燃料電池是未來移動(dòng)出行的關(guān)鍵

電動(dòng)汽車正在加速發(fā)展，這對于減少由交通運(yùn)輸產(chǎn)生的二氧化碳排放至關(guān)重要。然而，對于需要長途運(yùn)輸、載重40噸的重型卡車，僅使用電池提供電力的運(yùn)行成本會(huì)怎樣呢？考慮到當(dāng)前技術(shù)條件下電池重量、較長的充電時(shí)間以及有限的行駛里程，電動(dòng)似乎并不是重型卡車的首選。然而，在不久的將來，憑借博世燃料電池動(dòng)力總成技術(shù)，即使是載重40噸的重型卡車也能以純電力驅(qū)動(dòng)模式行駛1000公里以上。當(dāng)使用可再生能源生產(chǎn)的氫氣作為動(dòng)力時(shí)，燃料電池動(dòng)力總成技術(shù)可以讓貨運(yùn)交通實(shí)現(xiàn)碳中和。博世目前正朝著這一方向邁出了第一步，即研發(fā)卡車專用的燃料電池動(dòng)力總成技術(shù)、并計(jì)劃于2022年至2023年間開始量產(chǎn)。燃料電池在于卡車應(yīng)用成功之后，博世將擴(kuò)展其在乘用車的應(yīng)用。這無疑將使它們成為未來動(dòng)力總成產(chǎn)品中不可或缺的部分。

為什么燃料電池和氫能源是未來移動(dòng)出行的關(guān)鍵要素？這主要基于以下7大依據(jù)：

1.碳中和

在燃料電池中，氫氣會(huì)與周圍空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，釋放出的能量可轉(zhuǎn)化為電能用于驅(qū)動(dòng);該反應(yīng)還會(huì)產(chǎn)生熱能和水，水電解后將再次分離出氫氣和氧氣。電解的電通過可再生能源產(chǎn)生;在此條件下，燃料電池動(dòng)力可實(shí)現(xiàn)碳中和。尤其是對于中重型車輛而言，如果將它們在生產(chǎn)、運(yùn)行和排放過程中產(chǎn)生的二氧化碳相加，燃料電池汽車的總碳排放量將低于純電池動(dòng)力汽車。除儲(chǔ)氫罐外，燃料電池汽車僅需一個(gè)小容量電池用于緩沖儲(chǔ)存。這將大幅減少汽車生產(chǎn)過程中的碳排放。“燃料電池的優(yōu)勢恰恰是電池動(dòng)力總成的不足”，博世動(dòng)力總成解決方案事業(yè)部總裁Uwe Gackstatter博士解釋道，“這意味著燃料電池和純電池之間并不存在競爭關(guān)系;恰恰相反，它們可以實(shí)現(xiàn)完美互補(bǔ)。”

2.應(yīng)用前景

氫氣具有高的能量密度。一公斤氫氣的供能相當(dāng)于3.3升柴油。乘用車每百公里耗氫約1公斤，而載重40噸的重型卡車每百公里耗氫約7公斤。與柴油及汽油類似，一個(gè)空儲(chǔ)氫罐僅需幾分鐘就能加滿，讓汽車能夠繼續(xù)行駛。Gackstatter博士總結(jié)道：“燃料電池是每天需要長里程、重載運(yùn)輸汽車的首選。” 在由歐盟資助的H2Haul項(xiàng)目中，博世正在與其他公司合作，打造燃料電池卡車小型車隊(duì)，并將其投入使用。除了移動(dòng)出行領(lǐng)域，博世正在運(yùn)用固體氧化物燃料電池技術(shù)來開發(fā)固定應(yīng)用領(lǐng)域的燃料電池電堆。預(yù)期用途之一是在城市、數(shù)據(jù)中心和電動(dòng)汽車充電站建立小型分布式電站。要想實(shí)現(xiàn)巴黎氣候行動(dòng)目標(biāo)，除了在乘用車和商用車領(lǐng)域，火車、飛機(jī)和船舶也需要?dú)淠芴峁﹦?dòng)力。與此同時(shí)，能源和鋼鐵行業(yè)也正計(jì)劃使用氫能源。

3.效率

決定動(dòng)力總成是否環(huán)境友好以及其盈利性的因素之一在于效率。與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，燃料電池汽車的能量轉(zhuǎn)換效率高出25%。而利用制動(dòng)能量回收將進(jìn)一步提高這一比例。電池電動(dòng)汽車通過直接將電能儲(chǔ)存于車輛并用于提供動(dòng)力從而變得更高效。然而，能源的生產(chǎn)和需求并不一定總能在時(shí)間和空間上匹配。比如，風(fēng)能、太陽能發(fā)電廠所生產(chǎn)的電力由于缺乏應(yīng)用對象和難以存儲(chǔ)，往往變成廢電。在這方面，氫能具備獨(dú)特的優(yōu)勢，這些難以利用的電力可用于分布式生產(chǎn)氫氣，而氫氣可靈活存儲(chǔ)且易于運(yùn)輸。

4.成本

隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大、可再生能源發(fā)電價(jià)格的降低，氫能源的成本將大幅下降。由90多家國際公司組成的國際氫能委員會(huì)（The Hydrogen Council） 預(yù)計(jì)，氫能在很多領(lǐng)域的應(yīng)用成本將在未來十年間下降一半，從而更具競爭優(yōu)勢。博世目前正與初創(chuàng)公司Powercell合作，共同開發(fā)燃料電池的核心部件——電堆，并為未來的量產(chǎn)做好準(zhǔn)備。雙方的目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的解決方案。Gackstatter表示：“從中期來看，燃料電池汽車不會(huì)比傳統(tǒng)動(dòng)力總成汽車的價(jià)格更昂貴。”

5.基礎(chǔ)設(shè)施

如今，加氫站的覆蓋網(wǎng)絡(luò)暫未完善。在歐洲，約180個(gè)加氫站足以滿足一些重要運(yùn)輸路線的需求。多個(gè)國家的公司正通過合作的形式推進(jìn)加氫站的擴(kuò)充，并往往能夠獲得來自國家層面的補(bǔ)貼。在德國，政治家們也意識(shí)到氫能在經(jīng)濟(jì)“脫碳”中的重要作用，并將其納入國家氫戰(zhàn)略中。例如，到2020年底，H2 Mobility合資企業(yè)將在德國建立大約100個(gè)公共加氫站。而由歐盟資助的H2Haul項(xiàng)目不僅致力于燃料電池卡車車隊(duì)的打造，還將卡車路線上的加氫站也納入考慮范疇。日本、中國和韓國在加氫站也有全方位的支持計(jì)劃。

6.安全

相較于燃油車或是電池電動(dòng)車，氣態(tài)氫在車輛上的應(yīng)用相對來說更安全。儲(chǔ)氫罐不會(huì)增加爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。的確，氫氣與氧氣的結(jié)合燃燒且兩者的混合物超過一定比例時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生爆炸。但氫氣比空氣輕14倍，所以極易揮發(fā)。例如，車輛儲(chǔ)氫罐中逸出的氫氣，其上升速度快于與周圍氧氣發(fā)生反應(yīng)的速度。2003年，美國研究人員在對一輛燃料電池汽車進(jìn)行火燒試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生過一次閃火，但很快就熄滅了。車輛基本上未受損壞。

7.時(shí)機(jī)

氫氣生產(chǎn)是一種經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證且技術(shù)上較為簡單的過程。這意味著它可以迅速提高產(chǎn)量以滿足更高的需求。此外，燃料電池現(xiàn)已達(dá)到其商業(yè)化和廣泛使用所必要的技術(shù)成熟度。據(jù)國際氫能委員會(huì)所預(yù)計(jì)，只要有足夠的產(chǎn)業(yè)投資和政府推動(dòng)，氫經(jīng)濟(jì)能夠在未來十年間具備競爭優(yōu)勢。“現(xiàn)在正是邁入氫經(jīng)濟(jì)的時(shí)機(jī)。” Gackstatter補(bǔ)充道。