氫燃料汽車的現(xiàn)在與未來(lái)

●圍剿燃料電池系統(tǒng)的瓶頸

燃料電池作為FCEV的動(dòng)力是其核心組成部分，某種程度說(shuō)燃料電池的創(chuàng)新水平，將決定著FCEV的產(chǎn)業(yè)化歷程。

有人以為燃料電池以“燃”字當(dāng)頭，是否由于燃燒資源而獲取能量的，其實(shí)不是，燃料電池是依賴其裝置中的氫氣和吸取空氣中的氧氣，通過化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。

當(dāng)代，燃料電池按照其電解質(zhì)，工作溫度和不同用途，劃分為五種類別產(chǎn)品。即堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，在FCEV上幾乎全部應(yīng)用質(zhì)子交換膜燃料電池。這是因?yàn)椋核臒豳|(zhì)量效率高，在理論上達(dá)83%，實(shí)際上已接近70%，它的電堆層面均是固體結(jié)構(gòu)，在車載各種條件下，和整車相應(yīng)結(jié)構(gòu)變形時(shí)，不受振動(dòng)因素影響;它相對(duì)于其他燃料電池的工作溫度是最低的，處于40-80℃之間，對(duì)車輛的環(huán)境適應(yīng)性好;多少年來(lái)的創(chuàng)新努力，其關(guān)鍵的材料和零部件質(zhì)量與水平已取得突破性進(jìn)展，應(yīng)用條件趨于成熟，成本大大下降，很有利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

對(duì)PEMFC來(lái)說(shuō)當(dāng)前最為突出的核心技術(shù)。如碳載體的催化劑是構(gòu)成燃料電池應(yīng)用的離子導(dǎo)電性，電池密度強(qiáng)度，電化學(xué)的效率和穩(wěn)定性，以及電堆壽命有著很大關(guān)系，而催化劑上多用貴金屬，如鉑、釕，開始時(shí)，這已是四、五十年前時(shí)候，鉑用量是5mg/cm2，到上世紀(jì)90年代降到0.5mg/cm2，當(dāng)前更進(jìn)一步的降到0.2mg/cm2，日本業(yè)界稱他們的PEMFC鉑用量可降至0.1mg/cm2，這已和內(nèi)燃機(jī)排放三元催化器鉑用量相等同，近來(lái)美國(guó)業(yè)界稱擬研發(fā)不用貴金屬，用一種石墨烯或二硫化鉬材料替代，成本可大量下降，對(duì)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用很必要;如質(zhì)子交換膜，在電化學(xué)的應(yīng)用上和催化劑性質(zhì)有很多相同之處，同樣構(gòu)成關(guān)鍵因素，它和其他燃料電池的電源隔膜很大不同，它不只是一種隔膜材料，更是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)的基底，通常的電池隔膜是屬于多孔的，而質(zhì)子交換膜是一種可選擇性透過膜，幾乎為國(guó)際上膜企業(yè)所壟斷。近日開展的汽車論壇上，專家認(rèn)為我國(guó)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池有了很大進(jìn)步，但關(guān)鍵材料和零部件的國(guó)產(chǎn)化率還低，現(xiàn)在在50%左右，力爭(zhēng)2020年達(dá)到70%，我們?cè)谝恍╆P(guān)鍵的材料和零部件上還處于“新手”狀況，急需提升。

當(dāng)前我們的FCEV已經(jīng)歷了不短時(shí)段堅(jiān)苦努力，在科技上有了很大進(jìn)步，但在產(chǎn)業(yè)總體上仍處于萌芽狀況，專家認(rèn)為不要再犯慢步走毛病，跟隨著、分散化、同質(zhì)化老毛病，則有可能會(huì)陷入“中等收入陷阱”中，這樣可能對(duì)FCEV發(fā)展很不利。為此我們要認(rèn)真學(xué)習(xí)習(xí)總書記關(guān)于科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的重要論述。習(xí)總書記說(shuō)“我們必須認(rèn)識(shí)到，從發(fā)展主導(dǎo)國(guó)家命運(yùn)的決定 性因素是社會(huì)生產(chǎn)力，和勞動(dòng)生產(chǎn)率，只有不斷的進(jìn)行科技創(chuàng)新，不斷的解放社會(huì)生產(chǎn)力，不斷的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康的發(fā)展，避免陷入“中等收入陷阱”。這很深切的告訴我們，創(chuàng)新科技目的是要加快轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力。為了加速發(fā)展我們的FCEV事業(yè)，必須緊緊抓住科技創(chuàng)新的“牛鼻子”，從氫能和燃料電池的核心帶，從FCEV整體的產(chǎn)業(yè)鏈特色和國(guó)情出發(fā)，大力加強(qiáng)科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力，大力加強(qiáng)對(duì)材料和核心零部件的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用，使之盡快盡好的把科技轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力和社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率上，這也可以說(shuō)是實(shí)行FCEV發(fā)展供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

這樣，我們?cè)O(shè)想是參照電動(dòng)車“三縱、三橫技術(shù)路線”，進(jìn)一步實(shí)施“三縱、三橫、三平臺(tái)的FCEV產(chǎn)業(yè)化路線”上。更多的從商業(yè)模型，也可能說(shuō)是系統(tǒng)工程模型上，思考FCEV的戰(zhàn)略、策略，從整體上有效控制和實(shí)施FCEV產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的路線圖。

這里“三縱”是指：純氫能燃料電池汽車，甲醇燃料電池汽車和氫電混合燃料電池汽車，這是當(dāng)前構(gòu)成FCEV的基本結(jié)構(gòu)車型;“三橫”是指：質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，電控

這里“三縱”是指：純氫能燃料電池汽車，甲醇燃料電池汽車和氫電混合燃料電池汽車，這是當(dāng)前構(gòu)成FCEV的基本結(jié)構(gòu)車型;“三橫”是指：質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，電控及安全控制系統(tǒng)和關(guān)鍵材料和零部件系統(tǒng)，這是構(gòu)成FCEV核心技術(shù)運(yùn)作方向和基礎(chǔ)研發(fā)和應(yīng)用的要害;“三平臺(tái)”是指：國(guó)家政策引導(dǎo)和支持平臺(tái)、新型FCEV整體設(shè)計(jì)和智能化融合發(fā)展平臺(tái)和社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)平臺(tái)。在FCEV初期平臺(tái)，作用至關(guān)重要，是FCEV走向規(guī)范化發(fā)展內(nèi)涵的重大要素，這樣“三縱、三橫、三平臺(tái)”構(gòu)成了新型FCEV產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)工程架構(gòu)，具有綜合、生態(tài)、包容、開放、融合、可控、集成、動(dòng)態(tài)、重組、突變的能力，對(duì)建立FCEV的實(shí)體經(jīng)濟(jì)實(shí)力，建設(shè)自主品牌力，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有現(xiàn)實(shí)的可操作指導(dǎo)意義。

●氫能經(jīng)濟(jì)社會(huì)的曙光

在上世紀(jì)70年代初，世界上發(fā)生了第一次石油危機(jī)，在美國(guó)許多汽車因缺石油停駛了，電廠停電了，對(duì)人們生活和社會(huì)影響很大，于是美國(guó)通用汽車公司提出 “氫經(jīng)濟(jì)”概念，設(shè)想汽車能不能不用石油，而用氫能。在近半個(gè)世紀(jì)來(lái)氫能得到了巨大發(fā)展，即使當(dāng)前對(duì)氫能應(yīng)用還有許多重大困難，但氫能運(yùn)行的科技和生產(chǎn)力都得到全世界，包括聯(lián)合國(guó)的認(rèn)可，這成為新興能源歸宿的規(guī)律。在新世紀(jì)，人們不僅是對(duì)石油資源很感緊張，即使發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣或是海底可燃冰，但總有用完的日子，更重要的是汽車的石油能源的大量燃燒排放出毒氣，形成對(duì)社會(huì)上污染，一氧化碳，碳?xì)浠衔?，氮氧化物和PM2.5，以及汽車的二氧化碳排放，問題越來(lái)越突出，因此，使人們的生活和生產(chǎn)受到越來(lái)越重的傷害。舉個(gè)例子，一輛汽車每燒3.8升汽油，將向空氣排放42.3公斤二氧化碳，現(xiàn)世界上有12億輛汽車，2030年將達(dá)到23億輛汽車，如果不加嚴(yán)格治理，促使兩極的雪快速融化，有些海洋小島國(guó)家已經(jīng)被淹沒，跑出逃命，再就是多少年份后，海水上漲，包括紐約、東京、倫敦、上海……城市也會(huì)被海水淹沒，地球氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)，這已成為全世界各個(gè)國(guó)家的共識(shí)。去年在巴黎召開的全球氣候會(huì)議，通過了《巴黎氣候協(xié)議》，有170多國(guó)家確認(rèn)，這是繼《京都議定書》之后，第二份具有國(guó)際性法律約束的歷史性協(xié)定，中國(guó)提出按《共同但有區(qū)別責(zé)任原則》，堅(jiān)決執(zhí)行協(xié)議精神和組織實(shí)施。俗話說(shuō)：“人無(wú)遠(yuǎn)慮，必有近憂”，而正是氫為替代石油找出一條出路，很現(xiàn)實(shí)的路子，盡管困難相當(dāng)?shù)拇?，?ldquo;氫經(jīng)濟(jì)”步代迎難而上，也就順理成章了。