他們緣何執(zhí)著發(fā)展氫能

時間:2023-03-21 08:57來源:幫寧工作室 作者:楊玉科
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       盡管氫能一直被視為綠色交通下一個重大風口，但就目前來看，它似乎錯失成為輕型汽車主要燃料的良機。
 
       純電動汽車已經(jīng)成為大多數(shù)美國消費者的綠色汽車首選。比如特斯拉，去年僅加州就銷售近18.7萬輛，占據(jù)該州市場份額僅次于豐田燃油車。而同期，豐田汽車在全美僅銷售2094輛Mirai氫燃料電池汽車。
 
       目前市場上只有兩種氫燃料電池選擇——豐田Mirai和現(xiàn)代NEXO燃料電池。本田汽車從2024年開始銷售氫燃料電池CR-V，擬取代2021年停產(chǎn)氫燃料本田Clarity。
 
       相比之下，今年將有超過50款電動汽車上市或銷售。這種巨大反差，勢必影響氫燃料電池工程師招徠和資金投入。
 
       波士頓咨詢公司（Boston）汽車研究董事總經(jīng)理布萊恩·科利（Brian Collie）認為，燃料電池輕型汽車時機已過。“專注很重要，現(xiàn)實是，汽車制造商只能在資源有限的環(huán)境中運營。”他說。
 
       無論從何種維度觀察，氫能目前都完敗于電動汽車。
 
       其一，據(jù)標普全球移動（S&P）數(shù)據(jù)，自2013年1月至今，美國電動乘用車注冊近230萬輛，燃料電池輕型汽車只有1.5萬輛。
 
       其二，美國能源部數(shù)據(jù)，美國只有55個公共加氫站，而聯(lián)邦政府估計有近5.1萬個公共電動汽車充電站，可提供超過13萬個充電端口——這還不包括數(shù)千個家用充電樁。
 
       其三，氫氣昂貴，尤其是作為一種可持續(xù)燃料時。目前，綠色氫的生產(chǎn)成本約為每公斤4.40美元。普氏能源（Platts Analytics）數(shù)據(jù)顯示，這一價格相當于每英里21.6美分的燃油成本。
 
       豐田汽車通過為Mirai提供1.5萬美元燃料卡來解決費用問題。
 
       其四，與電動汽車車主使用公共充電樁時常遇到的問題一樣，燃料電池司機也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)氫氣站意外故障。不同之處在于，城市地區(qū)附近通常有其他電動汽車充電樁，但距離下一個氫氣站可能很遠。
 
氫燃料電池是補充而非取代
 
       硬幣的另一面，綠色氫燃料可以提供一種強大的脫碳替代方案，來吸引大量投資。
 
       綠氫通過電解生產(chǎn)，過程清潔，但它只占氫生產(chǎn)總量很小部分。大多數(shù)氫氣由甲烷或天然氣產(chǎn)生，這個過程被稱為蒸汽轉(zhuǎn)化，不吸收溫室氣體。
 
       現(xiàn)階段，美國已有大量資源集中在降低綠色制氫成本上。2021年基礎(chǔ)設(shè)施立法中，拜登（Joe Biden）政府撥出70億美元用于4個區(qū)域氫樞紐，再撥出7.5億美元用于加速清潔氫技術(shù)。
 
       美國能源部“氫能攻關(guān)項目”制定了綠色氫降價目標，到2025年每公斤2美元，2030年每公斤1美元。
 
       麥肯錫咨詢公司氣候技術(shù)高級合伙人貝恩德·海德（Bernd Heid）認為，綠色氫降價后，再加上人們對電網(wǎng)的擔憂，氫能或成為乘用車的選擇之一。
 
      “我們每使用一噸氫氣，成本就會降低一些。當成本足夠便宜時，將會有大規(guī)模的氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，當然主要用于卡車，也可用于汽車。”
 
       海德預計，向電動汽車大規(guī)模轉(zhuǎn)型將使電力基礎(chǔ)設(shè)施成為瓶頸，采取電動汽車和氫燃料汽車混合方式，最終比電動汽車更便宜。
 
       氫燃料非常適合重型卡車。
 
       對長途8級卡車而言，笨重的電池占據(jù)太多重量，降低了負載。此外，長時間充電也削弱了靈活運輸貨物的能力。一輛氫燃料汽車加氫所需時間與一輛柴油卡車加油差不多。
 
       豐田汽車通過與美國肯沃斯載重車公司合作，研發(fā)一款8級燃料電池卡車，且已在南加州投入使用。戴姆勒卡車集團和沃爾沃卡車也在合作開發(fā)一種燃料電池動力系統(tǒng)。其他氫燃料卡車開發(fā)商包括現(xiàn)代汽車集團和尼古拉公司。
 
       卡車運輸?shù)囊粋�特點是——需要更少的燃料補充站。一個氫站網(wǎng)絡(luò)，散布在主要卡車運輸路線上，將使長途貨運行業(yè)使用燃料電池成為現(xiàn)實。
 
       但豐田汽車、本田汽車和現(xiàn)代汽車集團仍然相信，燃料電池在輕型汽車的作用，并堅持向前推進。
 
       長期以來，日本和韓國一直支持氫基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展。豐田汽車和本田汽車已經(jīng)花了30年時間來開發(fā)燃料電池技術(shù)。
 
       氫能CR-V設(shè)計有助于本田汽車建立對該技術(shù)的信心。這款車包括一個插電選項，允許充電。
 
      “電力可以滿足日常使用，可提供方便的夜間充電。”美國本田能源業(yè)務(wù)開發(fā)部主管瑞恩·哈蒂（Ryan Harty）說，“氫氣提供了額外的長續(xù)航，使客戶能在公共燃料站快速補充燃料。”
 
       本田汽車的混合動力策略突顯出與豐田汽車的共同理念——氫燃料電池將補充并增強電動汽車，而不是取代電動汽車。
 
       豐田北美研發(fā)部燃料電池集團高級工程經(jīng)理杰基·索爾（Jackie Birdsall）說：“氫能還有一種非常特殊的使用場景。”
 
       對那些沒有自己的房子，住在暖氣和空氣都成問題的城市公寓樓里，還要兼顧孩子和工作，又沒有豪華充電樁的人來說，這款車可能是一個不錯的選擇。
 
       即使氫燃料汽車需要數(shù)年時間才能進入美國，豐田汽車、本田汽車和其他汽車制造商已經(jīng)為通用設(shè)計建立了全球標準，從而大大降低了市場準入壁壘。
 
       但即使是氫燃料愛好者也承認，氫燃料電池輕型汽車仍然是未來解決方案。海德估計，廣泛的商業(yè)化至少需要幾十年時間，部分原因在于網(wǎng)絡(luò)容量的挑戰(zhàn)。
 
       畢馬威負責全國汽車行業(yè)研究的加里·西爾伯格（Gary Silberg）認為，電動汽車和氫燃料電池技術(shù)都在發(fā)展，破壞任何一種技術(shù)的進一步研究都是短視行為。
 
      “我們投資電動汽車和基礎(chǔ)設(shè)施是正確的，這很重要，但氫能在這個故事中也很重要。”西爾伯格看好氫能長期前景，“把所有雞蛋都放到一個籃子里是魯莽的。”
 
豐田的首要任務(wù)
 
       豐田汽車新任首席執(zhí)行官佐藤恒治（Koji Sato）表示，盡管他會加倍關(guān)注電動汽車，但氫燃料將是碳中和戰(zhàn)略的首要任務(wù)。
 
       在佐藤恒治領(lǐng)導下，到2030年，豐田汽車重點要擴大氫基礎(chǔ)設(shè)施和使用未來燃料的行業(yè)。
 
       今年3月18日，佐藤恒治在日本超級耐力賽場外說：“我們希望確保氫燃料仍然是一個可行的選擇。”在這場比賽中，豐田汽車計劃推出一款氫動力賽車。“我們需要一個生產(chǎn)和運輸供應鏈，除非我們看到這些領(lǐng)域的發(fā)展，否則不能指望氫能使用量會增加。”
 
       佐藤恒治將于4月1日接任豐田汽車社長。這家全球最大汽車制造商“必須徹底改變”經(jīng)營方式，采取“電動汽車優(yōu)先”心態(tài)。目前，該公司致力于為2026年開發(fā)一個新專用電動汽車平臺，以提供成本更低、性能更好的電動汽車。
 
       豐田汽車預計到2030年，在全球銷售350萬輛電動汽車。與其在純電動汽車領(lǐng)域的大膽進取相比，豐田汽車在談?wù)摎鋭恿ζ嚂r相對謹慎。
 
       該公司憑借Mirai水蒸汽氫動力汽車引領(lǐng)燃料電池技術(shù)發(fā)展，但它沒有制定具體銷售目標。“我們目前沒有非常具體的業(yè)務(wù)目標。”佐藤恒治說。
 
       當豐田汽車2020年發(fā)布第二代Mirai燃料電池轎車時，將產(chǎn)能提高到每年3萬輛，比第一代增加了10倍。但自2014年12月銷售以來，第一代和第二代Mirai共售出21700輛。
 
       日本政府宣布，到2025年，日本道路上的燃料電池汽車將達到20萬輛，2030年將達到80萬輛。豐田汽車表示，日本約有160個加氫站，預計到2025年攀升至320個，2030年達到900個。
 
       豐田汽車在實現(xiàn)碳中和多管齊下方法中，氫能將發(fā)揮關(guān)鍵作用。“我們正全力以赴，重要的是保持靈活性，根據(jù)不同市場的不同碳中和需求定制產(chǎn)品和能源。”
 
       佐藤恒治認為，把更多合作伙伴帶到談判桌上，建立一個制造、運輸和使用氫能的網(wǎng)絡(luò)尤其重要。
 
       為此，在周末的耐力賽中，佐藤恒治與液氫運輸船制造商川崎重工（Kawasaki），以及制造氫氣并運營燃料網(wǎng)絡(luò)的日本公司巖谷產(chǎn)業(yè)（Iwatani）總裁一起上臺。
 
       盡管豐田汽車正在努力測試和開發(fā)氫燃料賽車，但川崎重工總裁橋本靖彥（Yasuhiko Hashimoto）預計，氫能技術(shù)將在重型卡車、公共汽車、建筑設(shè)備、火車、飛機和固定式發(fā)電機上產(chǎn)生最大影響。
 
       川崎重工正在研制一種新的液化氫運輸船，運力將是目前運輸船的128倍。其目標是，到2030年，將氫氣價格降至每立方米30美分左右。“氫能是未來不可或缺的能源。”橋本靖彥說。
 
       佐藤恒治理認為，所有工業(yè)部門都應盡其所能，這很重要。豐田汽車將率先向基礎(chǔ)設(shè)施和物流等領(lǐng)域投資，“這并不是說豐田汽車會在這些投資上起到積極的帶頭作用。”
 
還有很長的路要走
 
       3月19日，在日本西部鈴鹿賽道舉行的五小時耐力賽上，豐田汽車原計劃展示一款新型液化氫碳中和內(nèi)燃機GR花冠，但這一計劃因意外事故而破滅。
 
       這輛經(jīng)過改裝的花冠賽車在測試期間因氫燃料管道泄漏起火。
 
       豐田汽車解釋道，3月8日的事故中無人受傷，緊急故障保護啟動后，司機設(shè)法逃離了車輛。但技術(shù)人員無法讓這輛車在日本超級耐力賽上實現(xiàn)首次亮相。
 
       豐田汽車社長豐田章男（Akio Toyoda）原計劃親自參與這次比賽，作為推動清潔氫燃燒技術(shù)宣傳的一部分。自2021年以來，他一直在用氫燃料發(fā)動機賽車。
 
       2023年賽季中，豐田汽車計劃通過使用液化氫來引入一項新技術(shù)。前兩個賽季，豐田汽車使用的是壓縮氫氣。參賽的豐田汽車在內(nèi)燃機中燃燒氫氣，就像汽油車燃燒汽油一樣。
 
       它們不像Mirai轎車那樣，通過氫氣補充燃料電池發(fā)電。液氫是一種難以處理的燃料，有時會成為火箭中的禍害。去年秋天，美國國家航空航天局（NASA）試圖為阿爾忒彌斯一號（Artemis I）任務(wù)發(fā)射一枚巨大的月球火箭，但因液氫泄漏而推遲。
 
       豐田汽車高管表示，火災發(fā)生在富士國際賽道（Fuji International Speedway）的一次私人試車期間，與該車采用氫燃料而非汽油無關(guān)，事故原因是車輛振動導致管道接頭松動所致。
 
       豐田Gazoo賽車公司總裁Tomoya Takahashi這樣解釋道：“氫氣不是導致問題的原因，更確切地說，這是因為我們對設(shè)計工作考慮不足，我們使用的任何燃料都可能泄漏并起火。”
 
       盡管遭遇挫折，豐田章男還是命令團隊繼續(xù)研究液氫燃燒技術(shù)。豐田汽車希望這輛車能在5月底的下一次耐力系列比賽中做好準備。未來這場比賽將在富士賽道進行24小時。
 
       豐田章男顯然不會讓這一事件阻止他參賽。“他將繼續(xù)駕駛這輛車，因為他決心展示氫的安全性。”Tomoya Takahashi說。
 
       當?shù)孛襟w報道，泄漏發(fā)生在發(fā)動機附近，氫氣因高溫而引燃。故障安全泄漏傳感器隨后自動關(guān)閉氫氣供應，防止火勢擴大。
 
       管道接頭松動的部分原因可能是，液氫傳動系統(tǒng)比氣態(tài)氫系統(tǒng)重約300公斤（661磅），加劇了振動幅度，大約100公斤（220磅）重量由于額外的安全設(shè)備。Tomoya Takahashi說，豐田汽車正在尋找根本原因，并采取補救措施。
 
       相對于高壓氣態(tài)氫和傳統(tǒng)汽油，液化氫具有很大優(yōu)勢，因為后者能量密度更高。舉例來說，同等重量下，液氫所含能量大約是汽油的3倍。
 
       該技術(shù)也有可能比氣態(tài)氫更簡單、更便宜。液化氫必須冷卻到-253攝氏度，但它可以儲存在一個相對簡單、絕緣、真空密封的類似保溫瓶的缸體內(nèi)。
 
       氣態(tài)氫則必須儲存在由昂貴的碳纖維制成的高壓儲罐中。液態(tài)氫只需一個大儲氣罐，而氣態(tài)氫則需要4個獨立儲氣罐。
 
       同等場景下，液氫在滿箱情況下可以行駛20圈，而氣態(tài)氫只能行駛12圈。使用液化氫還可以建造更密集的氫氣加氣站，因為它不需要特殊設(shè)施來提高壓力。
 
       豐田汽車希望研發(fā)氫燃燒技術(shù)，以便有可能引入量產(chǎn)汽車。但是顯然，距離這一階段還有很長的路要走，豐田汽車甚至沒有給出一個時間表。
 
      今年2月，當最新一代氫能花冠在富士賽車場進行試車時，豐田汽車稱這是世界上第一款以液氫燃料為燃料的賽車。
 
      Tomoya Takahashi說，豐田汽車在賽車壓力下測試新技術(shù)，以盡早根除潛在問題并加快開發(fā)。從這個意義，火災也是“因禍得福”。
 
      “這不是意外，也不是什么嚴重問題。”Tomoya Takahashi說，“這是積極的。我們發(fā)現(xiàn)了以前不為人知的東西，我們正在反復測試以確定問題。”
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 氫能
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