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氫:能源不可承受之“輕”

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年04月20日  

首先以我們熟悉的氫燃料電池車為例:或許我們從很多渠道都聽說了氫燃料電池車的種種優勢,比如加注燃料快,最終排放產物只有水等等……但是在車云菌看來,氫燃料電池車很難說是完全徹底的新能源車,因為它需要不同程度地依賴傳統燃油車的基礎設施建設,同時還不能脫離電動車技術獨立存在。

對氫燃料電池車來說,它也需要固定的氫燃料加注場所,這就跟燃油車需要加油站一樣,由于氫在中國屬于受管制的危化品,所以普通人接觸氫的方便程度其實比接觸汽油還要低。之所以對氫管制的如此嚴厲,是因為氫氣在空氣中的體積濃度只要介于4.0%~75.6%之間,遇火源就會爆炸——遠遠比汽油危險多了。

正是由于這種延續自燃油車的“續命方式”,使氫燃料電池車不能像電動車那樣,讓消費者自己在家就可以完成充電過程,而且加注燃料的過程也不能離開人在一旁監督,這無疑相比較于電動車有了一些不“新”的地方。

其次,氫燃料電池車本質上還是一輛電動車,它與電動車相同的地方,是二者都需要成熟的三電系統;不同的地方是,它把電動車掛在底盤下邊的那個大大的扁扁的電池組,變成了若干不同體積的高壓氫氣罐,并依靠一個燃料電池組,把氫氣通過化學反應變成水和電,并用生產出來的電來驅動車輛。

所以,從工作原理上來說,氫燃料電池車特別像一個增程式電動車,只是這輛車的動力系統中的汽油和發動機增程部分,分別變成了氫燃料電池車上的氫氣罐和燃料電池組。

這也意味著,氫燃料電池組的性能成為了這輛氫燃料電池車的“性能瓶頸”,眼下,韓國現代汽車的氫燃料電池車NEXO(下圖)的氫燃料電池組的功率設計為120kW,豐田Mirai和本田Clarity這兩款車的氫燃料電池堆的設計功率分別為114kW和100kW。

事實上,這個功率水平也就是眼下氫燃料電池車所能允許的性能極限了,如果想把氫燃料電池組的功率提高,那么隨之而來的重量和體積增加都是這些產品所不能承受的。

但最重要的,提高氫燃料電池組性能導致的成本上漲,將成為壓垮氫燃料電池車的“最后一板磚”,因為眼下的氫燃料電池組技術,都嚴重依賴“鉑”這種貴金屬來讓氫氣和氧氣產生的化學反應。

所以眼下提供給私人用戶的氫燃料電池車,是沒有所謂的高性能版本的,這一點就讓它相比于傳統的燃油車和電動車,看起來更接近一個概念化產品。

既然談到了“鉑”,我們就可以聊聊氫燃料電池車對這種金屬的依賴,將要帶給它的不確定性。

眼下,鉑的工業應用主要來自于汽車尾氣凈化劑、燃料電池汽車、平板玻璃等行業。有來自于網絡的數據顯示,2010年全球售出的245噸鉑當中,有113噸(46%)用于汽車催化轉換器的生產制造;76噸(31%)用于首飾;其余35.5噸應用在了投資、電極、抗癌藥物、氧傳感器、火花塞和渦輪引擎等方面上。

所以,如果燃料電池車開始大規模推廣的話,那么只要基礎燃料電池技術沒有革命性的優化,那就勢必推高鉑在國際市場上的售價(和燃油車爭奪鉑),從而把我們對石油的依賴轉移到了對貴金屬礦產資源的依賴上。

而鉑礦在全世界的分布卻極不均衡,根據網絡數據顯示,南非占世界鉑的總儲量的82.3%(目前發現的),因此這對于那些礦產資源稀缺的國家來說,確實不是一個好消息。

所以,眼下氫燃料電池車確實無力作為一個能獨當一面的新能源解決方案,在和傳統燃油車與新興電動車面對面叫板時,它能給制造商、行業和消費者帶來的收益也是可以忽略不計的(事實上現在還沒有誰可以在不依賴補助的前提下,通過制造和銷售氫能源車實現盈利)。

但是,如果把它看做是介于傳統燃油車和新興電動車之間的一個“補缺”型產品,它的存在意義就比較清晰明了了。

比如說,我們現在經常抱怨傳統燃油客車和貨車帶來的污染嚴重,但是想把這些污染大戶全部換成電動車又從技術角度來說很難說服客戶,因為惜時如金的物流服務供應商,可沒有那個公益心讓你把寶貴的時間花在給拖頭充電上。

但是如果讓氫燃料電池技術來解決這個,理論上就可以取得比較好的效果:一方面大型商用車輛的產品形態意味著它對氫燃料電池組的體積和重量不敏感,因此可以考慮采用對貴金屬不那么依賴的技術策略;同時,加注氫燃料方便,不需要背負笨重的電池組的優勢,又使氫燃料電池拖頭、大巴車相比純電動車具有先天優勢。

與此同時,氫氣作為一種優秀的儲能介質的特性,也意味著它比電更適合分布式發電系統的儲能需求,畢竟如果保存技術得當,氫氣可以像化石燃料一樣可靠儲存,但是電池就沒法做到這一點(會自然而然地跑電)。

因此,在那些偏遠地區,依靠氫作為能源儲存介質便是一個非常好的解決方案。事實上,豐田和本田在自己的氫燃料電池車的說明書中都會加這么一條——在必要的時候(日本多發地震,很容易導致區域性的停電),氫燃料電池車可以作為一個小型能源站來使用,所發的電可以供應一個家庭應急一定時間。

事實上,對氫氣的直接利用在航天領域早已有了成熟案例。美國每次發射航天飛機時用的火箭,使用的就是液氫液氧燃料(1:6的比例),這種燃料相比于液氧煤油、偏二甲肼等傳統火箭燃料,熱值更高,提供的比沖也更大,所以這也是氫能源吸引我們的一個重要因素。

基于以上所說的,車云菌想表達的意思是:氫能源作為一種從結果來看足夠清潔的能源形式,在發展的過程中更需要關注前端生產環節、流通環節帶來的能源耗費和環境污染,如果是為了生產足夠清潔的氫而浪費了大量的化石燃料則是非常不足取的。

同時,在氫燃料技術的推廣和迭代過程中,不能把它從傳統化石燃料體系與較新的電動技術體系中剝離出來,要尋找它能為傳統能源體系進行升級的機會,以及為電動體系彌補不足的可能,比如說像之前吵的沸沸揚揚的蔚來“奶媽車”,其中的燃油車角色如果換成燃料電池車,或許整件事看起來就不會那么違和了。

期待一個結構多元化的、清潔的能源社會能早日實現,車云菌覺得自己還是有機會能看到那一天的。

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