基于車輛角度分析氫能源汽車行業(yè)現(xiàn)狀

吳垚　朱治宇

一、氫燃料電池汽車再獲重視 市場(chǎng)規(guī)模有望突破1萬(wàn)億

國(guó)家大力支持的氫燃料電池汽車，其實(shí)是燃料電池汽車的一種，另外還有甲醇、天然氣、乙醇燃料電池汽車等。目前，占比最大、最有大規(guī)模量產(chǎn)前景的就是氫燃料電池車（也叫氫能源汽車）。甚至可以說(shuō)，現(xiàn)階段在全球范圍內(nèi)談燃料電池汽車，基本就是指的氫燃料電池汽車。自國(guó)家開(kāi)始推廣新能源汽車以來(lái)，燃料電池汽車就受到了高度重視。

（一）國(guó)內(nèi)車企研發(fā)的氫燃料電池汽車

早在2009年出臺(tái)的《節(jié)能與氫能源汽車示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》中，就提出了由中央財(cái)政對(duì)燃料電池汽車進(jìn)行6-60萬(wàn)不等的成本差價(jià)補(bǔ)貼。隨后2011年的《中華人民共和國(guó)車船稅法》又規(guī)定燃料電池汽車與純電動(dòng)汽車、插混車一樣，享受免征車船稅的優(yōu)惠。在純電動(dòng)汽車補(bǔ)貼不斷退坡的當(dāng)下，氫燃料電池汽車則仍是寵兒。2018年，財(cái)政部、工信部、科技部、發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，規(guī)定燃料電池乘用車按搭載的電池額定功率進(jìn)行補(bǔ)貼，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為6000元/kW，上限為20萬(wàn)/輛;客車、貨車進(jìn)行定額補(bǔ)貼，依據(jù)車型大小補(bǔ)貼上限為30-50萬(wàn)/輛。

（二）財(cái)政部對(duì)燃料電池汽車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)

同年，《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》指出，到2030年，中國(guó)燃料電池汽車保有量要達(dá)到200萬(wàn)臺(tái)，加氫站數(shù)量達(dá)到1000座，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破1萬(wàn)億元。在國(guó)家的大力號(hào)召下，地方政府也積極響應(yīng)。補(bǔ)貼方面，多地政府實(shí)施與國(guó)補(bǔ)1：1的補(bǔ)貼政策，以某價(jià)值130萬(wàn)的氫燃料客車為例，經(jīng)過(guò)國(guó)家和地方各50萬(wàn)的補(bǔ)貼后，最終售價(jià)僅為30萬(wàn)。加氫站建設(shè)方面，地方政府也成為了補(bǔ)貼的主力軍。4月22日，六安市人民政府發(fā)布《關(guān)于大力支持氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)》，對(duì)不同加氫能力的加氫站進(jìn)行最高200萬(wàn)-400萬(wàn)的補(bǔ)貼。據(jù)國(guó)內(nèi)媒體報(bào)道，廣東佛山南海區(qū)單個(gè)加氫站最高可拿到800萬(wàn)的補(bǔ)貼。

二、現(xiàn)狀慘不忍睹 全球銷量不足1萬(wàn)臺(tái)

（一）2018年中國(guó)新能源汽車銷量

在新能源車內(nèi)部相比，2018年中國(guó)新能源汽車總銷量達(dá)125.6萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)汽車98.4萬(wàn)輛，插混汽車27.1萬(wàn)輛，氫燃料電池汽車占比不足0.12%，可謂是慘不忍睹。

（二）2016-2018年中國(guó)新能源汽車銷量

從歷史數(shù)據(jù)來(lái)看，2016年-2018年，中國(guó)氫燃料汽車銷量分別為629輛、1272輛、1527輛。而今年，作為氫燃料電池車發(fā)展提到新高度的一年，其3月份銷量?jī)H為86輛，整個(gè)第一季度總計(jì)銷售273輛。如果不考慮某月銷量大爆發(fā)等特殊情況（例如政府大單），今年總銷量也難有質(zhì)的突破。在車東西看來(lái)，氫燃料汽車發(fā)展緩慢的背后，是其面臨的技術(shù)研發(fā)困難、制氫成本高昂，以及用車不便三大困境。

三、技術(shù)研發(fā)困境：兩大核心零部件技術(shù)研發(fā)難度大

（一）高壓儲(chǔ)氫罐研發(fā)難度大

1.豐田70MPa高壓儲(chǔ)氫罐

由于“氫氣很輕”，其質(zhì)量能量密度很大。但反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果從單位體積燃?xì)忉尫诺哪芰縼?lái)看，氫氣的熱值是常見(jiàn)燃料里最低的，僅為12.74MJ/Nm^3，是甲烷的1/3，汽油的1/10。這就意味著，如果要釋放同樣的能量，汽車需要消耗巨量體積的氫氣，因而氫燃料電池車上都有高壓儲(chǔ)氫罐來(lái)壓縮儲(chǔ)存氫氣。車載高壓儲(chǔ)氫罐一般可以儲(chǔ)存6kg左右高壓氫氣，總體積在150L-200L上下，有些大的儲(chǔ)氫罐甚至?xí)D壓車內(nèi)空間，比如豐田Mirai的后排就只能乘坐兩人。

2.豐田Mirai結(jié)構(gòu)

在儲(chǔ)氫罐體積只能減小不能增大的情況下，儲(chǔ)氫壓力成為了重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。同等體積下，儲(chǔ)氫壓力升高一倍，儲(chǔ)氫量會(huì)增加50-70%，續(xù)航里程提升50%，但是成本會(huì)增加近7倍。目前中外儲(chǔ)氫罐技術(shù)差距主要集中在儲(chǔ)氫罐材質(zhì)上，包括內(nèi)襯、纖維纏繞層和過(guò)渡層材料。我國(guó)車載儲(chǔ)氫罐主流是金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶（Ⅲ型瓶），內(nèi)襯材料為金屬鋁，儲(chǔ)氫壓力為35MPa，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度（氫氣占儲(chǔ)氫罐總質(zhì)量的比重）在3%左右。

（二）氫燃料電池多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)還未突破

1.本田氫燃料電池

正如前文所言，燃料電池是燃料電池車最核心、成本最高的零部件，其也有質(zhì)子交換膜、鉑催化劑、雙極板三大部件需要突破。質(zhì)子交換膜被稱為氫燃料電池的心臟，它處于燃料電池正負(fù)極板的中間，起到了隔離其他離子，僅允許質(zhì)子通過(guò)的功能，同時(shí)還要隔離兩極反應(yīng)氣體，支撐兩側(cè)催化劑層，性能要求非常高。如此重要的電池“心臟”，卻一直被握在國(guó)外公司手心里，我國(guó)研發(fā)氫燃料電池的核心材料幾乎全靠進(jìn)口。質(zhì)子交換膜技術(shù)從上世紀(jì)60年代起就被美國(guó)杜邦公司壟斷，杜邦膜的價(jià)格約為 120 美元/kW，我國(guó)常用的燃料電池功率為35-50kW，以50kW燃料電池計(jì)算，一套燃料電池里，僅質(zhì)子交換膜的成本就高達(dá)4萬(wàn)元人民幣。

2.燃料電池結(jié)構(gòu)

質(zhì)子交換膜的兩側(cè)是鉑（Pt）催化劑，氫氣通到陽(yáng)極板后，在鉑催化劑的作用下，失去電子變成質(zhì)子，再通過(guò)質(zhì)子交換膜與另一側(cè)的氧原子結(jié)合生產(chǎn)水。難點(diǎn)在于催化劑只能用鉑，而鉑的價(jià)格非常昂貴，均價(jià)約200元/克，使用100克鉑的情況下，一套氫燃料電池所用鉑催化劑的成本近2萬(wàn)元。因此，降低催化劑中鉑的使用量，是降低電池成本的一大關(guān)鍵手段。

而目前，我國(guó)的低鉑催化劑技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段，離規(guī)模量產(chǎn)還有很長(zhǎng)的距離。

3.雙極板

除此之外，作為燃料電池的“骨架”，雙極板的工藝水平仍待突破。雙極板（Bipolar Plate，BP）又叫流場(chǎng)板，與膜電極層疊裝配成電堆，在燃料電池中起到支撐、收集電流、為冷卻液提供通道等作用，其質(zhì)量好壞直接決定了電池輸出功率和使用壽命。雙極板的三種材質(zhì)中，石墨板和復(fù)合板的技術(shù)已相對(duì)成熟，而金屬板因?yàn)槟艽蠓岣唠姵剌敵龉β?，近年?lái)成為了燃料電池的一大突破方向，仍待解決掉問(wèn)題是金屬板在電池環(huán)境下易受腐蝕，導(dǎo)致電池壽命較短。在燃料電池的零部件上，還有膜電極、膜加濕器、氫氣循環(huán)泵等關(guān)鍵技術(shù)有待突破，篇幅有限，不再一一贅述。

結(jié)語(yǔ)：

氫燃料電池車在曲折中前行如今，不可再生的化石燃料越來(lái)越少，同時(shí)全球?qū)剂系男枨髤s越來(lái)越大，在電動(dòng)汽車銷量迅速增長(zhǎng)，油耗、排放法規(guī)日益嚴(yán)格的情況下，全球化石燃料的總使用量不降反升。也就是說(shuō)，如今電動(dòng)汽車的增長(zhǎng)、可再生能源比例的增長(zhǎng)，僅抵消了人口和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所增加的能源需求。如果要進(jìn)一步緩解全球能源短缺的現(xiàn)狀，必須有更多的新能源汽車與可再生能源扛起重任，而氫燃料電池汽車與氫能源就是中國(guó)政府選擇的方向。