制氢不再是难题储运成燃料电池汽车发展掣肘

2017-11-21 14:36:55 来源:中国汽车报网　点击量：评论 (0)

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

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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