氫能多路徑降本“破局”產(chǎn)業(yè)化難題 上下游缺少工程化驗(yàn)證數(shù)據(jù)待解

　　“在以商用車為重點(diǎn)的基礎(chǔ)上，推進(jìn)綠氫和工業(yè)副產(chǎn)氫在船舶、石化、化工、冶金等行業(yè)的應(yīng)用，并推進(jìn)氫能高速公路等模式的創(chuàng)新和積極探索。”中國(guó)國(guó)際經(jīng)濟(jì)交流中心資深專家咨詢委主任、國(guó)家發(fā)改委原副主任張曉強(qiáng)建議。

　　2024年6月5日，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)與國(guó)際氫能燃料電池協(xié)會(huì)共同主辦的2024國(guó)際氫能與燃料電池汽車大會(huì)暨展覽會(huì)在上海汽車會(huì)展中心開(kāi)幕。

　　今年以來(lái)，盡管氫能與燃料電池汽車相關(guān)支持不斷加碼，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程明顯加快，但氫能仍處于早期發(fā)展階段。

　　據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2023年全國(guó)燃料電池汽車銷量為5791輛，同比增加72%。若計(jì)算2015年至2023年的銷量總和則為1.80萬(wàn)輛，完成2025年5萬(wàn)輛目標(biāo)的36.19%。

　　會(huì)上，多位業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，燃料電池具有廣泛的應(yīng)用前景，目前正處于大規(guī)模商業(yè)化的初期。另一方面，氫燃料電池大規(guī)模商業(yè)化仍然面臨著嚴(yán)峻的成本挑戰(zhàn)，而規(guī)模化和技術(shù)進(jìn)步以及全產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展將帶來(lái)成本的迅速下降。燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈多層級(jí)的工程化驗(yàn)證過(guò)程是我國(guó)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的巨大優(yōu)勢(shì)。

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈動(dòng)作頻頻

　　目前中國(guó)已形成涵蓋氫能的制、儲(chǔ)、運(yùn)、加全產(chǎn)業(yè)鏈完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)。從2020年到2024年，我國(guó)商用車燃料電池系統(tǒng)性能在額定功率等指標(biāo)均有大幅提高，大功率、高效率的系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，系統(tǒng)壽命從1萬(wàn)小時(shí)提升到2萬(wàn)小時(shí)，系統(tǒng)成本大幅下降約50%。

　　上海重塑能源集團(tuán)董事長(zhǎng)兼總裁林琦談到，氫能處于行業(yè)發(fā)展的重要窗口期，一方面經(jīng)過(guò)政策培育，以重卡為代表的商業(yè)化模式已經(jīng)基本形成;另一方面受市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)影響，已經(jīng)有風(fēng)光氫儲(chǔ)一體化為代表項(xiàng)目出現(xiàn)。

　　“在不同工況下，重塑的電堆系統(tǒng)氫耗在6~10公斤每百公里，比上一代的產(chǎn)品下降了15%，工作半徑也由原來(lái)的100公里拓展到了300公里，往返是600公里。”林琦談到。

　　4月，兩臺(tái)49噸的氫能重卡搭載180千瓦的重塑能源電堆，車輛載貨總量為30噸，滿載行駛航程超過(guò)500公里。

　　作為主機(jī)廠，韓國(guó)現(xiàn)代汽車則在2013年和2020年先后實(shí)現(xiàn)了燃料電池乘用車和重卡的全球首次量產(chǎn)。

　　截至目前，現(xiàn)代汽車旗下的燃料電池乘用車?yán)塾?jì)銷量超過(guò)3.8萬(wàn)輛，居全球首位。商用車方面，氫燃料電池重卡已經(jīng)在瑞士、德國(guó)等主要國(guó)家運(yùn)行，其環(huán)保性和技術(shù)能力也得到了市場(chǎng)認(rèn)可，累計(jì)行駛里程已經(jīng)超過(guò)1,000萬(wàn)公里。

　　“我們計(jì)劃從今年開(kāi)始使用超大型氨運(yùn)輸船進(jìn)行海上氫氣運(yùn)輸。”韓國(guó)現(xiàn)代汽車集團(tuán)(中國(guó))副總經(jīng)理樸國(guó)哲表示。

　　中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高預(yù)計(jì)，今年我國(guó)燃料電池車銷量有望接近1萬(wàn)輛，到2025年預(yù)計(jì)運(yùn)行的燃料電池車輛將達(dá)到5萬(wàn)輛以上，2035年將突破100萬(wàn)輛。

　　降本路徑探索

　　氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)化受阻是由于多重影響因素疊加。在場(chǎng)有業(yè)內(nèi)專家坦言，氫能車的動(dòng)力裝置比柴油車動(dòng)力裝置貴4倍左右，氫能產(chǎn)業(yè)化的速度距離鋰電還有10~15年。

　　“燃料電池動(dòng)態(tài)條件下的耐久性仍稍微欠缺，各個(gè)零部件價(jià)格高昂以及加氫設(shè)施普及程度太低制約氫能推廣。”福州大學(xué)教授，中國(guó)工程院院士(外籍)張久俊表示。

　　“無(wú)貴金屬，不氫能”這句話在行業(yè)內(nèi)流傳甚廣，燃料電池成本高居不下，貴金屬是原因之一，氫能研發(fā)人員多年來(lái)一直潛心研究，力求減少對(duì)催化劑的使用，不過(guò)這也引發(fā)了對(duì)系統(tǒng)可靠性的擔(dān)憂。

　　在加拿大工程院院士、鴻基創(chuàng)能科技(廣州)有限公司副董事長(zhǎng)兼首席技術(shù)官葉思宇看來(lái)，無(wú)需過(guò)度擔(dān)憂，燃料電池便是一個(gè)例子，貴金屬載量下降一半后，仍能實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的性能和壽命，商業(yè)化的目的也得以實(shí)現(xiàn)。

　　葉思宇判斷，至少到2030年，燃料電池實(shí)現(xiàn)80美元每千瓦是有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)的。

　　據(jù)悉，自2020年投產(chǎn)至今，鴻基創(chuàng)能膜電極已超過(guò)3000臺(tái)燃料電池裝機(jī)。2024年底，鴻基將推出新一代PEM電解水制氫膜電極，貴金屬比例將大幅下降。

　　另一方面，氫能產(chǎn)業(yè)鏈里儲(chǔ)氫瓶也是重要一環(huán)，這使得氫能驅(qū)動(dòng)重卡與傳統(tǒng)燃油重卡相比，在購(gòu)買和運(yùn)營(yíng)成本方面存在一定的競(jìng)爭(zhēng)力差距。

　　2018年，佛吉亞開(kāi)始涉足氫能領(lǐng)域，在儲(chǔ)氫系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)兩大產(chǎn)品領(lǐng)域發(fā)力。

　　據(jù)公司方面透露，目前佛吉亞正致力于增加儲(chǔ)氫瓶容量，使車輛的行駛里程能夠達(dá)到或者超越現(xiàn)有柴油車的行駛里程。

　　在儲(chǔ)氫瓶的成本構(gòu)成中，碳纖維材料占儲(chǔ)氫系統(tǒng)60%的成本。但佛吉亞氫能中國(guó)區(qū)董事長(zhǎng)許魯認(rèn)為，碳纖維材料應(yīng)該跟化纖工藝一樣，批量化生產(chǎn)能夠把成本降下來(lái)，儲(chǔ)氫系統(tǒng)成本也能夠降下來(lái)。

　　產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)難題亟待解決

　　在產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中，燃料電池的耐久性問(wèn)題和上下游工程化驗(yàn)證的重要性得到與會(huì)專家的認(rèn)同。

　　張久俊表示，燃料電池的耐久性主要是由膜組件的催化劑、膜、氣體擴(kuò)散層所決定，通過(guò)基礎(chǔ)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新是提高催化劑和膜穩(wěn)定性的必然舉措。

　　其中，催化劑碳支持體在燃料電池長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)運(yùn)行下，尤其是小電流作用下持續(xù)氧化，降低耐久性甚至失效。

　　張久俊對(duì)此也提出了解決辦法，通過(guò)研發(fā)非碳支持體的Pt基催化劑，達(dá)到高活性高耐久性的要求。

　　具體來(lái)看，他認(rèn)為，優(yōu)化催化劑與支持體的結(jié)構(gòu)構(gòu)型及組分，增強(qiáng)催化劑與支持體的相互作用，并且使用高通量計(jì)算及人工智能技術(shù)，結(jié)合原位測(cè)量技術(shù)理清催化活性和活性衰減機(jī)理之間的構(gòu)效關(guān)系。

　　“從研發(fā)階段到真正應(yīng)用，國(guó)內(nèi)關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)化面臨一個(gè)巨大的瓶頸，工程化驗(yàn)證不足。”葉思宇談到。

　　他認(rèn)為，氫能關(guān)鍵材料包括催化劑、質(zhì)子交換膜和可能研發(fā)驗(yàn)證SDK都已經(jīng)做得很充分，但是只是工程化驗(yàn)證的一部分，并沒(méi)有在膜電極層級(jí)、電堆層級(jí)、系統(tǒng)層級(jí)，甚至真正的工業(yè)化層級(jí)進(jìn)行實(shí)踐。

　　工程化驗(yàn)證過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)雙向合作，不光是上游向整個(gè)下游提供的數(shù)據(jù)。因?yàn)橄掠稳绻患皶r(shí)將測(cè)試數(shù)據(jù)和驗(yàn)證中間的know-how向上游轉(zhuǎn)移，工程化驗(yàn)證速度將不如人意，這個(gè)過(guò)程應(yīng)該是串聯(lián)加并聯(lián)進(jìn)行。“我們需要十萬(wàn)級(jí)、甚至百萬(wàn)級(jí)工程化驗(yàn)證的數(shù)據(jù)，保證下一代研發(fā)產(chǎn)品變成真正的工藝品。”

　　另外，葉思宇也談到，盡管堿性電解水制氫技術(shù)目前占比非常大，但未來(lái)可能是多種技術(shù)路線并存，在不同場(chǎng)景下，用處和應(yīng)用場(chǎng)景都不盡相同。

　　不過(guò)，目前來(lái)看，不同制氫方案耐久性都不能完全滿足需求，隨著電解槽成本繼續(xù)下降，還會(huì)有更大的提升。

　　張久俊則認(rèn)為，質(zhì)子交換膜燃料電池會(huì)是電動(dòng)車的終極主力電源，目前提高耐久性、降低燃料電池的成本及發(fā)展加氫站是氫能利用的主要方向。

　　文章來(lái)源：21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道