“氫”裝上陣,哪四大技術領域亟待突圍?

儘管在過去五年內,我國商用車清潔化程序不斷提速,但資料顯示,整體零排放化率僅3。21%。隨著雙碳目標的提出和實施,對我國商用車零排放提出了更緊迫的需求。除了不斷加快新能源車佔比外,氫能源汽車已進入發展快車道,正獲得更多車企和市場的重視。

至2021年底,全球有29個國家釋出了國家氫能戰略,全球主要經濟體規劃建設的GW級可再生能源制氫專案已經達到30個。

僅歐洲已建成約200個加氫站,目標未來在40到50公里範圍內就能找到加氫站。據國際能源署預測:2021-2030年,全國燃料電池車保有量年複合增長率將達到81。32%-89。34%,到2030年,全球燃料電池車保有量將達1050萬-1550萬輛。

“氫”裝上陣,哪四大技術領域亟待突圍?

我國氫能源汽車現狀

同樣截至2021年年底,我國已建成加氫站255座,氫燃料電池汽車保有量約9315輛,已成為全球最大的產氫國和燃料電池商用車市場。

從產業未來規劃來看,目前已有北京市、河北省、上海市、河南省、浙江省、山東省、四川省、重慶市、山西省、內蒙古自治區、廣州市、武漢市、蘇州市、佛山市、蘭州市等數十個省(市)和地區釋出了氫能產業發展規劃/實施方案/行動計劃。

隨著綠氫開發的大規模推廣及制氫技術的成熟,目前我國綠氫的平均成本價已經可以達到20元每千克左右,中石化的“綠電制綠氫”專案,制氫成本降低到每千克13-16元。

2021年,能源龍頭——中國石化的制氫產能約445萬噸,佔全國的13。3%,有9家企業建成氫提純及充樁設施,擁有三條20公里以上的氫氣輸送管道。在加氫站建設方面,中國石化目前建成83座加氫站(包含了油氫合建站),已經成為全球建設和運營加氫站最多的企業。

亟待突圍的四大技術領域

當然,這距離中石化規劃的到2025年建成1000座加氫站的目標還有較大差距。儘管中國氫能科技攻關取得長足進步,

在電解水制氫技術及燃料電池質子交換膜、膜電極、電堆等核心零部件方面取得了很大突破,但是在裝置可靠性和耐久性方面與國外先進水平有一定差距,部分關鍵的零部件仍然依靠進口。

除了制氫外,

氫燃料電池和儲氫、加氫技術

同樣是我國氫能源加速落地前要攻克的難題。

氫燃料電池與常見的鋰電池不同,系統更為複雜,主要由電堆和系統部件(空壓機、增溼器、氫迴圈泵、氫瓶)組成。近年來,氫燃料電池技術研究集中在電堆、雙極板、控制技術等方面,但整體來看,我國所掌握的核心技術水平、綜合技術體系與領先國家還有一定距離。

目前我國氫燃料電池系統的國產化程度已從2017年的30%提高到2020年的60%。

預計到 2025年,金屬BPs可完全國產化,低功耗、高速、無油的空氣壓縮機進入小規模自主生產階段;機械強度高、孔隙率均勻、抗碳腐蝕的碳纖維製備技術有望取得突破,大電流密度條件下的GDL水氣通暢傳質問題有望得到解決。

在儲氫方面

,液氨、甲醇、氫化物、液體有機氫載體(LOHC)儲氫在國外已有成熟產品和專案應用,而國內仍處於小規模實驗階段。催化劑、GDL 等關鍵零部件或材料處在研究與小規模生產階段,批次化產品的可靠性、耐久性還需要長期驗證,主要技術為國外公司所掌握。

在加氫站方面

,包括壓縮機、加氫槍及其軟管、流量計、安全閥、氫氣管道和閥件等核心零部件依賴進口,外供氫式加氫站的建設成本中,壓縮機成本佔比約30%。國內加氫站主要採用美國PDC隔膜壓縮機,PDC佔據著全球氫氣隔膜壓縮機市場約70%-75%的份額。

總的來說,

高效能燃料電池催化材料、質子交換膜電解水制氫、加氫站關鍵裝置國產化等領域亟需更大的突破。

重型卡車或成我國氫能源應用突破口

“氫”裝上陣,哪四大技術領域亟待突圍?

豐田行動式氫燃料電池發電系統(圖片來源:WNEVC)

中國石化集團公司副總經理凌逸群認為,氫能技術突破需要整個全產業鏈升級發展。在綠氫煉化領域,於現有煉化煤化工制氫的基礎上,要進一步擴大氫氣生產利用的規模,需要大力發展可再生電力制氫。

從長遠來看,大力發展氫能和燃料電池不僅有助於交通行業早日實現“雙碳”目標,推進碳中和程序,還有助於有效吸納不平衡的可再生能源資源,加快我國能源結構調整,保障能源安全,打造更多零碳排放應用場景。

以歐洲為例,氫能源的應用已經佈局“海陸空”。歐洲的氫燃料電池車輛以重型卡車為主。近幾年開始嘗試在船隻中使用,一開始以較小的遊艇為主,現已在較大型海洋船隻上搭載氫氣及燃料電池作為補充。部分小型航空公司也在部分較小的飛行器中嘗試使用氫能源。2018年,德國甚至出現了第一列用氫燃料電池驅動的火車。

但對於中國來說,似乎不需要那麼急功近利,光是做好重型卡車的油改氫就能產生巨大的效益。

在中國交通領域的碳排放中,公路上的機動車排放佔87%,其中貨車佔到60%以上。由此看來,以燃料電池商用車為先導帶動綠色氫能全產業鏈商業化才是我國氫能源行業的當務之急。

以柴油車為例,燃料電池汽車被公認是最好的替代者。2018年中國柴油車的總量是2103萬輛,佔汽車保有量9。1%,年耗柴油5億噸,二氧化碳排放15億噸。若透過可再生能源制氫和燃料電池技術耦合發展,把柴油車都替代為零排放的燃料電池汽車,每年可實現至少5億噸二氧化碳減排的目標。

賽道鳴鑼,“氫”風徐來

國際氫能燃料電池協會理事長、中國科學院院士歐陽明高表示:

氫能源汽車是先導,不是氫能的全部,但是一個突破口。

我國氫能源發展路線應該從工業副產氫,鼓勵可再生能源制氫,到完全可再生能源制氫逐步過渡。目標到2030年,燃料電池汽車保有量將達到80萬輛,2035年突破100萬輛,屆時我國需要建立5000餘座加氫站,原料成本將降低到10元以下。保守估計,2050年氫能在我國終端能源體系中的佔比可達10%,2060年佔比將達約15%。

超萬億元的新藍海也引來了全國各地的爭相佈局和提前規劃

。北京、遼寧、河南省、陝西各省市相繼專門出臺檔案支援氫能產業發展。其中,《遼寧省氫能產業發展規劃(2021-2025年)》提出,到2025年,全省氫能產業將實現產值600億元,培育10家左右具有核心競爭力和影響力的知名企業,建成國內頂尖、世界一流的氫能產業研發與創新基地。

目前,上海、廣州等地已開啟氫能源網約車運營,拉開了燃料電池汽車民用化的序幕。在產業之外積極探索新應用場景的落地和建設。

根據國際氫能委員會預計,

到2050年,氫能將承擔全球18%的能源終端需求,市場價值超過2.5萬億美元,

氫燃料電池汽車將佔據全球車輛的20%-25%,氫能將成為與汽油、柴油並列的終端能源體系消費主體。

我國在電動汽車賽道中的出色表現給了氫能源汽車非常寶貴的經驗和捷徑。我們有理由相信未來的中國汽車市場將形成氫、電為主的新格局。

氫能源應用也將改寫我國能源格局,很快,我們就能“氫”裝上陣。

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