氫燃料電池客車發(fā)展的五大挑戰(zhàn)

 與傳統(tǒng)動力汽車相比，氫燃料電池利用化學反應(yīng)為汽車提供電能，動力顯得更持久，能效更高。

 氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化適合從商用車燃料電池技術(shù)起步，商用車燃料電池產(chǎn)業(yè)細分領(lǐng)域下xian邁出實質(zhì)性步伐的是燃料電池客車。

 目前國內(nèi)已經(jīng)有多家整車廠商推出氫燃料電池客車，分別是北汽福田、宇通客車、佛山飛馳、申龍客車、青年客車等。

 但氫燃料電池客車從整個產(chǎn)業(yè)鏈來看，還是有很多技術(shù)難題需要攻克，但大的挑戰(zhàn)還是在于整車成本。

 那么目前氫燃料電池客車還面臨著那些挑戰(zhàn)呢？

挑戰(zhàn)一：高昂的燃料電池系統(tǒng)的成本

 燃料電池系統(tǒng)的生產(chǎn)成本過高。目前燃料電池系統(tǒng)占整車成本的65%左右，而電堆成本又超過電池系統(tǒng)的60%，其中質(zhì)子交換膜、鉑催化劑等都造價不菲。

 此外氫氣容易滲漏，對密封性要求極為嚴格，維護困難、啟動需要預(yù)熱時間等都影響了燃料電池的商業(yè)化進程。

 氫燃料電池電堆成本下降空間主要來源以下幾方面：催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板。

 催化劑：目前主流是用貴金屬鉑，由于鉑資源稀有導(dǎo)致成本高。解決辦法一方面提升鉑鍍層技術(shù)、減少鉑用量；另一方面是研發(fā)新型催化劑代替，如今所有的替代品都處于實驗階段，還沒有有效可靠的解決方案。

 質(zhì)子交換膜：質(zhì)子交換膜具有足夠高的機械強度和結(jié)構(gòu)強度，以及膜表面適合與催化劑結(jié)合等性能。達到燃料電池汽車質(zhì)子交換膜使用要求的目前只有美國杜邦公司的Nafion質(zhì)子交換膜等少數(shù)幾家公司的產(chǎn)品。中國國內(nèi)裝配燃料電池所用的質(zhì)子交換膜主要依靠進口。

 雙極板：目前石墨雙極板是主流應(yīng)用，加工成本高，約占雙極板成本80%，同時加工時間長，限制了大規(guī)模供應(yīng)。

 但隨著關(guān)鍵材料國產(chǎn)化和電堆體積功率的提升，電堆成本可以大幅度下降，將從2020年的1000元/kW降低到2030年的150元/kW。

 另外燃料電池的輔助系統(tǒng)的批量制造，實現(xiàn)關(guān)鍵零部件包括空壓機、增濕器的批量化，燃料電池系統(tǒng)的成本可以大幅度下降。

 國家在節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖里面，規(guī)劃到2020年達到5000元/kW的成本，到2030年可以達到600元/kW。

挑戰(zhàn)二：較高的車載氫系統(tǒng)成本

 車載氫系統(tǒng)也是通過高度集成化和模塊化設(shè)計，還有關(guān)鍵部件的規(guī)模化和國產(chǎn)化生產(chǎn)，2020年車載氫系統(tǒng)的成本可以從3000元/kg降低到2030年的1800元/kg。如果儲存的氫氣是1kg的話，整個車載氫系統(tǒng)的成本是1800元。

 車載氫系統(tǒng)包括車載儲氫系統(tǒng)，目前高壓氫氣罐仍是主流，一般有35Mpa和70Mpa，一般是由碳纖維復(fù)合材料組成的新型輕質(zhì)耐壓儲氫容器：鋁內(nèi)膽外面纏繞碳纖維的材料。

 但這類高壓鋼瓶的主要缺點是需要較大的體積和如何構(gòu)筑理想的圓柱形外形；另外, 還需要解決閥體與容器的接口及快速加氫等關(guān)鍵技術(shù)。

 因此高壓壓縮儲氫容器還需要進一步發(fā)展。同時受限于氫氣本身的密度，其儲氫量很難大幅度的提高。

挑戰(zhàn)三：制氫儲氫運氫成本必須降低

 國內(nèi)氫氣主要用于工業(yè)生產(chǎn)，交通用氫可忽略不計。氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫、儲運和加氫等環(huán)節(jié)。

 根據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)純度≥99%的氫氣年產(chǎn)量約為700億m3，其中90%從各類含氫氣體中提純獲得，另有2%-4%通過電解水獲取。

 在氫氣儲存環(huán)節(jié)，主要方式有高壓氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)氫化物儲氫。液態(tài)氫儲罐和拖車已在國內(nèi)制造并應(yīng)用于航天領(lǐng)域，而管道氫氣輸送尚處于基礎(chǔ)研究階段。

 總體而言，小規(guī)模儲運有解決方案，但是規(guī)模化輸送還不成熟，需解決提高密度、減少蒸發(fā)、降低成本等問題。

 如果解決了制氫、儲氫、運氫等環(huán)節(jié)的問題，氫氣的成本自然會大幅度下降。目前低是40元/kg，隨著大批量規(guī)模化運氫，到2020年可以降低到20元/kg左右，終可以降低到2030年的9元/kg以下。

 挑戰(zhàn)四：加氫站成本必須降低

 截止到2017年12月，我國加氫站已有19座。國內(nèi)外運行的加氫站，基本都采用的是現(xiàn)場制氫加氫模式，避免了輸運環(huán)節(jié)諸多問題，也適應(yīng)現(xiàn)階段試點運行的少量需求。

 國內(nèi)加氫站建設(shè)成本超過1000萬元（200kg/天，不含征地成本和補貼），現(xiàn)場制氫價格40-50元。

 加氫站的成本非常高，并且重要的就是關(guān)鍵零部件，比如氫氣壓縮機和加氫機，這些大部分是通過進口的，隨著批量化和國產(chǎn)化可以大幅度降低加氫站的成本。

 現(xiàn)在一般2t以上的加氫站成本可以在1000萬元以上，2030年可以降到350萬元。

挑戰(zhàn)五：氫燃料電池客車營運成本必須降低

 如果氫燃料客車在營運過程中，其營運成本比插電式混合動力客車和純電動客車都高，那誰還愿意購買氫燃料電池客車？

 即便氫燃料電池客車（如12m)的整車成本降低到60萬元，但營運成本很髙，那誰又用得起？因此，必須降低氫燃料客車的營運成本也是面臨的大挑戰(zhàn)之一。

 市場調(diào)研數(shù)據(jù)表明，就插電式混合動力、純電動和燃料電池車的運營成本來看，插電式混合動力的百公里油耗是15L，電耗是66度電/100km，氫耗是7.5kg/100km。

 隨著氫耗、油耗和電耗的降低，成本都會降低，但是降低幅度快的是燃料電池的運營成本，終燃料電池的運營成本是可以降低到0.5元/km。

 未來如果燃料電池車大批量推廣應(yīng)用，它的運營成本到底能不能降到比現(xiàn)在純電動的運營成本還低？經(jīng)過專家測算，這個成本是可以達到的，時間其實可以隨著技術(shù)的加快而提前。

 專家預(yù)估到2030年，其成本比國家節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖里面的規(guī)劃低，終隨著氫耗和氫氣成本的降低，氫氣燃料客車的運營成本可以降到比純電動還低，不過需要相當長的一個時間過程。