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氫燃料汽車發展的儲氫難題會迎刃而解嗎?
2019-08-07 08:43:52 來源: 人民網-中國汽車報
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  “其實氫能面臨的挑戰比燃料電池本身的挑戰要大得多。”中國科學院院士歐陽明高曾多次在采訪中反復指出當前發展燃料電池汽車面臨的一大困境——儲氫技術仍面臨重大挑戰。

  7月,全球首座低壓加氫站落戶遼寧,低壓固態儲氫技術迎來突破。 “氫能源汽車發展有著可喜的前景,低壓合金儲氫技術來的正是時候。” 中國工程院院士郭孔輝這樣評價。

  那么,我國目前的儲氫、加氫情況如何?低壓儲氫技術能夠解決我國氫燃料汽車發展的 “卡脖子”難題嗎?

  低壓儲氫具一定創新性

  據了解,目前,氫的儲存主要有氣態儲氫、液態儲氫和固體儲氫三種方式。高壓氣態儲氫已得到廣泛應用,低溫液態儲氫在航天等領域得到應用,有機液態儲氫和固態儲氫尚處于示范階段。

  下圖是研發方給出的低壓固態儲氫技術(合金固態儲氫)與國內主流的35MPa高壓儲氫的數據對比。從圖中可以看出,低壓儲氫的優勢主要在于需要的儲氫設備的體積小,加氫站設備成本低。但劣勢在于儲氫罐重量大,儲氫系統成本高。

  工信部裝備工業發展中心副研究員尚勇指出,該技術可以使運輸、儲存到加注環節的壓力降低下來,這樣就可以繞過國外的氫壓縮機以及儲罐的技術壁壘,實現自主突破;另外在儲氫密度上又能提高三倍,初步計算可以產生20倍的放大效應。

  “目前,我國沒有高強度的碳纖維和高壓的壓縮機,因此采取低壓合金儲氫技術路線是可行的,也具有一定創新性。”中國科學院院士都有為評價說。

  當前更適合公交領域

  但是,儲氫罐重量偏重帶來的成本問題確實也難以忽視。“從給出的各項數據上來看,目前的低壓儲氫技術更適合公交領域。”張家港氫云新能源研究院院長魏蔚對記者表示。

  魏蔚指出,低壓車載儲氫系統的重量是現在高壓儲氫方式的三倍以上,因此低壓儲氫系統當下的目標定位應該是對重量不敏感的車型。畢竟,車輛重量的增加,意味著終端用戶使用成本的增加,再加上系統成本偏貴,因此該技術目前更適合的應用場景主要是以政府采購為主、成本相對不很敏感的公交領域,而向其他領域拓展應用的難度較大。同時,公交車作為大量載人的交通工具,對安全性要求更高,相比之下也更適合低壓儲氫技術路線。

  對于成本問題,該技術的研發方之一——有研工程技術研究院教授級高工蔣利軍表示,低壓合金儲氫技術目前確實存在重量偏重的問題,百公里耗氫量比高壓儲氫多0.3公斤,按照目前每公斤50元的價格計算,百公里增加的用氫成本是15元。他同時表示,未來努力方向是通過產品的標準化和批量化,以及改善儲氫材料等方式降低成本。

  我國高壓加氫站是主流

  加氫站方面,《中國汽車報》記者從一份研報中看到,目前,全球加氫站主要以高壓儲氫和低溫液態儲氫為主,全球加氫站中約1/3為液態加氫站,日本約半數加氫站為低溫液態儲氫配套低溫泵加氫站,而我國的加氫站建設還處于發展初期,現階段國內運營的加氫站均為高壓儲氫加氫站。

  數據顯示,設備成本占據國內加氫站建設的70%左右。根據測算,不含土地費用,國內建設一座日加氫能力500公斤、加注壓力為35MPa的加氫站需要約1200萬元,約相當于傳統加油站的3倍。對于商業化運營的加氫站,除建設成本外,還面臨著設備維護、運營、人工、稅收等費用,折合加注成本約在13-18元/公斤左右。

  對比看來,低壓加氫站300萬元的建設成本確實減小不少。同時,研發方稱,該技術在加氫時采用無加壓,不存儲的加注方式可以降低加氫站設備與投資要求,占地面積由原先的3000平米大幅降至300-500平米;高壓加氫站受到加壓機以及高壓儲氫容量的影響,站內氫氣存儲量在500-2000公斤不等,而低壓加氫站則不受存儲量的限制;低壓加氫站還可通過對現有加油站和CNG加氣站稍加改造的方式投入運營。

  大規模應用還有很長的路

  在車載儲氫技術方面,高壓氣態儲氫是國內外的主流,并在燃料電池車上配裝高壓儲氫瓶。同等體積下,壓力越大儲氫量越高,車輛行駛里程就更遠。然而,受儲氫瓶材料限制,我國高壓儲氫的壓力多為35MPa,歐、美、日等國家采取的壓力則是70MPa,這限制了我國氫燃料電池汽車的發展。

  對此,有研工程技術研究院的一位工作人員表示,低壓固態儲氫的壓力僅為5MPa,繞過了高壓儲氫因高壓受限于儲氫材料的情況。低壓合金儲氫系統的制造過程從原材料到生產全部實現國產化,合金材料也可回收再利用。

  另外,雖然高壓氣態儲氫技術比較成熟,應用普遍,但是該技術存有泄漏、爆炸的安全隱患,安全性能有待提升。低壓合金儲氫的加氫系統、加氫站操作便捷迅速,加氫壓力降低,體積小,安全程度高。

  “我們的目標是打造更符合中國國情、更安全、更經濟的燃料電池汽車技術。”同為研發方之一的深圳市佳華利道新技術開發有限公司董事長凌兆蔚說。

  但在當前高壓儲氫為主流的情況下,低壓合金儲氫的推廣難度很大。一位不愿具名的業內人士指出,高壓儲氫產業已經在國內外逐步發展起來,低壓儲氫技術想要大規模產業化應用將面臨與現有高壓儲氫技術推廣競爭的態勢,想要發展勢必還有很長的路要走。“如果這個技術路線更可行的話,國外早就發展了,不會是現在高壓儲氫占主流的態勢。”這位業內人士說,低壓儲氫技術路線走向產業化會面臨相當大的挑戰。

  缺乏頂層設計是真正的攔路虎

  歐陽明高表示,新一代的制氫技術在科學層面已經有突破,但如何實現產業化應用更為重要。

  根據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書(2016)》,到2020年我國建成加氫站將達100座,2030年將達到1000座。數據顯示,截至2018年,全球已建成369座加氫站,日本、德國、美國合計占比54%。我國排名第四,已建成23座,占比6%。其中,建站手續齊備的商業化加氫站6座。多數加氫站的規劃設計、工藝流程及設備配置、氫源選擇、自動控制系統等尚不能滿足商業化運營要求,耐久性驗證較少。

  缺少國家頂層設計是真正的攔路虎,這導致加氫站建設的審批流程復雜、投資大、盈利能力有限、回報周期長等。魏蔚表示,單純的加氫站建設時間在幾個月左右,但是審批則較為復雜。究其原因,主要是因為氫目前仍屬于危化品,所付出的建設成本和時間成本很高。

  據了解,目前氫燃料電池汽車的制造主要歸口工業和信息化部管理,加氫站等基礎設施建設尚沒有明確的主管部門,特別是加氫站用地審批難已經嚴重制約了加氫站的建設速度。就目前發展來看,我國已經出現了燃料電池汽車與加氫站數量不匹配的跡象,如果不改善將影響到整個產業化進程。(趙玲玲)

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【糾錯】 責任編輯: 劉牧平
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