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    除了空壓機,氫燃料電池汽車(chē)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(cháng)萬(wàn)鋼,在《人民日報》撰文稱(chēng),新能源汽車(chē)應及時(shí)把產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)向燃料電池汽車(chē)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(lái)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備,還差什么?
     
      01 我們有什么?
     
      說(shuō)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(guò)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(gè)主要的技術(shù)要求:
     
     ?。?)必須具有較高的質(zhì)子導電性
     
    除了空壓機,氫燃料電池汽車(chē)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)和機械穩定性
     
      在國內,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(dòng)力等是質(zhì)子交換膜主要開(kāi)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(kāi)路電位情況下耐久性大于600小時(shí),膜在保證性能的前提下運行壽命超過(guò)6000小時(shí),干濕循環(huán)次數超過(guò)20000次,得到AFCC(Automotive Fuel Cell Cooperation,戴姆勒-奔馳與福特的合資公司)的認可,并給東岳特聘專(zhuān)家、上海交通大學(xué)張永明教授頒發(fā)了技術(shù)達標獎。目前,該膜已經(jīng)定型量產(chǎn),二代規劃產(chǎn)能20萬(wàn)平方米,至少可滿(mǎn)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(zhuān)家衣寶廉院士在一次采訪(fǎng)中曾提到,低Pt催化劑是燃料電池的主要技術(shù)方向。當一輛FCV的鉑用量低于傳統汽車(chē)三元催化中鉑的用量的時(shí)候,就達到了目標。而制備殼型結構的催化劑是降低催化劑用量的一個(gè)有效的方法。
     
      在“十三五”重點(diǎn)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(zhù)名研究機構取得了多方面的進(jìn)展。
      除此之外,清華大學(xué)、重慶大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)等研究機構也對非Pt催化劑開(kāi)發(fā)展開(kāi)了研究,并取得了階段性成績(jì)。雖然中國新型催化劑,其中一部分在性能和穩定性上已經(jīng)超過(guò)商業(yè)催化劑,但尚未實(shí)現量產(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(shí)現了商業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)能已經(jīng)達到5000平米,國內開(kāi)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(kāi)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?;陔p極板的作用,其特性必須兼具較好的導電、導熱性能,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。雙極板承擔著(zhù)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、金屬雙極板和復合材料雙極板。目前,國內以開(kāi)發(fā)金屬雙極板電堆為主要技術(shù)路線(xiàn)。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(kāi)發(fā)金屬雙極板技術(shù)方向的信心。雙極板技術(shù)的難點(diǎn)在于成型、焊接、涂層三個(gè)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(shí)現雙極板國產(chǎn)化、批量化生產(chǎn),設計年產(chǎn)量可達50萬(wàn)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 我們缺什么?

      A.缺市場(chǎng)驅動(dòng)力
     
      市場(chǎng)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。燃料電池是關(guān)系國家未來(lái)能源結構的關(guān)鍵技術(shù)。如果只能滿(mǎn)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(méi)有找到一個(gè)很好的應用場(chǎng)景??v觀(guān)全球,燃料電池的盈利空間也極其有限。因此,在沒(méi)有市場(chǎng)規模的前提下,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(méi)有規?;杀揪筒荒芙档?,成本不降低更沒(méi)有規?;袌?chǎng)。這一死循環(huán)的破解方法是不遺余力地挖掘需求,這仰賴(lài)于企業(yè)家的能力和精神:發(fā)現未來(lái)的機會(huì ),現在敢于投入。
     
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      B.缺戰略性的資金
     
      《能源技術(shù)革命創(chuàng )新行動(dòng)計劃(2016-2030年)》提出了燃料電池的目標:“2020年實(shí)現質(zhì)子交換膜燃料電池(以下稱(chēng)PEMFC)電源系統實(shí)現額定輸出功率50~100kW、系統比功率≥300Wh/kg、電堆比功率3000W/L以上、使用壽命5000小時(shí)。”一個(gè)50kW的電堆,完成5000小時(shí)的壽命測試,僅氫氣費用就要達到上百萬(wàn)甚至數百萬(wàn)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(cháng)線(xiàn)投資,換言之,燃料電池的獲利屬于未來(lái)。因此,燃料電池缺乏的是高瞻遠矚的戰略投資。更加需要警惕的是,如果資本急功近利可能會(huì )產(chǎn)生“拔苗助長(cháng)”的負面效果,比如把不合格的電堆推向市場(chǎng),可能引發(fā)故障或者事故,除了安全隱患外,甚至會(huì )誤導社會(huì )對燃料電池的認知,反而不利于燃料電池行業(yè)的發(fā)展。
     
      C.缺產(chǎn)業(yè)鏈
     
      現在社會(huì )分工更加明細,如果燃料電池只是幾個(gè)企業(yè),而非一個(gè)產(chǎn)業(yè),那勢必是低效的。說(shuō)到產(chǎn)業(yè)鏈,我們很容易想到制氫和儲氫。依照Mirai的數據,百公里氫氣消耗量約為0.6~0.7公斤。那么氫氣的價(jià)格就直接關(guān)系到用戶(hù)的使用成本。氫氣價(jià)格的組成,受到制氫、純化、儲運、加氫站建設與運營(yíng)、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(chǎng)規模外,另一個(gè)影響燃料電池成本的重要原因?;蛘咄ㄋ椎恼f(shuō):這些材料和元器件都不是專(zhuān)為燃料電池設計的,因此可能存在著(zhù)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(非金屬內膽全纏繞氣瓶)的主要材料,這種材料的成本短期內成本可能很難降低。
     
    除了空壓機,氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化還差什么 ?
     
      03 怎么做

      A.找應用場(chǎng)景
     
      如果燃料電池不能找到合理的應用場(chǎng)景,可能會(huì )成本失真,缺乏方向。前文提到那些國內頂尖的燃料電池研發(fā)機構,未必是產(chǎn)業(yè)化的最合適場(chǎng)所。他們有能力提升材料和電堆的各項指標,完善著(zhù)各種理論,甚至開(kāi)發(fā)原型機和工程樣機……但這都不是達成產(chǎn)業(yè)化的充分條件。
     
      燃料電池的場(chǎng)景,比如重載貨車(chē)利用“液氫+燃料電池”的組合,或者特種燃料電池車(chē)輛(如叉車(chē))。這些是企業(yè)家基于商業(yè)嗅覺(jué)所開(kāi)發(fā)的應用,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用場(chǎng)景。光闡述燃料電池的優(yōu)勢并沒(méi)有什么幫助。
    除了空壓機,氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化還差什么 ?
     
      應用場(chǎng)景合適,才有可能創(chuàng )造市場(chǎng)。有了市場(chǎng),才會(huì )營(yíng)造規模,而在規模之下,原來(lái)固有的問(wèn)題,可能不再是問(wèn)題。比如大家都擔心燃料電池對貴金屬催化劑的依賴(lài),但當它初具規模,形成Pt回收的產(chǎn)業(yè)鏈條,這個(gè)擔心將不復存在。
     
      B.相信自己的專(zhuān)家
     
      如果有在先進(jìn)企業(yè)工作過(guò)的人,愿意在國內工作,恰好他們在國外還接觸過(guò)燃料電池,國內企業(yè)很多企業(yè)都會(huì )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)應用,也要因地制宜。需要技術(shù)專(zhuān)家,更需要技術(shù)團隊、研發(fā)機制、資金支持、績(jì)效管理等一系列影響因素。一個(gè)企業(yè),很難因為某個(gè)專(zhuān)家而改變基因。也許這些洋專(zhuān)家自己也很清楚,他的價(jià)值,多來(lái)自于不對稱(chēng)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(pán)托出。
     
      我們有自己的專(zhuān)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(huì )議上,一位德國專(zhuān)家在回答中國企業(yè)的征詢(xún)時(shí)說(shuō)了一句:FürIhre China-Problem, sollten Sie Ihre eigenen chinesischen Experten informieren(中國的問(wèn)題,要請教中國自己的專(zhuān)家)。這句話(huà)我非常贊同。

      C.靈活的戰略
     
      首先,戰略制定要因地制宜。中國每年大量的可再生能源無(wú)法上網(wǎng),出現了大量的棄風(fēng)棄光現象。是否一定可以用這些電能電解水制氫?姑且認為商業(yè)模型成立,但根據質(zhì)量守恒,每生產(chǎn)1公斤氫氣,所需要的水為9公斤(實(shí)際更多)。因此不見(jiàn)得有棄風(fēng)棄光的地方都適合電解水制氫,還需要考慮當地是不是有充足方便的水源。
     
      其次,要發(fā)展的看問(wèn)題。發(fā)展清潔能源戰略必會(huì )有一個(gè)趨勢:未來(lái)可再生能源的上網(wǎng)率將大量提升,這就意味著(zhù)棄風(fēng)棄光現象將減少??稍偕茉窗l(fā)電制氫作為一個(gè)長(cháng)期投資項目,必須考慮這個(gè)因素在未來(lái)對經(jīng)濟模型的影響。
     
      第三,戰略要可執行,不能為氫能而氫能。即使是日本,也提出了“氫電并重”的戰略方向。
     
      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(diǎn),很難短期內出現可能掌控全產(chǎn)業(yè)鏈的寡頭。建立產(chǎn)業(yè)鏈,既需要決心,更需要實(shí)力。
     
      比如燃料電池系統中的核心部件空壓機,我第一個(gè)想到的就是那個(gè)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(gè)工程師拿筆錢(qián)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
     
      什么是產(chǎn)業(yè)化?我的理解是有規?;氖袌?chǎng),標準化的產(chǎn)品,專(zhuān)業(yè)化的分工,以及合理的商業(yè)模式四個(gè)條件。如果用這四個(gè)標準來(lái)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(guò),目前中國汽車(chē)主管部門(mén)的思路,如萬(wàn)鋼文章指出的,將遠程公交、雙班出租、城市物流、長(cháng)途運輸等純電動(dòng)汽車(chē)不能覆蓋的市場(chǎng)需求,確定為氫燃料電池的應用場(chǎng)景。這一官方指引,和民間企業(yè)的判斷,大體一致。另外,根據中國的節能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖,2020年將有5000輛氫燃料電池市場(chǎng),2025年將有5萬(wàn)輛的市場(chǎng)。這些因素,有望帶動(dòng)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化的開(kāi)始。
     

    標簽: 空壓機燃料電池  

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