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阻礙中國(guó)燃料電池發(fā)展的“三座大山”

總理參觀豐田,就像信號(hào)一般,給燃料電池技術(shù)提振了士氣。各界紛紛加大對(duì)燃料電池技術(shù)的重視。

燃料電池,是一種古老的電池技術(shù)。如果仔細(xì)追溯,其歷史比鉛酸電池還要久遠(yuǎn)。從分類上,燃料電池分成堿性燃料電池(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)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)等等。在車上使用的主流技術(shù),為質(zhì)子交換膜燃料電池,以下簡(jiǎn)稱PEMFC。

質(zhì)子交換膜燃料電池模擬圖

與其說(shuō)燃料電池是電池,不如說(shuō)燃料電池更像一臺(tái)發(fā)電機(jī)。所以也有人說(shuō)燃料電池是即水力發(fā)電、火力發(fā)電、核電之后的第四代發(fā)電系統(tǒng)。補(bǔ)充氫氣,即可續(xù)航,這和現(xiàn)在的燃油車加油的形式非常類似。因此,在形式上,相比鋰離子電池,燃料電池用于新能源汽車更加合適。

根據(jù)“第三代燃料電池技術(shù)”的要求,燃料電池電堆的功率密度要達(dá)到3.1kW/L,功率要求達(dá)到110kW以上,壽命達(dá)到5000小時(shí)……要在量產(chǎn)的前提下達(dá)到指標(biāo)要求,難度相當(dāng)大。有人說(shuō)制約國(guó)內(nèi)燃料電池技術(shù)發(fā)展的是關(guān)鍵材料,我同意,有人說(shuō)制約國(guó)內(nèi)燃料電池發(fā)展的是加工工藝,我也同意,但是,除此以外,讓我分享一下我心中燃料電池技術(shù)的三座大山吧。

第一座大山:氫偏見(jiàn)

氫氣,是一種易燃易爆的氣體,這是大部分人的認(rèn)識(shí)。實(shí)際也是這樣,氫氣的爆炸極限是4%到74%,非常寬泛。除此之外,氫氣管道還有一個(gè)特別危險(xiǎn)的現(xiàn)象:氫脆。氫脆可以認(rèn)為是氫氣對(duì)鋼材的一種腐蝕,導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋甚至斷裂。

這讓大家有點(diǎn)聞氫色變。

德國(guó)PO公司生產(chǎn)的高壓氫氣罐

但是,我想問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題:氧氣瓶是否安全?

以下一些關(guān)于氧氣可能造成的傷害:

氧氣是強(qiáng)氧化劑,增加氧的純度和壓力會(huì)使氧化反應(yīng)顯著地加劇。物質(zhì)的燃點(diǎn)也會(huì)隨著氧氣壓力的增加而降低。

當(dāng)壓縮純氧與礦物油、油脂或細(xì)微分散的可燃粉塵(炭粉、有機(jī)物纖維等)接觸時(shí),由于劇烈的氧化升溫、積熱而能夠發(fā)生自燃,構(gòu)成火災(zāi)或爆炸的條件。

氧氣幾乎能與所有可燃性氣體和蒸氣混合而形成爆炸性混合物,這種混合物具有較寬的爆炸極限范圍,多孔性有機(jī)物質(zhì)(炭、炭黑、泥炭、羊毛纖維等)浸透了液態(tài)氧(所謂液態(tài)炸藥),在一定的沖擊力下,就會(huì)產(chǎn)生劇烈的爆炸。

一瓶氧氣的安全隱患,也許并不比一瓶氫氣小,但是對(duì)于氧氣的態(tài)度,我們似乎寬容的多。一些地方,使用氧氣的審批流程,也相對(duì)簡(jiǎn)單。

談氫色變的背后,也許隱藏著一種對(duì)氫氣認(rèn)識(shí)上的“偏見(jiàn)”。

第二座大山:氫產(chǎn)業(yè)鏈

日本,豐田Mirai的故鄉(xiāng)。以目前看,說(shuō)Mirai是當(dāng)前最好的燃料電池汽車,也不為過(guò)。為什么它在日本誕生?我相信一點(diǎn),一個(gè)地區(qū),使用什么樣的能源形式,與當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu),有非常密切的關(guān)系。

豐田Mirai

根據(jù)《第三次工業(yè)革命》一書中的觀點(diǎn),氫能是未來(lái)五大能源支柱之一。這對(duì)當(dāng)今的能源結(jié)構(gòu),是一場(chǎng)顛覆式的革命。需要重構(gòu)一條極長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈條:氫氣的獲得、提純,儲(chǔ)運(yùn)、加氫終端的建設(shè)等等。

有人說(shuō),國(guó)內(nèi)發(fā)展氫能,有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),可以和太陽(yáng)能、風(fēng)電這些可再生能源結(jié)合,提高可再生能源的利用率。也有說(shuō),可以利用石化領(lǐng)域副產(chǎn)氫,再提純,降低制氫成本。

這些都是好想法。但是可再生能源的發(fā)電成本并不是零,而各個(gè)石化企業(yè)的副產(chǎn)氫,也大概都有自己的使用場(chǎng)景。所以,僅氫源一項(xiàng),要找到一條可行的路徑,便需要大量的工作。

這就會(huì)有一個(gè)問(wèn)題,是先有蛋,還是先有雞?是先打造氫產(chǎn)業(yè)鏈,還是先開(kāi)發(fā)燃料電池技術(shù)?

上海安亭加氫站

如果把能源,分成生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、消費(fèi)、再生四個(gè)環(huán)節(jié)的話,那么新能源汽車只是消費(fèi)環(huán)節(jié)之中一個(gè)要素。如果僅以新能源汽車來(lái)影響能源四環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu),既動(dòng)力不足,又有極大的風(fēng)險(xiǎn)。因此,真正要打造氫產(chǎn)業(yè)鏈,絕不是建幾個(gè)加氫站這么簡(jiǎn)單,要在整體能源結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整。

第三座大山:氫人才

2015年,燃料電池技術(shù)開(kāi)始回暖,2017年,燃料電池技術(shù)爆發(fā)式增長(zhǎng)。從業(yè)者的薪水,也是水漲船高。

這背后隱藏著一個(gè)原因:燃料電池技術(shù)人才在當(dāng)下高速發(fā)展的前提下,儲(chǔ)備不足。

一個(gè)原因,國(guó)內(nèi)培養(yǎng)燃料電池人才的高校,主要有大連化學(xué)物理所,武漢理工大學(xué),同濟(jì)大學(xué),上海交大等等。每年畢業(yè)生(研究生以上)數(shù)量相比高速發(fā)展的行業(yè),非常有限。而應(yīng)屆畢業(yè)生,也因?yàn)槿鄙賹?shí)際的工程經(jīng)驗(yàn),和企業(yè)對(duì)人才的要求有一些差距。

另一個(gè)原因,早年燃料電池從業(yè)者,因?yàn)樾袠I(yè)下行,其中一些已經(jīng)轉(zhuǎn)入鋰電池、液流電池等相關(guān)行業(yè)。去年,我曾在北京的一家測(cè)試設(shè)備實(shí)驗(yàn)中心中,見(jiàn)到了一位實(shí)驗(yàn)室主管。她曾經(jīng)是一名燃料電池行業(yè)的從業(yè)者,2011年,離開(kāi)了燃料電池行業(yè)。

相比技術(shù)的投入,人才培養(yǎng)更需要時(shí)間。無(wú)人可用,確實(shí)是目前燃料電池企業(yè)的尷尬之處。而按照目前的發(fā)展勢(shì)頭,這樣的局面會(huì)在一定時(shí)期內(nèi)一直存在。

資本可以幫助企業(yè)、行業(yè)發(fā)展,但是上述三座大山,資本便無(wú)能為力了。燃料電池能走到哪里,現(xiàn)在很難說(shuō)。我們能做的,只有靜心觀察。


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