锂离子电池汽车与燃料电池汽车各有优势和短板,前者的短板是安全性,后者是价格问题。若锂电池汽车安全性不能解决,未来将会输给燃料电池汽车。

氢能和燃料电池产业发展正迎来新的风口。

截至目前,我国有超过25个城市宣称,正在进行氢能和燃料电池的产业布局,部分城市还公布了未来发展的产业规划,并称政府将对氢能和燃料电池产业给予大力的政策扶持。一时间,城市之间争夺氢能产业制高点的战争正在打响。

中国工程院院士、燃料电池技术专家衣宝廉认为,政府发展氢能产业的热情,一方面让中国成了全球的焦点之一,使得人才、资金和技术不断向中国聚集,有利于推动氢能和燃料电池产业的发展。另一方面,城市之间的竞争在加剧,可能会导致这一产业低端重复性建设问题重现,未来可能会走其他制造业的老路。

日前,就制氢、氢气储存与运输,以及燃料电池产业的技术等问题,第一元素专访了衣宝廉院士,以下是采访实录。

衣宝廉:纯电动车安全不解决 未来将输给氢燃料电池车

建议成立氢能国家专项

第一元素:2019年氢能被写入了政府工作报告,但与日本、韩国等国家相比,我们发展氢能的国家战略还未形成,是否要建立氢能发展的国家战略?

衣宝廉:氢能在我国能源转型过程中起到一个桥梁作用,它是从化石能源向可再生能源过渡的中间介质。

对我国而言,整个氢能系统发展需要有国家战略规划,这个规划不能只是针对燃料电池汽车,因为氢能应用场景非常多,除了燃料电池汽车,还有冶金、燃气轮机发电和取暖等领域。

我们建议,针对氢能发展,国家应当成立一个重大专项,把相关的实验都做起来,这样我们国家的氢能才能够发展起来。

例如,目前国家在电动汽车方面有重大专项,但氢能不能包含在这个重大专项中。要让大家对氢能有更深入的认识,国家可以成立一个比电动车小一点的专项,包括氢能的制备运输等,并把氢能的各种用途都放进去,把氢能的应用先做起来。这样才能落到实处,推动氢能产业的发展。

用补贴引导技术进步,不搞大水漫灌

第一元素:目前我国超过20个城市制定了氢能产业发展规划,都在试图抢占氢能产业发展的制高点,您如何看待各地发展氢能的热情?

衣宝廉:针对各地在宣传大力发展氢能,我觉得应从两个方面理解。从正面来说,各行业的发展都是有量才有质,地方政府发展氢能的热情,让中国氢能和燃料电池研发成了全球关注的焦点,这从很大程度上带动了国外先进技术、人才和资金进入中国。

比如,丰田汽车与清华就建立了合作关系,共同研发燃料电池车;再比如,过去真正的燃料电池空压机我国一家也没有,现在国内已经有了8家,价格也大幅下降。因此,这对于中国燃料电池产业化发展起到了推动作用。

但另一方面,各地都在布局氢能产业也会带来一定的负面作用,比如相互挖人才、低水平重复建设等问题,应该引起国家的重视。

第一元素:针对这种情况,需要怎么去解决?

衣宝廉:氢能和燃料电池行业发展目前还需要国家补贴,因此可以用补贴这个杠杆来做技术引导,不能大水漫灌,提高补贴的门槛,不是所有燃料电池汽车都给补贴,而是要根据性能、续航里程做出判断,而且每年要进行评定,接受补贴的企业,需要加快技术创新,每年在技术上上一个台阶,避免重蹈锂电池车补贴的覆辙。

为此,国家可以成立独立的第三方的监测机构,每年对每一种车型进行监测,能否拿到补贴要让第三方数据说话,这样才能用补贴作为推动力,加快国内技术的进步。

制氢要首选“三弃”电量

第一元素:很多人对制氢环节持有不同意见,比如有人认为煤制氢或者化工制氢,一样会带来排放问题,而电解水制氢能源消耗比较大,在制氢问题上,您有怎样的观点?

衣宝廉:谈制氢要先看看氢气成本问题。目前制氢成本和运输加注成本几乎是1:1,煤质氢成本约2元/立方米,到了加氢站就变成了4元,按照11立方米约合一公斤计算,氢气成本约44元/公斤,这样计算燃料电池车燃料成本跟燃油车差不多。

按照上述的成本,燃料电池车运营成本会非常高,跟燃油车相比没有优势,更不能和锂电池汽车竞争了。目前锂电池电动车100公里平均约15度电,而电价只有0.5元/度,每百公里只需要7.5元。

这种情况下,制氢首选应该是弃风弃光和弃水电量制氢,这不仅能够降低成本,也符合环保上的要求。当然需要选择示范地区,目前电解水制氢,1立方米氢气需要4-5度电,而1立方米氢气用于燃料电池发电只能发2度,所以效率上比较低。

因此,氢气的来源上,一定是用“三弃”的电量制氢,因为这部分价格仅为0.1-0.2元/度。如果直接用电网的电制氢,经济上根本没有可能性。

另外,我国的氯碱厂、重化工企业的副产氢产量非常大,这部分可以充分利用起来。就地方政府而言,发展氢能源汽车产业,首先也必须把氢源问题列入在内,要先考虑城市附近是否有氢源,是否符合低成本制氢的条件。

就煤质氢而言,要跟电解水制氢结合起来。用电解水制氢副产的氧气,做煤气化,这样可以产生高纯度的二氧化碳,封存和利用都比较方便,并可以形成制氢的产业闭环。

电动车的短板是安全,燃料电池车的短板是价格

第一元素:有观点认为,氢燃料电池汽车未来更多替代柴油车,而纯电动汽车更多代替汽油车,这种观点您认可吗?未来纯电动汽车和氢燃料电池汽车多大意义上存在竞争关系?

衣宝廉:这个观点是欧阳明高院士提出来的,我基本上是同意的。燃料电池汽车优点在于储能量高,续航里程长,与柴油车性能类似,比较容易代替柴油车。而锂离子电动车更容易替代以市内交通为主的汽油车。

但这个观点还不全面,是暂时的平衡。锂离子纯电动汽车的致命问题在于安全性,按照目前万分之一到十万分之一的起火爆炸几率,它是没有前途的,早晚会被燃料电池汽车代替。

在安全性不能解决的情况下,越追求续航里程,装的电池越多危险性就越大。因此锂电池车只有解决了安全的短板,才能在短程领域跟燃料电池汽车相竞争。不解决安全性,未来它不输给燃料电池车,也会输给其他的技术路线。

燃料电池车的短板在于价格太高,表现在一是技术门槛高,二是贵金属铂用量一定要降低。目前一辆燃料电池车的价格是锂离子电池车的1.5-2倍,如果燃料电池车成本不降下来,将来也没有市场。因此,这两个技术路线都有短板,谁率先解决了短板,谁可能通吃。

第一元素:燃料电池汽车的安全性如何看?

衣宝廉:燃料电池汽车安全性非常高,我搞了一辈子燃料电池,从没有遇到一起安全事故。氢在敞开空间,非常安全,泄露之后马上挥发,不会发生爆炸起火。

国内外都进行了实验,用枪把氢瓶打一个孔,着了火之后一条线向上冲,并不会爆炸。因此在敞开空间,氢气车比燃油车安全性还要高。

但是在密闭空间,一定要严格按照标准放置氢气报警器,而且自动启动排放装置。基于此,燃料电池车最好不进入车库,在室外最安全。因此,在电堆的研发上,一定要抗低温,至少要零下30度以下。

第一元素:氢能的储运目前面临着较大的技术难题,成本也相对较高,您认为在氢的储运方面,未来需要在哪些方面加强技术攻关?

衣宝廉:氢气储运有很多方式,其中液氢是未来储氢和运输的重要方式之一,日本利用的氢能就是从澳大利亚通过液氢方式输送的,但是液氢有一个问题,在液化和利用过程中,三分之一的能量损耗掉了。

目前还有一种方式是,利用天然气管道运输,德国和美国都在用天然气管道运输氢气,把“三弃”电量所制的氢气,直接输送到天然气管道中,目前欧洲天然气管道的氢含量可达5%,这些氢气可作为下游民用,也可用于燃气轮机发电。

另一种是有机化合物输氢,本质上是苯和甲苯之间的转换,但需要200度左右的高温,储氢可以到达5-6%,像运柴油一样。

与日本的三方面差距

第一元素:在燃料电池技术和研发上,我国与日本等国还存在较大差距,这种差距的核心问题是什么? 

衣宝廉:我们跟日本的差距有以下几个方面,一是电堆的比功率、可靠性和耐久性都与日本有差距。为什么会有这样的差距,因为我们国家的模仿力强,但创新力比较弱。因此我们必须加强自己的创新,不能总是跟跑。

二是日本是全球采购,关键的零部件不受限,而我国在采购环节会受限,因此我们要发展自己的产业链,而相关的产业链的建立才刚刚开始。只有在中国建立燃料电池堆的产业链,成本才能够降下来,这是跟日本相比的第二个差距。

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