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新风向初芽 氢能源汽车能否扛起碳中和的大旗?

来源:荣格-《国际汽车设计与制造》 发布时间:2021-04-06 1491
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碳中和是一种新型绿色发展理念,通过植树造林、产业结构调整等减少和抵消碳能源的消耗,实现排放量和吸收量的平衡,从而达到“零排放”。

元年,这个词表达了人们对某个事物的看好之情,透着一股“从今开始,轰轰烈烈”的冲劲。尤其在新能源汽车行业,在经历“2008启程元年”、“2014发展元年”、“2018交付元年”、“2020爆发元年”后,一个首次写入政府工作报告的名词——“碳中和”接过大旗——我们迎来了2021碳中和元年。


碳中和是一种新型绿色发展理念,通过植树造林、产业结构调整等减少和抵消碳能源的消耗,实现排放量和吸收量的平衡,从而达到“零排放”。在刚刚结束的全国两会上,碳中和被首次写入政府工作报告。


有趣的是,之前连续7年出现在政府工作报告中的新能源汽车(2017年中称“清洁汽车”),今年却只字未提。

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(左)付强爱,驰汽车联合创始人兼董事长
(中)毛宗强,国际氢能协会副主席、清华大学核能与新能源技术研究院教授
(右)林琦,重塑科技董事长兼CEO


这两则变化释放了怎么样的信号?
首先,2030年前实现“碳达峰”、2060年实现“碳中和”——目标代表了国家对各领域低碳转型提出了更高的要求。其次,经历多年发展,以电能为主的新能源汽车行业已趋于规范,在政策法规的引导下,电动汽车的技术研发、市场扶持、升级创新等都在有条不紊地持续进行中。对此,我们是否能理解为——在更大的发展理念和目标驱动下,国家正在寻找、扶持更环保、更具持续发展潜力的新能源(非电力)?


答案肯定的,但具体到执行中,又必须从两个角度进行思考:
1、电动汽车如何实现碳中和目标?
2、如果仅凭电动汽车无法完成目标,有没有其它环保能源能扛起重任?
数据显示,2021年前两个月,新能源汽车产销分别完成了31.7万辆和28.9万辆,同比分别增长3.9倍和3.2倍。至2020年2月,新能源汽车已经连续八个月刷新当月产销历史记录。尽管中国新能源汽车增长强劲,但从不久前国务院办公厅正式发布的《2021-2035中国新能源汽车产业发展规划》中,我们又看到了不同的信号。


与之前公布的征求意见稿相比,正式规则中对以下两点做出了修改:
1、正式规划中将平均电耗从11千瓦时/百公里放宽到了12千瓦时/百公里。
2、2025年新能源汽车新车销售量占汽车新车销售总量的比重由意见稿中的25%下降至正式规则中的20%。
这两项核心指标的下调表现出更稳健、更切实际、更可行的策略。但中国汽车工业协会数据显示,2020年我国汽车累计销量达2531.1万辆,其中新能源汽车总销售136.7万辆新车,占比仅为5.4%。这意味着,新能源汽车新车销量占比想要在短短5年内从5.4%飞升至20%,并非易事。


此外,如果加上发电和车辆制造时的碳排放,要实现汽车行业的碳中和目标,电动车是远远不够的——这就给其它高端新能源的崛起留下了突破空间。《规划》中也提到“加强氢燃料安全研究,强化全链条安全监管”,这些内容都说明了氢能源越来越受到国家、市场的关注和支持。

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为什么氢能是下一个新能源风口?
电能曾被认为是汽车的未来动力,但漫长的充电时间使得人们渐渐想要探索更高效的充能方法。油电混合动力车的出现也只是减少但无法摆脱对石油的依赖。因此,即便在全球都着重发展电动汽车的当下,中国也没有完全押注在电动车上。氢动力燃料电池的出现,让新能源汽车有了新的发展方向,让中国看到了更多可能。
氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具,排放出的是纯净水,具有无污染、零排放、储量丰富等优势。
尽管与电动汽车相比,氢能源汽车有着充能时间短,与燃油车加油时间相当;受极端天气影响小;寿命长、更可靠等优点。但作为新起之秀,氢能源汽车不可避免的遇到了“前辈”电动汽车发展初期相似的困境:1、综合能量转化率低;2、加氢站建设从零起步;3、氢燃料电池技术难度大。


虽然我国已经有了从无到有打造纯电动汽车产业链的经验,但氢能源汽车的发展并非简单的行业复制。先不论基础设施的建设成本,在现有加油站、充电桩的空间内新增加氢设备,无疑要直接面对油老大、电老大的围剿。更难的是,在技术和成本较高的今天,要让氢能源汽车成功落地,需要政策、车企、配套设施的多方配合。

政策指路,十四五加码推动氢能源发展
《中国制造2025》、《节能与新能源汽车技术路线图》、《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》中提出了2020-2030年加氢站建设的规划,计划在2030年实现100万辆氢能源汽车上路的目标。2020年3月《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》提出,要在2年内对氢能立法,规范、加速氢能源汽车的有序发展。此外,各地政府大力响应国家号召,目前已经有30多个省市出台地方推进政策。


国际氢能协会副主席、清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强认为:我国西部有着丰富的光伏资源,利用可再生能源电解制氢潜力大,具有得天独厚的原料优势。在2020年中国汽车工程协会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中,我们可以看到,中国氢能源汽车的性能指标与国际氢能源汽车相比差距并不大。今年1月份我国已经建成61座加氢站,在设计、建设的有84座,从政策到原料到落地,都在为氢能源汽车的上路助力。

紧跟风口,国内外大厂深入抢占氢能源市场
早在政策指导之前,国内外汽车大厂就瞄准了氢能源市场。随着利好政策的不断出台,企业也加大了在氢能源汽车上下游市场的布局。


去年4月,丰田公司和清华大学建立了氢能电池研究院,并于今年成立联合燃料电池系统研发(北京)有限公司。2017年11月21日,潍柴动力与德国博世集团在德国签订了战略合作签订。之后,潍柴动力与巴拉德立项在中国山东省成立合资公司,年产2万套燃料电池发动机工厂运行。


潍柴在山东部署了超过200辆的燃料电池车,行驶了130万公里以上。东风汽车、一汽解放、江铃汽车等相继跟进,推出多款氢能源重卡。现代企业计划于2030年在中国市场发布30000万燃料电池卡车。


中国的氢能汽车市场巨大,在开放的对外政策引导下,通过国际合作,大量国际企业正在开拓中国市场,许多中国企业也走出国门,在欧洲、阿拉伯等国家和地区开拓氢能市场。可以说,氢能源汽车行业将迎来前所未有的发展机遇。

车企:加强科技创新,为产业化落地打下坚实基础
氢能源汽车能否成为未来马路上新的风景线,归根结底还要看车厂能否造出合格的氢能源汽车。


目前,制约氢能源汽车发展的难题主要有以下几类:
1、成本。目前氢燃料电池系统和储氢系统占据整车成本的65%,远高于纯电动汽车的电池成本占比。氢燃料电池车对氢气的纯度要求非常高,通常无法使用成本较低的化石燃料制氢或工业副产物制氢,只能靠成本最高的水电解制氢法。
而电池催化剂是比黄金还贵的金属铂,成本较高。寻找可替代的低价催化剂,将决定着氢能源汽车的最终售价。
2、安全性。加氢安全、储氢安全、氢泄露和碰撞安全是氢燃料电池汽车不得不考虑的问题。
3、控制系统。氢燃料电池汽车是一个复杂的汽车系统,有诸多控制环节需要优化:
●  电池:是一个多输入、多输出的非线性时变系统,会受进气压力、温度、湿度、电流密度等多种因素的影响,恰当的控制策略依然是未来很长一段时间内的研究课题。
●  冷启动:极端气温下,燃料电池会出现结冰现象,破坏电堆结构,影响电堆寿命。必须在保护电堆的前提下缩短冷启动时间。
●  整车控制:氢燃料电池汽车约等于一台增程式电动汽车,只是用燃料电池代替了发动机。由于燃料电池效率随负载变化、功率响应较慢等等原因,导致在整车动力性、经济性优化控制上依然存在较大提升空间。
除了这些技术难题,在车企看来,光做好这些是不够的,还必须满足智能时代,市场、用户对汽车的要求。
爱驰汽车联合创始人兼董事长付强认为,在“十四五”规划中,科技创新被放在了核心地位,技术进步、生态演变、价值链重塑等变革要素早已成为新能源汽车产业的发展特色。汽车被重新定义,从单一的石化能源驱动的交通工具,逐步转化为新能源驱动的移动智能终端。生产方式正逐步走向产业分工模式,分化成为移动终端科技公司、硬件设备制造商和出行服务运营商等。最终,车企不再单纯依赖于经销商,其会通过线上APP和智能座舱直面消费者。


配套企业:助力氢能源汽车落地,未来可期
为助力氢能源汽车腾飞,相关零部件企业也在积极蓄力。燃料电池技术提供商重塑科技董事长兼CEO 林琦认为,2020-2030 年将是氢能和燃料电池产业发展的黄金十年。


在他看来,自2015年丰田向全球推出第一款量产的燃料电池乘用车以来,燃料电池的技术难题和工程难题取得诸多突破,并且随着氢能应用在全球的发展趋势逐渐明朗,商业化的场景逐渐实现落地,燃料电池汽车将进入规模化发展的新阶段。林琦还表示,在这一阶段,需要全产业链上下游在多个方面密切合作,包括构建规模化的制氢用氢的绿色能源体系;完善满足应用需求的基础设施建设;开发和验证可持续的商业化场景;以及突破产品和技术开发的关键问题。以上都离不开政府的支持,目前包括中国、日韩、北美、欧洲等都相继发布推动氢能产业和燃料电池技术发展的路线图,为产业发展迎来下一个阶段做好充足的准备。

结语
正如中国工程院院士、英国皇家工程院院士、教授陈清泉先生所描述的那样:汽车革命将推动第四次工业革命。新能源汽车的健康发展需要创新、政策、市场的有力驱动,更要在好的产品、好的基础设施、好的商业模式下,实现交通网、能源网、信息网、人文网的四网合一。2021年是“十四五”开局之年,也是推动“碳达峰、碳中和”目标达成的关键时期。氢能作为实现脱碳的重要解决方案,在实现这一美好愿景中发挥着重要作用。得益于技术进步、规模化推广和政策支持,氢能及燃料电池产业链将日益完善,并进入快速发展轨道。尽管氢能源汽车的崛起之路任重而道远,无论它是否能扛起碳中和的大旗,背后展现出的其实是中国汽车人孜孜不倦,拼搏奋斗在环保、科技、以人为本、绿色出行解决方案的战场的身姿。
加油,中国氢能源汽车产业!



来源:荣格-《国际汽车设计与制造》



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