衣寶廉

剛剛步入2020年，燃料電池汽車就釋放出諸多積極的信號。

1月5日，國內(nèi)首批(10輛)氫燃料電池通勤客車在武漢開發(fā)區(qū)正式交付;1月14日，247臺新能源汽車在云南五龍汽車有限公司下線;1月20日，山東濰坊100臺氫燃料公交車采購中標(biāo)，計劃于年內(nèi)正式上線運營……

燃料電池汽車以其高效率和零排放等優(yōu)勢，備受國內(nèi)外追捧。中國電動汽車百人會副秘書長王賀武就曾預(yù)測，2025年我國氫能燃料電池汽車有望實現(xiàn)5萬~10萬輛的規(guī)模;2030年我國將實現(xiàn)百萬輛級別的氫能燃料電池汽車在路上行駛;2050年氫能燃料電池汽車能夠和純電動汽車共同實現(xiàn)汽車的零排放，即移動端的零排放。

站在“風(fēng)口”上的燃料電池汽車，熱度攀升的背后還需怎樣的冷思考?“十四五”又該如何實現(xiàn)更大的跨越?《中國科學(xué)報》就此采訪了中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉。

氫燃料電池是理想的選擇

《中國科學(xué)報》：相比純電動汽車，燃料電池汽車有何優(yōu)勢?

衣寶廉：以氫燃料電池為動力的燃料電池車與鋰離子電池車相比，具有續(xù)駛里程長、安全等優(yōu)勢。氫燃料電池比能量高達(dá)0.5~1.0Wh/Kg，且燃料氫和電堆是分開的，因此即使電池的膜破損，只要將氫切斷，就不會產(chǎn)生燃燒和爆炸。此外，氫燃料加注方式與燃油車加油類似——加注時間短，特別適用于重載、長途運輸車、大客車和各種商用車。若采用可再生能源制氫，還可做到零排放。

《中國科學(xué)報》：《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告》指出，未來氫在我國終端能源體系占比至少將達(dá)10%，您如何看待氫燃料電池汽車未來發(fā)展前景?

衣寶廉：人類生活、生產(chǎn)所用的化石燃料，從煤、石油到天然氣，是一個逐步減碳的過程。而氫是零碳燃料，用氫代替化石燃料是理想的選擇。但氫需要用其它能源制取，用可再生能源，如水能、風(fēng)能、太陽能等制氫是最佳選擇。近年來，由于實行二氧化碳減排，控制本世紀(jì)溫升在2℃以內(nèi)，可再生能源的高速發(fā)展與燃料電池和燃料電池車技術(shù)的進步，將大力促進氫能的發(fā)展。

《中國科學(xué)報》：“氫能源”雖然是備受期待的一種新能源汽車方案，但目前我國在制氫、儲氫、運氫等環(huán)節(jié)并不完善，對此您認(rèn)為該如何解決?

衣寶廉：氫氣的密度最低，所以它的體積比能量最小，導(dǎo)致氫的儲運是發(fā)展氫能的最大難題。國內(nèi)應(yīng)發(fā)展和示范液氫和管道運輸氫，同時研究用有機化合物加脫氫的辦法(如甲基環(huán)己烷脫氫和甲苯加氫)儲運氫，利用石油運輸?shù)脑O(shè)備與經(jīng)驗。

要想盡快發(fā)展氫能和提高氫能能源占比，最有效的辦法是大力發(fā)展西南水電、西北風(fēng)電，將不上電網(wǎng)的電力直接用于電解水制氫，再將氫送入管網(wǎng)，與天然氣混合送給用戶。目前，國際上天然氣管網(wǎng)可混入5%~20%的氫氣，減少了天然氣的進口。此外，建立海上風(fēng)電，直接電解海水制氫，并輸送至天然氣管網(wǎng)，也是一個重要方向。

氫的爆炸限很寬，起爆能量很低，因此也是一種易燃、易爆氣體。但氫與天然氣和石油相比，極宜檢測，因此要研發(fā)穩(wěn)定、可靠、廉價的氫傳感器，確保用氫安全。

“十三五”仍存成本壓力

《中國科學(xué)報》：“十三五”期間，燃料電池汽車都取得了哪些關(guān)鍵突破?

衣寶廉：經(jīng)過北京奧運會23輛燃料電池車、上海世博會196輛燃料電池車等示范運行，已經(jīng)證明燃料電池車技術(shù)可行。“十三五”期間，加氫站建設(shè)被寫入2019年政府工作報告，極大鼓勵了燃料電池車的研發(fā)和示范。

第一，2018年由國家能源集團牽頭成立了中國氫能聯(lián)盟，為我國氫能與燃料電池的發(fā)展堅定了信心，并給予了技術(shù)和資金的支持。

第二，2019年燃料電池車的銷量已達(dá)2737輛，我國燃料電池車的保有量已達(dá)五千多輛，僅次于美國，占世界第二位。國內(nèi)示范運行的燃料電池車以大客車和商用車為主，適于發(fā)揮燃料電池車的優(yōu)勢，已引起國際汽車界的重視。

第三，由于大規(guī)模燃料電池車的商業(yè)化示范，創(chuàng)建了車用燃料電池的關(guān)鍵材料和部件市場，國內(nèi)關(guān)鍵材料和部件的生產(chǎn)企業(yè)逐漸增加，并開始批量生產(chǎn)雙極板、膜電極三合一(MEA)、電催化劑、質(zhì)子交換膜、空壓機和高壓儲氫瓶等，進一步降低燃料電池車成本。

第四，加氫站的建設(shè)速度加快，由“十三五”初期的十幾座到2019年建成38座、投運46座，關(guān)鍵部件如氫氣壓縮機、加氫機等也開始研制和試用，國產(chǎn)化提速。

第五，由于國家、地方政府和企業(yè)的大力支持，并介入燃料電池車的研發(fā)與商業(yè)化示范運行，吸引了國際從事燃料電池車研發(fā)企業(yè)進入中國，促進了國內(nèi)燃料電池車的商業(yè)化示范運行。

《中國科學(xué)報》：開發(fā)燃料電池汽車還存在哪些技術(shù)性挑戰(zhàn)?該如何應(yīng)對?

衣寶廉：由于燃料電池發(fā)動機成本較高，導(dǎo)致燃料電池車價格是燃油車的2~3倍，是鋰離子電池車的2倍左右。此外，氫的制備、輸運費用高也導(dǎo)致其運行成本高，加氫站的建設(shè)費用也遠(yuǎn)高于充電站和加油站的建設(shè)費用。

因此，開發(fā)燃料電池車首先就要降低燃料電池車的成本。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，一是要加快批量生產(chǎn)工藝的研發(fā);二是企業(yè)家介入建立生產(chǎn)線進行試生產(chǎn);三是地方政府支持，進行大規(guī)模的燃料電池車商業(yè)化示范。

其次，在確保電堆可靠性與耐久性的前提下，大幅度提高電堆的比功率。降低關(guān)鍵部件如空壓機、DC/DC、氫氣循還泵、閥件等成本，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

降低氫氣成本的關(guān)鍵是選擇副產(chǎn)氫豐富或可再生能源豐富的地區(qū)進行燃料電池車示范，大力發(fā)展離網(wǎng)的風(fēng)電、水電和太陽能發(fā)電，直接電解水制氫，降低制氫和運輸成本。而降低加氫站建設(shè)成本，就需要實現(xiàn)氫氣壓縮機和儲氫瓶的國產(chǎn)化。

“十四五”需強化應(yīng)用基礎(chǔ)研究

《中國科學(xué)報》：對于下一個五年規(guī)劃，燃料電池汽車在技術(shù)研發(fā)上應(yīng)該如何部署?

衣寶廉：要加強燃料電池關(guān)鍵材料與部件的基礎(chǔ)研究。在電催化劑、交換膜、流場和膜電極三合一結(jié)構(gòu)與制備方面能有創(chuàng)新性的發(fā)明，為制備高比功率電堆提供指導(dǎo)和技術(shù)基礎(chǔ)。

要加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究。開發(fā)和改進燃料電池關(guān)鍵材料與部件的批量生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低成本，用于組裝高比功率電堆和電池系統(tǒng)。

要研發(fā)世界一流的高比功率電堆和電池系統(tǒng)，電堆體積比功率達(dá)到5Kw/L，壽命達(dá)到2萬~3萬小時。另外，還要提高客車與商用車性價比，研發(fā)燃料電池乘用車，性能接近或達(dá)到國際一流水平。

《中國科學(xué)報》：對于推動燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進程，“十四五”期間在政策上還需做出哪些調(diào)整?

衣寶廉：燃料電池車現(xiàn)在競爭力不強，需要政府扶持。但政府補貼不要全部補到整車單位，要對關(guān)鍵材料與零部件企業(yè)給予補貼，鼓勵降低關(guān)鍵材料與部件的售價，逐步提高補貼標(biāo)準(zhǔn)，是否給予補貼以檢測數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

建議國家成立第三方獨立的檢測單位，與標(biāo)準(zhǔn)委員會一起，建立關(guān)鍵材料與部件和電堆與系統(tǒng)的壽命快速測定方法。

另外，還建議氫能獨立設(shè)立專項，以可再生能源制氫為主，目標(biāo)是代替天然氣，減少天然氣進口。同時，研發(fā)海水電解制氫，為發(fā)展海上風(fēng)電制氫奠定基礎(chǔ)。