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除了空壓機,氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化還差什么 ?

  【壓縮機網(wǎng)】前幾日,漢鐘精機公司透漏已研發(fā)出應(yīng)用于燃料電池產(chǎn)業(yè)的空氣壓縮機產(chǎn)品,引發(fā)各界熱議。
  全國政協(xié)副主席、科技部前部長萬鋼,在《人民日報》撰文稱,新能源汽車應(yīng)及時把產(chǎn)業(yè)化重點向燃料電池汽車拓展。
 
  一文掀起千層浪,特別是氫燃料電池是否具備了產(chǎn)業(yè)化條件,業(yè)界爭議很大。
 
  由此,我們不妨來看看,在氫燃料電池領(lǐng)域,產(chǎn)業(yè)化還需要補足什么?我們除了壓縮機等必要設(shè)備,還差什么?
 
  01 我們有什么?
 
  說到燃料電池,最核心的材料是質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴散層、以及雙極板。質(zhì)子交換膜、催化劑和擴散層經(jīng)過一定的工藝加工程膜電極(MEA),而膜電極是燃料電池的心臟。
 
  A.質(zhì)子交換膜
 
  質(zhì)子交換膜是膜電極中最核心的部件之一。對于質(zhì)子交換膜,有三個主要的技術(shù)要求:
 
  (1)必須具有較高的質(zhì)子導(dǎo)電性
 
除了空壓機,氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化還差什么 ?
 
 ?。?)必須有足夠低的氣體滲透率
 
 ?。?)在運行環(huán)境下具有足夠的化學(xué)和機械穩(wěn)定性
 
  在國內(nèi),上海有機所、大連化學(xué)物理所、武漢理工大學(xué)、山東東岳集團、新源動力等是質(zhì)子交換膜主要開發(fā)和生產(chǎn)單位。以東岳的DF260隔膜為例,膜厚度為15微米,在開路電位情況下耐久性大于600小時,膜在保證性能的前提下運行壽命超過6000小時,干濕循環(huán)次數(shù)超過20000次,得到AFCC(Automotive Fuel Cell Cooperation,戴姆勒-奔馳與福特的合資公司)的認(rèn)可,并給東岳特聘專家、上海交通大學(xué)張永明教授頒發(fā)了技術(shù)達(dá)標(biāo)獎。目前,該膜已經(jīng)定型量產(chǎn),二代規(guī)劃產(chǎn)能20萬平方米,至少可滿足每年20000輛全功率型FCV的需求。
 
  B.催化劑
 
  催化劑以Pt(鉑)催化劑為主。中國氫能專家衣寶廉院士在一次采訪中曾提到,低Pt催化劑是燃料電池的主要技術(shù)方向。當(dāng)一輛FCV的鉑用量低于傳統(tǒng)汽車三元催化中鉑的用量的時候,就達(dá)到了目標(biāo)。而制備殼型結(jié)構(gòu)的催化劑是降低催化劑用量的一個有效的方法。
 
  在“十三五”重點研發(fā)計劃項目的支持下,大連化物所、上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京大學(xué)、蘇州大學(xué)等著名研究機構(gòu)取得了多方面的進(jìn)展。
  除此之外,清華大學(xué)、重慶大學(xué)、廈門大學(xué)等研究機構(gòu)也對非Pt催化劑開發(fā)展開了研究,并取得了階段性成績。雖然中國新型催化劑,其中一部分在性能和穩(wěn)定性上已經(jīng)超過商業(yè)催化劑,但尚未實現(xiàn)量產(chǎn)制備。
 
  C.膜電極
 
  膜電極方面,如武漢理工新能源有限公司早已實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到5000平米,國內(nèi)開發(fā)的第二代膜電極水平和國外商業(yè)化膜電極水平差距較小。目前,以開發(fā)有序化膜電極、新一代CCM技術(shù)為主要研發(fā)方向。
 
  D.雙極板
 
  雙極板也是燃料電池的核心部件之一。如果按照功能去命名,可能叫做“雙極集電分離板”更加貼切。基于雙極板的作用,其特性必須兼具較好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,極低的氣體滲透率,要有足夠的尺寸和足夠的強度,還要耐腐蝕。雙極板承擔(dān)著電堆大部分的重量和成本,因此,低成本、輕量化、易生產(chǎn),是對雙極板的具體要求。
 
  從材料上看,雙極板主要分為石墨雙極板、金屬雙極板和復(fù)合材料雙極板。目前,國內(nèi)以開發(fā)金屬雙極板電堆為主要技術(shù)路線。尤其豐田Mirai推出鈦基雙極板燃料電池電堆之后,更堅定了行業(yè)開發(fā)金屬雙極板技術(shù)方向的信心。雙極板技術(shù)的難點在于成型、焊接、涂層三個關(guān)鍵步驟。
 
  上海治臻新能源裝備有限公司依托于上海交通大學(xué)的技術(shù)力量,已經(jīng)攻克了雙極板成型、焊接、涂層三道技術(shù)難關(guān),可以實現(xiàn)雙極板國產(chǎn)化、批量化生產(chǎn),設(shè)計年產(chǎn)量可達(dá)50萬副,至少可供1500輛以上FCV使用。
 
  由以上可以看出,雖然中國燃料電池技術(shù)與國際領(lǐng)先水平仍有差距,但已經(jīng)初步具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。
 
  02 我們?nèi)笔裁矗?/strong>

  A.缺市場驅(qū)動力
 
  市場需求是產(chǎn)業(yè)化的前提,而產(chǎn)業(yè)化又是降低成本的基礎(chǔ)。燃料電池是關(guān)系國家未來能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。如果只能滿足小眾的需求,那便是資源的浪費。但是迄今為止,燃料電池并沒有找到一個很好的應(yīng)用場景??v觀全球,燃料電池的盈利空間也極其有限。因此,在沒有市場規(guī)模的前提下,不論是研發(fā)成本、材料成本、制造成本、還是后期的維護服務(wù)成本都很難下降。
 
  沒有規(guī)?;杀揪筒荒芙档?,成本不降低更沒有規(guī)?;袌觥_@一死循環(huán)的破解方法是不遺余力地挖掘需求,這仰賴于企業(yè)家的能力和精神:發(fā)現(xiàn)未來的機會,現(xiàn)在敢于投入。
 
除了空壓機,氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化還差什么 ?
 
  B.缺戰(zhàn)略性的資金
 
  《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》提出了燃料電池的目標(biāo):“2020年實現(xiàn)質(zhì)子交換膜燃料電池(以下稱PEMFC)電源系統(tǒng)實現(xiàn)額定輸出功率50~100kW、系統(tǒng)比功率≥300Wh/kg、電堆比功率3000W/L以上、使用壽命5000小時。”一個50kW的電堆,完成5000小時的壽命測試,僅氫氣費用就要達(dá)到上百萬甚至數(shù)百萬之多,因此,發(fā)展燃料電池產(chǎn)業(yè),需要大量的資金投入。
 
  燃料電池是一條長線投資,換言之,燃料電池的獲利屬于未來。因此,燃料電池缺乏的是高瞻遠(yuǎn)矚的戰(zhàn)略投資。更加需要警惕的是,如果資本急功近利可能會產(chǎn)生“拔苗助長”的負(fù)面效果,比如把不合格的電堆推向市場,可能引發(fā)故障或者事故,除了安全隱患外,甚至?xí)`導(dǎo)社會對燃料電池的認(rèn)知,反而不利于燃料電池行業(yè)的發(fā)展。
 
  C.缺產(chǎn)業(yè)鏈
 
  現(xiàn)在社會分工更加明細(xì),如果燃料電池只是幾個企業(yè),而非一個產(chǎn)業(yè),那勢必是低效的。說到產(chǎn)業(yè)鏈,我們很容易想到制氫和儲氫。依照Mirai的數(shù)據(jù),百公里氫氣消耗量約為0.6~0.7公斤。那么氫氣的價格就直接關(guān)系到用戶的使用成本。氫氣價格的組成,受到制氫、純化、儲運、加氫站建設(shè)與運營、利潤等諸多因素影響,甚至包括加氫計量的偏差。
 
  未形成產(chǎn)業(yè)鏈,是除了市場規(guī)模外,另一個影響燃料電池成本的重要原因。或者通俗的說:這些材料和元器件都不是專為燃料電池設(shè)計的,因此可能存在著需求與性能和成本上的各種不匹配。如FCV一般使用碳纖維材料作為生產(chǎn)IV型瓶(非金屬內(nèi)膽全纏繞氣瓶)的主要材料,這種材料的成本短期內(nèi)成本可能很難降低。
 
除了空壓機,氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化還差什么 ?
 
  03 怎么做

  A.找應(yīng)用場景
 
  如果燃料電池不能找到合理的應(yīng)用場景,可能會成本失真,缺乏方向。前文提到那些國內(nèi)頂尖的燃料電池研發(fā)機構(gòu),未必是產(chǎn)業(yè)化的最合適場所。他們有能力提升材料和電堆的各項指標(biāo),完善著各種理論,甚至開發(fā)原型機和工程樣機……但這都不是達(dá)成產(chǎn)業(yè)化的充分條件。
 
  燃料電池的場景,比如重載貨車?yán)?ldquo;液氫+燃料電池”的組合,或者特種燃料電池車輛(如叉車)。這些是企業(yè)家基于商業(yè)嗅覺所開發(fā)的應(yīng)用,而非科學(xué)家的判斷。燃料電池產(chǎn)業(yè)化的前提是,找到不得不使用燃料電池的應(yīng)用場景。光闡述燃料電池的優(yōu)勢并沒有什么幫助。
除了空壓機,氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化還差什么 ?
 
  應(yīng)用場景合適,才有可能創(chuàng)造市場。有了市場,才會營造規(guī)模,而在規(guī)模之下,原來固有的問題,可能不再是問題。比如大家都擔(dān)心燃料電池對貴金屬催化劑的依賴,但當(dāng)它初具規(guī)模,形成Pt回收的產(chǎn)業(yè)鏈條,這個擔(dān)心將不復(fù)存在。
 
  B.相信自己的專家
 
  如果有在先進(jìn)企業(yè)工作過的人,愿意在國內(nèi)工作,恰好他們在國外還接觸過燃料電池,國內(nèi)企業(yè)很多企業(yè)都會趨之若鶩。但即使他們真的了解核心技術(shù),也未必能將中國的燃料電池技術(shù)推向新的高峰。
 
  技術(shù)應(yīng)用,也要因地制宜。需要技術(shù)專家,更需要技術(shù)團隊、研發(fā)機制、資金支持、績效管理等一系列影響因素。一個企業(yè),很難因為某個專家而改變基因。也許這些洋專家自己也很清楚,他的價值,多來自于不對稱的信息。為保證自己的收益,也很少有人愿意把自己掌握的東西全盤托出。
 
  我們有自己的專家,在燃料電池研發(fā)的道路上,走了十余年或者幾十年,更重要是,他們更了解國情,提出的建議更具有可行性。
 
  某次會議上,一位德國專家在回答中國企業(yè)的征詢時說了一句:FürIhre China-Problem, sollten Sie Ihre eigenen chinesischen Experten informieren(中國的問題,要請教中國自己的專家)。這句話我非常贊同。

  C.靈活的戰(zhàn)略
 
  首先,戰(zhàn)略制定要因地制宜。中國每年大量的可再生能源無法上網(wǎng),出現(xiàn)了大量的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。是否一定可以用這些電能電解水制氫?姑且認(rèn)為商業(yè)模型成立,但根據(jù)質(zhì)量守恒,每生產(chǎn)1公斤氫氣,所需要的水為9公斤(實際更多)。因此不見得有棄風(fēng)棄光的地方都適合電解水制氫,還需要考慮當(dāng)?shù)厥遣皇怯谐渥惴奖愕乃础?/div>
 
  其次,要發(fā)展的看問題。發(fā)展清潔能源戰(zhàn)略必會有一個趨勢:未來可再生能源的上網(wǎng)率將大量提升,這就意味著棄風(fēng)棄光現(xiàn)象將減少??稍偕茉窗l(fā)電制氫作為一個長期投資項目,必須考慮這個因素在未來對經(jīng)濟模型的影響。
 
  第三,戰(zhàn)略要可執(zhí)行,不能為氫能而氫能。即使是日本,也提出了“氫電并重”的戰(zhàn)略方向。
 
  D.建立產(chǎn)業(yè)鏈
 
  制造行業(yè)不比互聯(lián)網(wǎng)企業(yè),由于其重資產(chǎn)的特點,很難短期內(nèi)出現(xiàn)可能掌控全產(chǎn)業(yè)鏈的寡頭。建立產(chǎn)業(yè)鏈,既需要決心,更需要實力。
 
  比如燃料電池系統(tǒng)中的核心部件空壓機,我第一個想到的就是那個掌握空氣壓縮機核心技術(shù)的格力??茖W(xué)不等于技術(shù),技術(shù)也不等于產(chǎn)品,每一步都有一道鴻溝。如果格力進(jìn)入,要比幾個工程師拿筆錢創(chuàng)業(yè)靠譜一些。多挖掘這樣的企業(yè)進(jìn)入,可能大大加速燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)程。
 
  04 總結(jié)
 
  什么是產(chǎn)業(yè)化?我的理解是有規(guī)?;氖袌觯瑯?biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品,專業(yè)化的分工,以及合理的商業(yè)模式四個條件。如果用這四個標(biāo)準(zhǔn)來衡量,燃料電池目前所處的產(chǎn)業(yè)狀態(tài)比較初級,但是具備了初步產(chǎn)業(yè)化的條件。
 
  有好的土壤,才能孕育出好的技術(shù)。不過,目前中國汽車主管部門的思路,如萬鋼文章指出的,將遠(yuǎn)程公交、雙班出租、城市物流、長途運輸?shù)燃冸妱悠嚥荒芨采w的市場需求,確定為氫燃料電池的應(yīng)用場景。這一官方指引,和民間企業(yè)的判斷,大體一致。另外,根據(jù)中國的節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖,2020年將有5000輛氫燃料電池市場,2025年將有5萬輛的市場。這些因素,有望帶動氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化的開始。
 

標(biāo)簽: 空壓機燃料電池  

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