào)》：相比純電動(dòng)汽車，燃料電池汽車有何優(yōu)勢(shì)?

衣寶廉：以氫燃料電池為動(dòng)力的燃料電池車與鋰離子電池車相比，具有續(xù)駛里程長(zhǎng)、安全等優(yōu)勢(shì)。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(kāi)的，因此即使電池的膜破損，只要將氫切斷，就不會(huì)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(zhǎng)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(guó)科學(xué)報(bào)》：《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》指出，未來(lái)氫在我國(guó)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(lái)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(gè)逐步減碳的過(guò)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(yáng)能等制氫是最佳選擇。近年來(lái)，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(guó)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(guó)在制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫等環(huán)節(jié)并不完善，對(duì)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(chǔ)運(yùn)是發(fā)展氫能的最大難題。國(guó)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(chǔ)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(guó)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(gè)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(cè)，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(guó)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(guò)北京奧運(yùn)會(huì)23輛燃料電池車、上海世博會(huì)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。“十三五”期間，加氫站建設(shè)被寫(xiě)入2019年政府工作報(bào)告，極大鼓勵(lì)了燃料電池車的研發(fā)和示范。

第一，2018年由國(guó)家能源集團(tuán)牽頭成立了中國(guó)氫能聯(lián)盟，為我國(guó)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(guó)燃料電池車的保有量已達(dá)五千多輛，僅次于美國(guó)，占世界第二位。國(guó)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(shì)，已引起國(guó)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(chǎng)，國(guó)內(nèi)關(guān)鍵材料和部件的生產(chǎn)企業(yè)逐漸增加，并開(kāi)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(chǔ)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(kāi)始研制和試用，國(guó)產(chǎn)化提速。

第五，由于國(guó)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(guó)際從事燃料電池車研發(fā)企業(yè)進(jìn)入中國(guó)，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)燃料電池車的商業(yè)化示范運(yùn)行。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：開(kāi)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(duì)?

衣寶廉：由于燃料電池發(fā)動(dòng)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(kāi)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(yáng)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(chǔ)氫瓶的國(guó)產(chǎn)化。

“十四五”需強(qiáng)化應(yīng)用基礎(chǔ)研究

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：對(duì)于下一個(gè)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(chǎng)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(kāi)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(wàn)~3萬(wàn)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(guó)際一流水平。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：對(duì)于推動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)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(duì)關(guān)鍵材料與零部件企業(yè)給予補(bǔ)貼，鼓勵(lì)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(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

建議國(guó)家成立第三方獨(dú)立的檢測(cè)單位，與標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)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(cè)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)。