与氢气的供给相比,储存和运输问题更为严重。衣宝廉认为,产氢与用氢不在同一地方,将廉价的副产氢和弃风等电解水制氢的氢储存和运输到用氢地点——加氢站,是燃料电池车大规模示范的关键环节。

燃料电池

燃料电池 中国电池网资料图

燃料电池汽车一直被很多专家认为是新能源汽车的终级解决方案,原因在于,燃料电池汽车具有效率高、噪音低、无污染物排出等优点, 是真正意义上的高效、清洁汽车。但是,相比纯电动汽车,燃料电池汽车在我国的推广应用情况并不理想。

最近,一直较为沉寂的燃料电池汽车忽然“火”了起来,不仅政府部门强调要大力发展,不少车企也在这一领域加紧布局,围绕其召开的各种论坛更是接踵而至。不过,燃料电池汽车是否真迎来了发展机遇期?它会是清洁能源汽车发展的另一风口吗?与燃料电池汽车密切相关的各项技术、各个环节是否足以支撑其发展?对于上述这些问题仍需探讨。就此,本报将从储能、燃料电池技术、加氢站建设、示范运营等方面进行系列调查和报道。

在纯电动汽车产销量上,我国排名世界第一,但被认为是新能源汽车终极方向的燃料电池汽车推广却甚是缓慢。不得不承认,现阶段,燃料电池汽车的推广应用仍有不少阻碍因素,其中作为源头的氢能便是其中之一。氢能的阻碍作用体现在哪里?中关村储能协会顾问贡力说:“如今制氢不是难题,制约燃料电池汽车发展的是氢气的储存与运输。”同济大学校长助理、智能型新能源汽车协同创新中心主任余卓平日前也指出,能源战略一旦明确,解决储能与运输问题,将来燃料电池技术会进入非常快的发展期。

■氢能供给不再是难题

“目前我国有充足的廉价氢燃料供给。”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近日指出,我国工业副产氢的年产量可供几百万辆氢燃料电池汽车使用。同时,我国可再生能源氢资源相当丰富,通过电解水技术利用弃水、弃风、弃光资源,每年约可以制备300万吨氢。

目前,氢气的来源非常广泛,归结起来,主要有化工尾气回收、天然气制氢、煤制氢、甲醇制氢和电解水制氢等几种方式。“燃料电池汽车兴起之后,人们不断探索多种制氢方式。”北京低碳清洁能源研究所氢能研发部经理何广利告诉记者。

不过,记者同时了解到,理论上,氢能储备非常充足,但从几种主要的制氢方式来看,技术仍不完善,氢能供给体系也不稳定。何广利告诉记者,分析几种制氢方法,从工艺成熟度及成本来说,各有其优劣势,但综合来看,传统的煤制氢仍是现阶段主流方式。

举例来说,目前我国工业用氢气制取技术相对成熟,但与之对应的燃料电池用氢气纯化技术发展滞后。气体设备网技术顾问张强说:“纯度为60%~80%的氢气习惯上称之为化工氢。但化工氢不能直接使用,一般都需要提纯,提纯成本与气体厂采用的工艺有直接关系,最后的销售价格大约为1.7元/立方米,如果不是大规模采购,价格会超过2.7元/立方米。”从价格来看,化工氢虽然便宜,但加上提纯费用,成本会陡然提高。而从数量上看,即便100%回收化工尾气中的氢,数量也有限。

化工制氢的局限性引导科研人员把目光瞄向新的制氢方法,这其中就包括甲醇制氢。近年来,甲醇制氢的被重视促使甲醇燃料电池汽车在部分领域得以推广。不过,四川亚联高科技股份有限公司董事长王业勤同时强调:“甲醇制氢的成本大约为1.8元~2元/立方米,虽说成本不算高,但甲醇的最大用途是生产聚丙烯,用于制氢的甲醇数量占比很小。”

相对而言,电解水制氢更受欢迎,因为我国弃水、弃风、弃光资源非常丰富,也因此,电解水制氢在燃料电池发展中被认为是最有前途的制氢方法。据了解,通过电解水获得的氢气纯度高达99.999%,不需要再次提纯,可以直接供应燃料电池汽车使用。

不过,目前电解水制氢的技术还有待提高,成本较高,还难以大规模运用。何广利说:“制取一立方米氢气大约需要4.8~5度电,即便用谷电制氢,最终成本也在3元/立方米左右。”张强告诉《中国汽车报》记者,电解水制氢还有一个问题不能忽视,随着时间推移,电解池的电阻会升高,电解氢的耗电量会增加,导致成本再次上升。

“目前来看,受技术所限,化工尾气回收、电解水制氢等方式都无法实现大规模工业化生产,无法满足燃料电池汽车的需求。天然气制氢可以实现大规模工业化生产,但天然气价格波动剧烈,对企业制氢有较大影响。”何广利说,“煤制氢仍是当下主流制氢方式。煤制氢的工艺成熟,成本也最低,大约为1.1元/立方米。”

总体来看,目前制氢途径并不少,能源供给也足以推动燃料电池汽车的发展。但从工艺和成本上看,我国氢能供给体系不完善,氢能供给技术体系也还没有形成。为此,有专家提议,我国需加快制定氢能供给技术研发支持计划,坚持企业作为创新主体,多种技术路线共同发展。

■储存和运输是一大难题

与氢气的供给相比,储存和运输问题更为严重。衣宝廉认为,产氢与用氢不在同一地方,将廉价的副产氢和弃风等电解水制氢的氢储存和运输到用氢地点——加氢站,是燃料电池车大规模示范的关键环节。目前,我国氢气储存和运输技术仍不足,存储和运输企业较少,氢气制备及加注企业的产业化水平低。

从技术角度看,目前工业上主要采用-253℃下的液态氢,或700个大气压以上高压氢气进行氢能源的存储和运输。对于液态氢来说,由于氢气的熔点很低,实现氢气的液态化很难,从经济角度看,储存和运输液态氢并不划算。另外,液态氢会“吸收”金属容器生成氢化物,降低氢气的纯度。近年来,科研人员发明了化学储氢方法,即让氢气存储于化学物质中,或者与某种物质进行化学反应,需要使用时通过加热或者利用隔膜提取出来。

不过,现有技术成本高且存在安全隐患,是氢能源利用技术中的一个关键瓶颈。何广利说,上述两种储存与运输方法都有一定的局限性,目前,氢气储存与运输还是主要采用700个大气压以上加压的方法,但即便加压,容器中氢气重量也非常有限。据介绍,一辆载重35吨的氢气运输车,其容器中氢气的重量只有几百公斤。

另外,为了保证氢气运输安全,压力容器必须很牢固,因此,容器重量远超过氢气重量。“为了保证氢气运输安全,我国规定运输氢气的压力并不太大,压力低储存量就少。综合起来,氢气储存和运输成本约为9元/立方米,远超过制氢成本。”何广利说。

电解水制氢运输和储存难度更大。贡力说:“利用风能和光能电解水制氢实现了能源的循环利用。但是,我国风电场、光电场大多数在西北地区,储存与运输的问题更为严重。”

除此之外,由于技术所限,我国目前存储和运输企业还很少,远没有形成产业化规模。有专家表示,我国需要加快培育氢气存储和运输企业,实现从制氢到储存、运输整个产业链的协同发展。

■技术与国外差距明显

“从制氢技术来看,我国与日本、美国没有太大差距。”何广利说,但在储氢与运输技术上仍有一定差距。

以储氢技术为例,容器压力的大小决定容量的大小,压力越大,存储量也就越大。目前,我国普遍采用35兆帕压力标准,而日本、美国则采用70兆帕压力标准。何广利说,我国目前也在研究70兆帕压力标准。

另外,从存储设备来说,目前日本、美国普遍采用四型瓶装载氢气。四型储氢瓶具有重量轻、循环寿命长、成本低等优点,但缺点是气密性较差。我国曾经在CNG公交车上使用过四型储气瓶,但发生过泄漏事故,而后被禁止使用。此后,我国CNG以及燃料电池汽车都改用三型储气瓶,三型储气瓶虽不易泄漏,但却较重,循环寿命短,成本也较高。“四型储气瓶被禁止使用后,国内企业在这方面的研究几乎是空白。”何广利说,“近年来,国内企业又逐渐认识到四型瓶的优势,也在加强这方面研究。”

总之,我国在氢能的存储和运输上与国外差距还比较明显,但存储和运输恰恰是制约燃料电池汽车发展的基础和关键环节。对此,有专家指出,推动燃料电池汽车的发展,保障燃料电池汽车所需的氢能供给,我国需要加强顶层设计,制定国家氢能产业发展指导意见。在此基础上,完善氢能技术研发、产业化及示范应用等支持政策措施,从而形成有力的支持政策体系。

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