作者:記者 唐琳綜合報道 來源: 發布時間:2017-1-3 14:55:57
燃料電池車:厚積薄發 潛能無限

 
對于燃料電池而言,2016實在是表現不俗的一年。
 
9月,全球第一架采用氫燃料電池的客機——“HY4”于德國成功試飛,巡航速率達到165公里/小時,航程可達1500公里;隨即,法國工業巨頭阿爾斯通公司就為世界揭開了可搭載300名乘客、最高時速可達140公里的氫燃料電池列車的神秘面紗。
 
2016年10月8日,在一片歡呼聲中,美國能源部慶祝了“氫與燃料電池日”的到來,彰顯出該機構在削減氫燃料電池成本方面所作出的巨大努力。
 
“這真的是一個激動人心的時刻。”美國能源部燃料電池技術辦公室主任Sunita Satyapal表示,“通過獨立的分析,我們使其成本自2007年以來下降了50%。”
 
得益于硬件成本的下降,美國數家汽車制造商紛紛加入到生產和銷售氫燃料電池車的隊伍中來。其中,豐田汽車公司的氫燃料電池動力車——Mirai,產量已從2015年的700輛激增為2016年的2000輛;而2017年,其產量目標更是直指3000。
 
目前,加利福尼亞州大約擁有超過20個加氫站,美國能源部與國家公園管理局也著手在華盛頓特區設置示范用加氫站,不少機構與公司也紛紛在車隊中增加氫能動力車。
 
燃料電池車,一切似乎都很美好。
 
不遺余力
 
燃料電池可以將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能,而氫燃料電池則利用電解水的逆反應來將氫氣、氧氣等燃料轉化為水,并通過這種化學反應將化學能轉換為電能。
 
在這一過程中,除了消耗氧氣和空氣之外,沒有其它的能源消耗,不需加油也不用充電,水是唯一的副產品。因而,氫燃料電池車也被認為是真正實現“零排放”的環保交通工具。
 
此外,氫燃料電池車與人們的使用習慣非常匹配:充滿一個氫燃料罐只需要幾分鐘,而為一輛電動汽車充滿電卻需要幾個小時。
 
目前,從全球來看,美國依然是燃料電池車最大和增長最快的市場之一。而這一成績的取得,離不開美國能源部不遺余力的推動。
 
2010年,美國能源部制定《氫能源計劃》,推動氫與電一起成為主要能源載體;2015年,美國國會為美國能源部氫和燃料電池項目撥款約1.17億美元,另外還有3000萬美元用于固體氧化物燃料電池的相關研發活動。
 
之后,為進一步推動氫及燃料電池技術的進步,美國能源部斥資3500萬美元,用于氫氣生產、運輸及儲存領域的研發,燃料電池性能及耐久性研究,示范用加氫站的零部件生產,先進的儲氫材料研究,以及氫與燃料電池的性能和成本分析等。
 
在美國能源部的大力支持下,多個美國國家實驗室和企業在燃料電池及氫技術研發領域取得重大進展,在極大地降低硬件成本的同時提高了產品性能,使得美國在燃料電池和氫技術市場繼續保持強勁增長,在清潔能源創新方面繼續保持領先優勢。
 
但也有一些需要注意的地方:當前燃料電池車所使用的氫氣最為常見和廉價的獲得途徑,都需要用到甲烷——天然氣的主要成分。這一過程勢必會產生溫室氣體。
 
對此,Satyapal表示,目前研究人員正致力于研究如何通過可再生途徑生產廉價的氫。“我們的目標是使氫的成本降到相當于汽油每加侖4美元的水平。”而現在加氫站的氫零售價格約在13~16美元。
 
道阻且長
 
但同時,人們也應清楚地認識到,與電動汽車相比,氫燃料電池車仍然被遠遠甩在后面,并且氫能經濟也未能全面地開花結果。
 
自2008年以來,美國民眾累計購買了超過50萬輛插電式混合動力電動汽車,然而卻只購買了不到500輛燃料電池車。
 
究其原因,研究者與分析家們指出,燃料電池本身在效率與成本方面均已有了迅猛的發展與進步,但是為其提供支持的基礎設施卻仍是一個薄弱環節。
 
這里指的基礎設施正是加氫站。建設這些為燃料電池車補充氫氣的設施是非常“燒錢”的,而鑒于現在燃料電池車數量實在太少,根本很難收回成本;同時,加氫站需要大型的高壓儲存罐來儲存氫氣,而很多硬件設施都需要重新開發,這就進一步提升了價格。
 
“這是一個非常受限的供應鏈。”Satyapal承認,“即便是單個的一個噴嘴,也會非常昂貴。”
 
相反,電動汽車則可以通過墻壁插座來充電,盡管充電速度并不快。但兩者基礎設施之間的鴻溝意味著,在相當一段時間內都很難說服人們去購買燃料電池車。
 
“真的,可以預見燃料電池車的前景非常嚴峻。”Lux Research公司的研究助理Chris Robinson說,“而我們很難向消費者解釋這些。”
 
但是,這里卻有一個潛在的特例——日本。
 
“日本是燃料電池車能夠‘唱主角’的地區,因為它并沒有其他真正可行的選擇。”Robinson說。
 
有限的自然資源和走高的能源價格,促使日本這樣的島國成為了發展氫能經濟的絕佳案例。“通過很少數量的加氫站,你就能為全島提供服務”,Robinson說。
 
但對于燃料電池車未來的發展,Satyapal依舊十分樂觀。
 
眼下,為了推動燃料電池車的基礎設施建設,汽車制造商們正在同大型能源公司、初創企業等合作伙伴在氫燃料供給方面展開合作。例如,在德國,戴姆勒集團與法國液化空氣集團、荷蘭皇家殼牌集團、法國道達爾集團、德國林德集團等企業合作,計劃到2017年在德國建立100座加氫站,到2023年增加到400座。
 
雖然現在氫燃料電池私家車的銷售情況的確不樂觀,但是其卻在白天循環于城市街道、而后停至某一中心站的車隊車輛上頗有前途。目前包括豐田在內的數家汽車制造商都宣稱,他們已經開始著手研究燃料電池動力的公共汽車項目。
 
“這不再只是一個實驗室的好奇心。”Satyapal說,“我們必須保持這樣的勢頭。”■
 
《科學新聞》 (科學新聞2016年12月刊 能源)
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