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燃料电池是未来移动出行的关键

发布日期:2020-09-05  浏览次数:109
核心提示:德国斯加图特——电动汽车正在加速发展,这对于减少由交通运输产生的二氧化碳排放至关重要。然而,对于需要长途运输、载重40吨的重型卡车,仅使用电池提供电力的运行

德国斯加图特——电动汽车正在加速发展,这对于减少由交通运输产生的二氧化碳排放至关重要。然而,对于需要长途运输、载重40吨的重型卡车,仅使用电池提供电力的运行成本会怎样呢?考虑到当前技术条件下电池重量、较长的充电时间以及有限的行驶里程,电动似乎并不是重型卡车的首选。然而,在不久的将来,凭借博世燃料电池动力总成技术,即使是载重40吨的重型卡车也能以纯电力驱动模式行驶1000公里以上。当使用可再生能源生产的氢气作为动力时,燃料电池动力总成技术可以让货运交通实现碳中和。博世目前正朝着这一方向迈出了第一步,即研发卡车专用的燃料电池动力总成技术、并计划于2022年至2023年间开始量产。燃料电池在于卡车应用成功之后,博世将扩展其在乘用车的应用。这无疑将使它们成为未来动力总成产品中不可或缺的部分。


  为什么燃料电池和氢能源是未来移动出行的关键要素?这主要基于以下7大依据:


  1、碳中和


  在燃料电池中,氢气会与周围空气中的氧气发生反应,释放出的能量可转化为电能用于驱动;该反应还会产生热能和水,水电解后将再次分离出氢气和氧气。电解的电通过可再生能源产生;在此条件下,燃料电池动力可实现碳中和。尤其是对于中重型车辆而言,如果将它们在生产、运行和排放过程中产生的二氧化碳相加,燃料电池汽车的总碳排放量将低于纯电池动力汽车。除储氢罐外,燃料电池汽车仅需一个小容量电池用于缓冲储存。这将大幅减少汽车生产过程中的碳排放。“燃料电池的优势恰恰是电池动力总成的不足”,博世动力总成解决方案事业部总裁Uwe Gackstatter博士解释道,“这意味着燃料电池和纯电池之间并不存在竞争关系;恰恰相反,它们可以实现完美互补。”


  2、应用前景


  氢气具有高的能量密度。一公斤氢气的供能相当于3.3升柴油。乘用车每百公里耗氢约1公斤,而载重40吨的重型卡车每百公里耗氢约7公斤。与柴油及汽油类似,一个空储氢罐仅需几分钟就能加满,让汽车能够继续行驶。Gackstatter博士总结道:“燃料电池是每天需要长里程、重载运输汽车的首选。”在由欧盟资助的H2Haul项目中,博世正在与其他公司合作,打造燃料电池卡车小型车队,并将其投入使用。除了移动出行领域,博世正在运用固体氧化物燃料电池技术来开发固定应用领域的燃料电池电堆。预期用途之一是在城市、数据中心和电动汽车充电站建立小型分布式电站。要想实现巴黎气候行动目标,除了在乘用车和商用车领域,火车、飞机和船舶也需要氢能提供动力。与此同时,能源和钢铁行业也正计划使用氢能源。


  3、效率


  决定动力总成是否环境友好以及其盈利性的因素之一在于效率。与内燃机汽车相比,燃料电池汽车的能量转换效率高出25%。而利用制动能量回收将进一步提高这一比例。电池电动汽车通过直接将电能储存于车辆并用于提供动力从而变得更高效。然而,能源的生产和需求并不一定总能在时间和空间上匹配。比如,风能、太阳能发电厂所生产的电力由于缺乏应用对象和难以存储,往往变成废电。在这方面,氢能具备独特的优势,这些难以利用的电力可用于分布式生产氢气,而氢气可灵活存储且易于运输。


  4、成本


  随着产能的扩大、可再生能源发电价格的降低,氢能源的成本将大幅下降。由90多家国际公司组成的国际氢能委员会(The Hydrogen Council)预计,氢能在很多领域的应用成本将在未来十年间下降一半,从而更具竞争优势。博世目前正与初创公司Powercell合作,共同开发燃料电池的核心部件——电堆,并为未来的量产做好准备。双方的目标在于实现低成本、高性能的解决方案。Gackstatter表示:“从中期来看,燃料电池汽车不会比传统动力总成汽车的价格更昂贵。”


  5、基础设施


  如今,加氢站的覆盖网络暂未完善。在欧洲,约180个加氢站足以满足一些重要运输路线的需求。多个国家的公司正通过合作的形式推进加氢站的扩充,并往往能够获得来自国家层面的补贴。在德国,政治家们也意识到氢能在经济“脱碳”中的重要作用,并将其纳入国家氢战略中。例如,到2020年底,H2 Mobility合资企业将在德国建立大约100个公共加氢站。而由欧盟资助的H2Haul项目不仅致力于燃料电池卡车车队的打造,还将卡车路线上的加氢站也纳入考虑范畴。日本、中国和韩国在加氢站也有全方位的支持计划。


  6、安全


  相较于燃油车或是电池电动车,气态氢在车辆上的应用相对来说更安全。储氢罐不会增加爆炸的风险。的确,氢气与氧气的结合燃烧且两者的混合物超过一定比例时,可能会产生爆炸。但氢气比空气轻14倍,所以极易挥发。例如,车辆储氢罐中逸出的氢气,其上升速度快于与周围氧气发生反应的速度。2003年,美国研究人员在对一辆燃料电池汽车进行火烧试验时,发生过一次闪火,但很快就熄灭了。车辆基本上未受损坏。


  7、时机


  氢气生产是一种经过反复验证且技术上较为简单的过程。这意味着它可以迅速提高产量以满足更高的需求。此外,燃料电池现已达到其商业化和广泛使用所必要的技术成熟度。据国际氢能委员会所预计,只要有足够的产业投资和政府推动,氢经济能够在未来十年间具备竞争优势。“现在正是迈入氢经济的时机。”Gackstatter补充道。



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