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誰關(guān)閉了氫燃料電池車的大門?

2022-03-01 08:14:35 甲子光年   作者: Amelie  

氫燃料電池車,遭到著名雜志《Nature》的一記重錘。

近日,一篇刊登在《Nature》子刊上的文章,由于大力唱衰氫燃料電池車的前景,在氫能源業(yè)界引起了不小關(guān)注。

文章名為《氫燃料電池汽車不可能在可持續(xù)道路運輸中發(fā)揮重要作用》(《Hydrogen technology is unlikely to play a major role in sustainable road transport》),作者是海德堡大學(xué)理論物理學(xué)博士Patrick Plötz。文章提出了三個觀點:

1. 氫燃料電池商業(yè)化速度太慢,產(chǎn)業(yè)發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及電動汽車,而這將進(jìn)一步拉大兩者之間的發(fā)展差距;

2. 長途運輸,一貫被認(rèn)為是氫燃料電池的優(yōu)勢領(lǐng)域,正在隨著鋰電續(xù)航里程的提升而消失;

3. 即使在最有利于發(fā)揮氫能優(yōu)勢的領(lǐng)域,即偏遠(yuǎn)地區(qū)的重型運輸或超大型和超重型貨物運輸,氫燃料電池仍然有可能因為市場太小,不足以發(fā)揮出規(guī)模優(yōu)勢。

作者的結(jié)論很鮮明,“對于公路運輸,我們不能坐等氫技術(shù)趕上來,應(yīng)該將重點應(yīng)該放在客運和貨運中的電池電動汽車上。”

氫燃料電池車與鋰電池車孰優(yōu)孰劣之爭,并非新鮮事。近幾年,日產(chǎn)、本田、奔馳、福特等大型車企陸續(xù)宣布放棄氫燃料電池車的開發(fā),成了Patrick Plötz潑這盆冷水的注腳。

反對者可以很輕易找出更多數(shù)據(jù)佐證:2021年,與全球1.7萬輛氫燃料電池車銷量形成鮮明對比的是,全球電動汽車銷量650萬輛,兩者完全不可同日而語。

那么,氫燃料電池車商業(yè)化的大門為何遲遲無法打開?氫燃料電池車還有救嗎?

先驅(qū)們都造不起了

2022年,距離世界上第一輛量產(chǎn)氫燃料電池車——現(xiàn)代ix35 FCV問世9年,距離豐田、日產(chǎn)、現(xiàn)代這些先行者們投入氫燃料電池車研發(fā)已有20余年,這個賽道的成績不可謂不“慘烈”:

2018年6月,日產(chǎn)打響了“氫能退堂鼓接力賽”第一槍,宣布暫停與戴姆勒及福特合作開發(fā)燃料電池車的計劃,集中發(fā)力于電動汽車發(fā)展;

同年夏季,福特與戴姆勒的燃料電池合資公司關(guān)閉;

不到兩年后,2020年4月,戴姆勒正式官宣退出氫燃料電池的乘用車研發(fā)計劃;

2021年7月,本田汽車宣布將關(guān)閉日本狹山工廠,終止氫燃料電池乘用車的生產(chǎn)。

巨頭折腰,無不是因為一個字——“錢”。

去年,就在停產(chǎn)氫燃料電池汽車之際,本田營業(yè)收入持續(xù)下滑,全年共實現(xiàn)銷售額13.17萬億日元,比上一財年減少11.8%,其凈利潤則在種種“節(jié)流”的努力之下止住了下滑態(tài)勢,微增4.2%。

控成本從哪里做起?氫燃料電池乘用車路徑就這么成了“棄子”。

2020年,本田汽車Clarity Fuel Cell的全球銷量僅240輛,比以往年均不足400輛的銷量還要差勁。攔住絕大部分消費者的,正是其每臺約合人民幣45萬元的昂貴價格。戴姆勒也承認(rèn),制造一輛氫燃料電池汽車的成本太高,大約是同等電池電動汽車費用的兩倍。

降不去的成本,增不了的需求,再發(fā)展下去,氫燃料電池將是個無底洞。

沒有錢的巨頭率先放棄,還堅持著的巨頭日子也不好過。無獨有偶,在日產(chǎn)和奔馳打退堂鼓的那兩年,都是其他車企遭遇發(fā)展危機,經(jīng)濟十分“拮據(jù)”的時刻——戴姆勒財報顯示,2019年,由于經(jīng)營問題,公司凈利潤27億歐元,下跌幅度高達(dá)64%。日產(chǎn)放棄氫燃料電池的2018年,公司營收11.57萬億日元,同比下滑3.2%,凈利潤3190億日元,同比下滑率高達(dá)57.3%。

豐田引以為傲的氫燃料電池乘用車Mirai,在冬奧會亮相了140輛,出盡風(fēng)頭。但2021年,其全球銷量僅5918臺,如果按照單臺價格折合人民幣約40萬元計算,其總營收約24億元。這與豐田每年平均700億美元以上研發(fā)投入相比,簡直是九牛一毛。

就是豐田再堅持氫燃料電池路線,也經(jīng)不起這么日積月累的巨虧。2021年,距離豐田社長章男大罵“電動車是垃圾”之后僅僅一年,豐田一口氣發(fā)布了15款電動車,并表示“純電動是豐田最有前景的戰(zhàn)略之一”。

即便坐擁5000多項氫燃料電池專利,熬成了日本氫燃料電池車領(lǐng)域的“獨苗”,豐田最終也開始向電動車妥協(xié)。

韓國現(xiàn)代,另一大氫燃料電池車巨頭,在去年年底亦不得不承認(rèn),由于燃料電池研發(fā)進(jìn)度遠(yuǎn)遜于最初的目標(biāo),暫停原本計劃于 2025 年上市的氫能汽車項目 Genesis。

為什么氫燃料電池車這么貴?

氫燃料電池車費錢,還得從自身原因找起。

據(jù)美國能源局的統(tǒng)計,在燃料電池車的動力系統(tǒng)中,燃料電池堆的成本占比超過 50%,是最關(guān)鍵的核心部件。

質(zhì)子膜燃料電池,是當(dāng)前最適合車用的燃料電池,構(gòu)造主要分為三個部分:膜電極組件、雙極板和密封圈,其中,膜電極組件由質(zhì)子交換膜、催化劑和擴散層三部分構(gòu)成,占總成本的81%,是絕對大頭。

進(jìn)一步拆分,我們找到了燃料電池高成本的兩大“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;——鉑金和質(zhì)子交換膜。

膜電極中的催化劑主要由鉑金組成,而鉑金正是用于制造鉆戒的一種稀有金屬,每克價格超過200元人民幣;

質(zhì)子交換膜則由于對電化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、阻氣性能等要求較高,難在了開發(fā)和制造工藝上。成膜過程中,水解、磺化等化學(xué)反應(yīng),容易使聚合物變性、降解,從而增大了對工藝要求,提高了成本。

在鉑金方面,各國技術(shù)研究所日復(fù)一日地從研發(fā)鉑金替代材料,或提高鉑金使用率兩方面尋求降本。質(zhì)子交換膜方面,全球各有機化學(xué)研究所也在積極尋求工藝改進(jìn)方案。種種努力,停留在實驗室階段居多。

破局固然要靠技術(shù)改進(jìn),但歸根到底,關(guān)鍵點還在于“規(guī)?;?rdquo;。

只有規(guī)?;拍芗铀賰蓚€環(huán)節(jié)的前沿技術(shù)從實驗室向產(chǎn)業(yè)化落地,只有通過落地集結(jié)上下游產(chǎn)業(yè)的力量,才能加速技術(shù)迭代過程,實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。

但目前,由于氫燃料電池遲遲沒有大規(guī)模量產(chǎn),“技術(shù)升級-規(guī)?;瘧?yīng)用-技術(shù)升級”的飛輪在氫燃料電池領(lǐng)域運轉(zhuǎn)很慢。

為什么規(guī)?;@么難?

因為氫燃料電池車相較于純電動車,還有更麻煩的問題——基礎(chǔ)設(shè)施成本極高。

建設(shè)一個加氫站有多貴?據(jù)媒體統(tǒng)計,除去土地成本外,建設(shè)一座35MP、日加氫500kg的固定式加氫站的平均投資在1500萬元左右,而且運營成本更高。

也就是說,建設(shè)一座加氫站,考慮到設(shè)備、運營、折舊和土地成本,1000萬元只是個起步數(shù)字。中信證券研報指出,建設(shè)一座加氫站,成本比充電樁貴3倍以上。

韓國現(xiàn)代暫停氫能車Genesis,也正是如此。據(jù)韓國政府透露,建設(shè)一個加氫站的成本約為30億韓元,折合人民幣是1700萬元,給財政造成不小的負(fù)擔(dān)。即便政府拿出30億韓元補貼加氫站建設(shè),仍不過九牛一毛——2021年,韓國加氫站95座,并未達(dá)到2020年目標(biāo)的114座。

除此之外,制氫、運氫、儲氫等環(huán)節(jié)都十分復(fù)雜,需要舉國之力建設(shè)。以運氫為例,氫氣管道是最高效的氫氣輸送方式,但十分“勞民傷財”。美國數(shù)據(jù)顯示,2019年,美國氫氣管道的造價高達(dá)30萬—100萬美元/公里,是天然氣管道造價的2倍。

據(jù)北京環(huán)宇京輝京城氣體科技有限公司執(zhí)行總裁閆東雷向氫啟未來網(wǎng)透露,考慮到氫氣管道的安全隱患、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、運營管理等問題,“即使有足夠的資金,想建也建不成輸氫管道”。

氫燃料電池的未來在哪里?

既然氫燃料電池在電池成本、配套設(shè)施上存在明顯短板,那么發(fā)展氫能,原則上應(yīng)該避開劣勢,盡可能發(fā)揮其在能量密度方面的優(yōu)勢。

當(dāng)越來越多企業(yè)放棄乘用車的探索,有沒有能讓燃料電池“揚長避短”的領(lǐng)域?

重卡是一個。正如Patrick Plötz博士在文中所言,有些交通應(yīng)用具有非常高的能源需求或低成本敏感性,例如偏遠(yuǎn)地區(qū)的重型運輸或超大型和超重型貨物的運輸。這些場景,往往以完成運輸任務(wù)為剛需,運營成本在其次。

戴姆勒在終止氫燃料電池驅(qū)動乘用車計劃的同時,也強調(diào),只是把重心轉(zhuǎn)移到重型車輛的燃料電池系統(tǒng),并未完全放棄氫動力研發(fā)。

這恰好是氫燃料電池相較于純電動車的優(yōu)勢所在——由于具備更高功率和能量密度,氫燃料電池卡車可以勝任更長的續(xù)航和更大的載重負(fù)荷。

一些國家發(fā)展氫燃料電池的思路已經(jīng)向重卡傾斜,比如中國。

2020年9月21日,財政部、工業(yè)和信息化部、科技部、發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》,對氫燃料電池補貼做了全面調(diào)整。其中,輕型和中型貨車單車補貼上限都有所下降;重型貨車大幅上升,其中31t以上的重型貨車單車補貼上限漲幅達(dá)36.5%。

以最新積分標(biāo)準(zhǔn)測算,一臺功率≥110kw,31t以上的重型貨車最多可享受補貼100萬元。這足以讓一臺均價150萬元的燃料電池重卡,在價格上與同規(guī)格柴油重卡媲美。

2021年,我國燃料電池重卡逐漸從理論變?yōu)閷嶋H。根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù),2021年1-9月,燃料電池重卡銷量406臺,這得益于各地示范運營開張。南京金龍、成都大運、江鈴重汽、飛馳汽車,聯(lián)合國鴻氫能、海卓科技、未勢能源等燃料電池配套商,在河北、山東、北京等產(chǎn)業(yè)釋放區(qū)投運氫燃料電池重卡。

除了重卡,往航空方向發(fā)展燃料電池也是不錯的思路。

空客公司是氫燃料電池的堅定支持者。2020年9月,空客首次公布了3款氫能源概念飛機,預(yù)計最早于2035年問世。就在今年的2月22日,空客燃料電池技術(shù)取得新進(jìn)展,其宣布與CFM國際共同啟動在A380飛機上對氫燃料發(fā)動機進(jìn)行測試。

力挺氫燃料電池的理由,正如空客公司副總裁格倫·盧埃林所說:“電池方面的經(jīng)驗告訴我們,電池技術(shù)的發(fā)展沒有達(dá)到我們想要的速度。于是氫出場了,每公斤氫產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)今電池。”

一些創(chuàng)業(yè)公司也在航空燃料電池領(lǐng)域躍躍欲試。ZeroAvia,是一家由比爾蓋茨的突破能源風(fēng)險投資基金、李嘉誠的維港投資、亞馬遜的氣候承諾基金和美聯(lián)航等諸多明星股東背書的航空公司。其將技術(shù)路徑壓在了氫能飛機上,并從美聯(lián)航、阿拉斯加航空集團(tuán)等股東處獲得了燃料電池發(fā)動機訂單,計劃用于這些航空公司的支線飛機上。

航空領(lǐng)域,中國的嘗試更多放在了無人機上。2020年1月,由北京新研創(chuàng)能研發(fā)的一款六旋翼氫燃料電池?zé)o人機,不間斷飛行331分鐘,打破了世界紀(jì)錄。同時,在四川甘孜州的高原環(huán)境,該無人機長續(xù)航飛行實驗也獲得了成功,證明了其氫燃料電池在大風(fēng)、低溫、低氧等惡劣條件的穩(wěn)定性。

得益于中國在無人機領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位,氫燃料電池的研究亦走在世界前列。據(jù)氫云鏈統(tǒng)計,目前有數(shù)十家燃料電池企業(yè)涉足無人機用燃料電池產(chǎn)品,正與各無人機廠商、高校等聯(lián)合研發(fā)氫燃料電池產(chǎn)品。

短時間內(nèi),要敲開氫燃料電池乘用車的大門很難,但重卡、航空、無人機等領(lǐng)域,給氫燃料電池開了不少扇窗。誰最終決定氫燃料電池發(fā)展命運?正如《Nature》這篇文章作者Patrick Plötz博士所言,“技術(shù)發(fā)展和降低成本的潛力經(jīng)常被低估。成本是關(guān)鍵,而不是技術(shù)屬性。”




責(zé)任編輯: 李穎

標(biāo)簽:氫燃料電池車,燃料電池