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鋰電向左，氫能向右？

2021-12-14 14:32 作者:皆電 0人讀過 | 我要投稿

2022北京東奧會(huì)臨近，引起熱議的竟然是140臺(tái)豐田氫能源車。

有新聞報(bào)道，首批進(jìn)口的140輛豐田第二代Mirai氫能源車將成為本屆冬奧會(huì)工作車，承擔(dān)延慶等山地賽區(qū)觀眾或工作人員的運(yùn)輸任務(wù)。此外，福田與豐田合作推出的氫燃料電池客車也會(huì)為冬奧會(huì)提供服務(wù)。

還記得2008年北京奧運(yùn)，多個(gè)品牌的純電動(dòng)車穿梭于各場(chǎng)館與奧運(yùn)村之間，10多年過去，電動(dòng)車已經(jīng)在神州大地遍地開花。一份數(shù)據(jù)顯示，今年前8個(gè)月國(guó)內(nèi)新能源車產(chǎn)銷量分別為181.3萬輛/179.9萬輛，滲透率已經(jīng)達(dá)到11%。

關(guān)于氫是風(fēng)口還是泡沫，網(wǎng)上對(duì)此的爭(zhēng)論就一直沒停過。而此次冬奧會(huì)用上了豐田Mirai，是否意味著氫能源的春天真要來呢？

「電動(dòng)車開不進(jìn)大東北」

在全國(guó)大力發(fā)展新能源車，助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的時(shí)候，北方的盆友們可謂“心有余而力不足”。

2020年全年東北地區(qū)新能源車銷量只有9943輛，僅占全國(guó)銷量的0.92%，而造成這個(gè)囧況的原因歸根到底還是續(xù)航問題，眾所周知鋰電活性取決于工作溫度，氣溫太低會(huì)造成電池可用容量變小，從而帶來續(xù)航縮水。南方的冬季基本在10度以上問題不大，但北方就慘了，根本沒法用。

為此，國(guó)內(nèi)也有媒體對(duì)市面上主流的電動(dòng)車進(jìn)行過冬季續(xù)航實(shí)測(cè)，得出結(jié)論如下：“20℃左右是電動(dòng)車最理想的工作溫度，低于5℃電池就開始出現(xiàn)明顯衰減，考慮到北方冬季溫度多在5℃以下，所以建議大家將實(shí)際路程控制在表顯續(xù)航里程的40%左右?！?/p>

(溫度越低，容量越少)

主流550km續(xù)航的車，冬季只剩220km，那還開個(gè)P哦？

當(dāng)然解決方案也是有的，例如給電池加個(gè)柴油加熱器，但這個(gè)騷操作實(shí)在“丟臉”，而第二個(gè)方案就是“棄電從氫”，剛好東北地區(qū)有大量的工業(yè)副產(chǎn)氫，在存儲(chǔ)、運(yùn)輸成本上和南方地區(qū)相比占先天優(yōu)勢(shì)。

這也就不難理解為什么首批氫能源電池車試點(diǎn)城市大部分都集中在北方了。

「氫產(chǎn)業(yè)化陷入惡性循環(huán) 」

氫燃料電池車主要由燃料電池堆棧、堆棧升壓器、高壓儲(chǔ)氫罐、動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及相關(guān)控制單元組成，核心是消耗氫氣的燃料電池堆棧。

把氫氣作為汽車燃料，其實(shí)已經(jīng)存在了一段相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，只不過最初它的作用和汽油相似：灌進(jìn)內(nèi)燃機(jī)壓縮爆炸，再輸出功率。但因?yàn)榘踩约靶实葐栴}，這種“氫氣車”沒成為市場(chǎng)主流。

現(xiàn)在氫燃料電池當(dāng)中的氫氣并不直接參與燃燒，而是和氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能，就像“心臟”一樣，為動(dòng)力電池提供源源不斷的“血液”。

在反應(yīng)堆中，氫氣在催化劑（鉑）的作用下分解成電子和質(zhì)子（氫離子），其中質(zhì)子通過交換膜到達(dá)負(fù)極與氧氣反應(yīng)生成水并產(chǎn)生熱量，而電子就由外電路流回正極，產(chǎn)生電流。

多個(gè)氫燃料電池堆疊在一起就能輸出足夠的功率給動(dòng)力電池充電。

作為承擔(dān)了核心電化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)子交換膜，占據(jù)了整個(gè)電池堆?？偝杀镜?0%以上，目前有技術(shù)能生產(chǎn)這種交換膜的主要是國(guó)外大企業(yè)，例如豐田、巴拉德，至于國(guó)內(nèi)沒人做、做不大的原因，歸根到底還是市場(chǎng)沒需求，沒需求自然就實(shí)現(xiàn)不了規(guī)模生產(chǎn)，成本就降不下來，成本降不下來就更加沒人愿意做，周而復(fù)始，惡性循環(huán)。

（電池堆是氫燃料系統(tǒng)的成本大頭，而質(zhì)子交換膜又是電池堆的成本大頭）

正如2014年中國(guó)新能源車尚未迎來爆發(fā)，主流三元鋰電均價(jià)還要2700元/kWh，現(xiàn)在市場(chǎng)做大了，均價(jià)也降到了1000元上下。

（鋰電價(jià)格走勢(shì)，除了近2年鈷上漲導(dǎo)致價(jià)格上漲之外，整體呈下降趨勢(shì)）

分析機(jī)構(gòu)Strategic Analysis Inc就曾經(jīng)拿豐田Mirai做過推測(cè)，當(dāng)其年產(chǎn)能僅為1000臺(tái)時(shí)，燃料電池系統(tǒng)占整車總成本的30.7%；年產(chǎn)能達(dá)到3000臺(tái)時(shí)，成本占比就能降低到28.2%，要是這個(gè)數(shù)字成數(shù)十倍甚至數(shù)百倍那樣增長(zhǎng)，那燃料電池成本就能得以大幅平攤。至于初期的需求增長(zhǎng)必然得依靠政策驅(qū)動(dòng)，不然誰也不想自告奮勇趟這灘渾水。

那在推進(jìn)氫能發(fā)展方面，全球各國(guó)又有什么舉措呢？

「中國(guó)氫能源三部曲」

新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，歷來與政策結(jié)合緊密。從早期的推廣階段，到2019年首次被政府報(bào)告提及，再到“十四五”規(guī)劃出現(xiàn)在“五年規(guī)劃”當(dāng)中，氫能源行業(yè)的政策發(fā)展實(shí)現(xiàn)了“從無到有”的快速變化，可見該領(lǐng)域正越來越受國(guó)家重視。

僅自2019年以來，我國(guó)就頒布了25個(gè)與氫相關(guān)的政策，涉及到上游氫氣制備、交換膜、高壓儲(chǔ)氫罐生產(chǎn)企業(yè)扶持；中游車企補(bǔ)貼、新建加氫站補(bǔ)貼；到下游用戶在購(gòu)車、用車過程中的補(bǔ)貼、路權(quán)放開等方方面面。

其中《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》就對(duì)燃料電池汽車總體規(guī)模進(jìn)行了規(guī)劃：

2020年，在特定地區(qū)公共服務(wù)用車領(lǐng)域，進(jìn)行小規(guī)模示范應(yīng)用，達(dá)到5000輛規(guī)模。

2025年，在城市私人用車、公共服務(wù)用車領(lǐng)域大批量使用，達(dá)到5萬輛的規(guī)模。

2030年，在私人乘用車、大型商用車領(lǐng)域大規(guī)模商用化推廣，達(dá)到百萬輛規(guī)模。

截至目前，京津冀、上海、廣東已經(jīng)被國(guó)家五部委批準(zhǔn)為首批氫燃料電池汽車示范城市，各省市自己的政策細(xì)節(jié)也在制定當(dāng)中，以筆者所在的廣東為例，佛山近日率先發(fā)布了全國(guó)首個(gè)氫能源車更新置換補(bǔ)貼，支持氫能源車輛在市政、物流等特定場(chǎng)景使用。按照規(guī)劃，到2025年，所有新增/更新的市政工程車輛應(yīng)均為氫能源車。

（佛山置換補(bǔ)貼細(xì)則）

另外，目前全國(guó)已經(jīng)有超過20個(gè)城市參與了氫能源示范城市申辦。由此可見，從中央到地方各層級(jí)，中國(guó)版的《氫能三部曲》正如火如荼地進(jìn)行著。

那其他國(guó)家又如何呢？

「歐盟、韓國(guó)、俄羅斯」

一直以來，氫能都是歐盟降低碳排放的發(fā)力領(lǐng)域，在全球已宣布的228個(gè)氫能項(xiàng)目當(dāng)中，有126個(gè)都位于歐洲。早在2019年12月，歐盟就發(fā)布了《歐洲綠色協(xié)議》，構(gòu)建了氫能長(zhǎng)期發(fā)展的總框架，而2020年7月發(fā)布的《歐盟氫能戰(zhàn)略》，則分三個(gè)階段描繪了歐盟地區(qū)氫社會(huì)發(fā)展目標(biāo)。

第一階段：2020～2023年，歐盟將安裝至少6吉瓦的可再生氫能電解槽，并生產(chǎn)多達(dá)100萬噸的可再生氫能。

第二階段：2025～2030年，可再生氫能電解槽容量達(dá)到40吉瓦，具備生產(chǎn)1000萬噸可再生氫的能力。

第三階段：2030～2050年，可再生氫能技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署，并且覆蓋所有難以脫碳的領(lǐng)域。

《歐盟氫能戰(zhàn)略》描繪了歐洲未來三十年的投資計(jì)劃，包括制氫（電解槽就能制備“綠氫”）、儲(chǔ)氫以及氫能運(yùn)輸?shù)娜a(chǎn)業(yè)鏈，還包括天然氣基建、碳捕集以及封存等環(huán)節(jié)。

在未來25年內(nèi)，歐盟也會(huì)投入4700億歐元用于發(fā)展氫燃料等清潔能源，以實(shí)現(xiàn)2050年碳中和目標(biāo)。其中德國(guó)、法國(guó)分別投資90億元、72億元用于氫能研發(fā)。至于加氫站的規(guī)劃歐盟各國(guó)也給出了明確的目標(biāo)，例如德國(guó)計(jì)劃到2023年建成400座加氫站，法國(guó)2028年至少建成400座。

(歐洲車企大本營(yíng)也在積極plan加氫站)

和中國(guó)一樣，喝“頭啖湯”的同樣是運(yùn)輸業(yè)。

為了順應(yīng)政策，歐洲氫能卡車的部署計(jì)劃也細(xì)分三個(gè)階段，具體不再展開細(xì)說，要是真能實(shí)現(xiàn)，那在5年后就能看到一定規(guī)模的氫能卡車往返于歐洲各國(guó)之間了。

目前很多歐洲大型卡車制造商都承諾在2040年前停止銷售傳統(tǒng)燃油卡車，并研發(fā)對(duì)應(yīng)的氫能車型，例如戴姆勒與沃爾沃在上年4月成立了新公司，以研發(fā)和生產(chǎn)用于重型商用車的燃料電池系統(tǒng)，與此同時(shí)也和殼牌合作，后者將為戴姆勒建設(shè)加氫站。

當(dāng)然除了中國(guó)、歐盟兩大經(jīng)濟(jì)體之外，不少國(guó)家也在打著自己的“小算盤”，例如俄羅斯就從氫氣的生產(chǎn)動(dòng)刀，旨在建設(shè)以出口為導(dǎo)向的氫能源產(chǎn)業(yè)，從現(xiàn)在的天然氣出口大國(guó)轉(zhuǎn)型為氫氣出口大國(guó)。

還有韓國(guó)，計(jì)劃到2025年建立年產(chǎn)能達(dá)到10萬輛的氫燃料電池汽車生產(chǎn)體系，到2040年將有4萬輛氫燃料電池公交車投入使用，屆時(shí)加氫站的數(shù)量也從現(xiàn)在的14個(gè)增加到1200個(gè)。作為韓國(guó)最大的汽車制造商現(xiàn)代汽車集團(tuán)也在今年9月發(fā)布了“氫能愿景2040”，并發(fā)布了包括XCIENT Fuel Cell燃料電池重卡、Trailer Drone燃料電池?zé)o人運(yùn)輸車、Vision FK燃料電池跑車等等，值得一提的是現(xiàn)代還在我國(guó)廣州建設(shè)了首個(gè)海外氫燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)銷售基地。

那問題又來了，為什么嘗鮮的總是運(yùn)輸業(yè)？

「急需深度脫碳的運(yùn)輸業(yè) 」

拋開什么破除專利技術(shù)封鎖，彎道超車這些大道理不說，搞綠色的核心訴求是深度脫碳。根據(jù)生態(tài)環(huán)境局的一份數(shù)據(jù)，在2017年各行業(yè)碳排放占比中，電力供應(yīng)占比最大，其次是金屬冶煉，交通運(yùn)輸則排第三。

（左：2017年各行業(yè)碳排放占比；右：運(yùn)輸業(yè)碳排放占比，部分?jǐn)?shù)據(jù)來自生態(tài)環(huán)境部）

火力發(fā)電占比高，碳排放超標(biāo)是老大難問題了，一時(shí)半刻解決不了。金屬冶煉排碳主要是因?yàn)橛秒妳柡?，而且是我?guó)重工業(yè)的根基，因此也動(dòng)不了。排第三的運(yùn)輸業(yè)自然成為那只最軟的柿子。

而在交通運(yùn)輸碳排放總量里面，重型商用車的占比高達(dá)47%，妥妥的排碳大戶，不找它開刀找誰呢…

那為什么電動(dòng)重卡行不通呢？首先因?yàn)殡姵靥?，電?dòng)重卡相比傳統(tǒng)燃油重卡整備質(zhì)量普遍高2.5～3噸，每次都少運(yùn)幾噸貨自然不劃算，其次是電池大，造價(jià)貴，因此短期內(nèi)電動(dòng)重型商用車基本沒有實(shí)用性，而換電模式?jīng)]有企業(yè)牽頭做標(biāo)準(zhǔn)，不實(shí)際，固態(tài)電池也暫時(shí)看不到希望，不提也罷。

環(huán)顧四周，可能就只有氫可以委以重任，只是目前氫氣在制取層面還存在爭(zhēng)議，而且購(gòu)車、用車成本也未達(dá)到讓普羅大眾接受的水平。

「 “綠氫”不脫碳、TOC成本高」

在氫氣制取上，目前主流的方法有三種，分別是電解水制氫（綠氫）、化石燃料重整制氫（藍(lán)氫）以及工業(yè)副產(chǎn)制氫（灰氫）。

“藍(lán)氫”通過煤炭裂解獲得氫氣，而“灰氫”則通用對(duì)焦炭、純堿等工業(yè)副產(chǎn)物進(jìn)行提純?cè)佾@得氫氣，這兩種方法本質(zhì)都通過化石燃料轉(zhuǎn)化而來，其過程都產(chǎn)生了碳排放，只有“綠氫”，也就是電解水制備的氫氣才能實(shí)現(xiàn)真正的零碳排放。

但問題是現(xiàn)在藍(lán)氫和灰氫是大頭，根據(jù)一份海外調(diào)查報(bào)告，目前全球僅有4%的氫氣屬于綠氫。而我國(guó)更少，只有2%。

（我國(guó)氫氣來源）

制約綠氫發(fā)展的原因，歸根到底還是成本與能源結(jié)構(gòu)的問題，目前“綠氫”制取成本主要由電解槽、電價(jià)兩大部分構(gòu)成（分別占總成本的40%與50%），每kg氫氣的成本高達(dá)48元，和煤制氫相比完全沒優(yōu)勢(shì)，而且我國(guó)發(fā)電主要靠煤炭，電解水的碳排放同樣超標(biāo)，因此目前談發(fā)展“綠氫”就失去意義了。

(氫氣制取成本以及碳排放)

而制氫的成本，同樣影響到氫燃料電池車在全生命周期的擁有成本（TOC）。TOC包括購(gòu)車成本以及使用成本，從消費(fèi)角度看，氫燃料電池車的滲透率能不能提升，關(guān)鍵還得看其TOC何時(shí)能做到和鋰電池車同一水平。一份研究報(bào)告表明，氫客車、重卡的TCO有望在2030年追上同款鋰電車型。而乘用車則稍遲一點(diǎn)，要到2040年。

（資料來源：課題組、車百智庫(kù)）

隨著電解槽、質(zhì)子交換膜技術(shù)的迭代更新，綠氫的制取成本將大幅下降，產(chǎn)量也隨之提升，目前我國(guó)氫氣年產(chǎn)量約為2600萬噸，預(yù)計(jì)到2060年能達(dá)到6000萬噸水平，其中綠氫占比也會(huì)達(dá)到70%。另外，國(guó)內(nèi)最大的燃料電池質(zhì)子交換膜生產(chǎn)基地（國(guó)家電投華中生產(chǎn)基地）也將在明年投入使用，預(yù)計(jì)到2024年能生產(chǎn)10萬平方米質(zhì)子交換膜，供1萬套燃料電池堆使用。當(dāng)然除了國(guó)家隊(duì)之外，還有許多民企也參與到質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)當(dāng)中，例如東岳氫能150萬平米生產(chǎn)線第一期工程已經(jīng)投產(chǎn)、東材科技年產(chǎn)50萬平米的生產(chǎn)線也在投建當(dāng)中。

上游產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后，都是為了爭(zhēng)取燃料電池車TOC能早一日與電動(dòng)車持平。

那作為下游的車企，又有誰在做，做什么呢？

「氫能商用車，誰在做？」

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前參與到氫燃料電池客車、重卡研發(fā)、生產(chǎn)的車企包括宇通客車、江鈴重汽、北汽福田、東風(fēng)商用車、飛馳汽車等等。

宇通客車在2009年就開始了燃料電池汽車的研發(fā)，它也是我國(guó)首家通過燃料電池商用車資質(zhì)認(rèn)證的企業(yè)，目前其燃料電池車型已經(jīng)發(fā)展到第四代，內(nèi)置了60kW燃料電池系統(tǒng)，10分鐘補(bǔ)氫便能換來500km的續(xù)航。值得一提的是，宇通客車交付給河南鄭州的223輛氫燃料電池公交車已經(jīng)累計(jì)安全行駛超過600萬公里，這也是國(guó)內(nèi)目前為止最好的記錄。

（100輛宇通氫能巴士在冬奧會(huì)期間投入運(yùn)營(yíng)）

江鈴重汽在2020年年初與海智迪汽車有限公司簽下訂單，為后者交付20輛江鈴?fù)垰淙剂现乜?。這款重卡配備95kW燃料電池組，滿載情況下續(xù)航里程達(dá)到400km以上，而且補(bǔ)氫時(shí)間也在10分鐘以內(nèi)。

北汽福田上年年中發(fā)布了32噸氫能重卡，其燃料電池輸出功率達(dá)到109kW，電堆為國(guó)內(nèi)自主研發(fā)。還有歐輝BJ6852氫能客車，具備500km的續(xù)航里程。

東風(fēng)汽車自主研發(fā)的12噸氫物流車在今年9月正式登陸工信部《道路機(jī)動(dòng)車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品》（第346批），這款車搭載了東風(fēng)自主研發(fā)的80kW燃料電池，滿氫狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)600km的續(xù)航，目前12噸版本已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)，8噸、18噸也陸續(xù)投入運(yùn)營(yíng)。