我們正式啟動(dòng)“中國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)大調(diào)查”專欄，從產(chǎn)業(yè)起步背景、技術(shù)路線、技術(shù)瓶頸、未來趨勢(shì)等各個(gè)環(huán)節(jié)，逐級(jí)系統(tǒng)解構(gòu)我國氫燃料電池汽車發(fā)展脈絡(luò)。
3月15日，國務(wù)院新聞辦舉行了吹風(fēng)會(huì)，在今年政府工作報(bào)告的83處修訂中，有一條引起了業(yè)內(nèi)的極大關(guān)注——“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。氫能首次出現(xiàn)在政府工作報(bào)告中，這也讓業(yè)界對(duì)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)今后的發(fā)展充滿信心。
“我國在氫燃料電池汽車領(lǐng)域起步很早，尤其是在北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì)期間，可謂站在全球第一陣營。”同濟(jì)大學(xué)校長助理、智能型新能源汽車協(xié)同創(chuàng)新中心主任余卓平坦言，“雖然前幾年行業(yè)整體減少了這一領(lǐng)域的研發(fā)和投入，走了一段時(shí)間的‘下坡路’，但我們依然‘咬緊’國際先進(jìn)水平。背靠較為成熟和完善的新能源汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，只要?dú)淠茏鳛槟茉吹膽?zhàn)略確定，我們會(huì)‘跑’得比任何國家都快。”余卓平表示。
起步 向“電化學(xué)時(shí)代”邁出第一步
燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒，直接以電化學(xué)反應(yīng)的方式，將燃料如氫氣、天然氣等和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的高效發(fā)電裝置。最早可追溯至1838年，德國化學(xué)家尚班提出了燃料電池的原理，并刊登在當(dāng)時(shí)著名的科學(xué)雜志上。
在20世紀(jì)50年代以前，燃料電池一直處于理論與應(yīng)用基礎(chǔ)的研究階段，燃料電池的理論和類型不斷豐富;到20世紀(jì)60年代，燃料電池引起了一些國家與軍工部門的高度重視，美國聯(lián)合技術(shù)公司的UTC Power通過引進(jìn)培根專利，成功研制了Apollo登月飛船的主電源——Bacon型中溫氫氧燃料電池;到了20世紀(jì)70～80年代，能源危機(jī)大大推動(dòng)了燃料電池的發(fā)展，以美國為代表的發(fā)達(dá)國家開始大力支持民用燃料電池的開發(fā)，各種小功率燃料電池開始在宇航、軍事、交通等各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用。
“最早成型的燃料電池汽車來自奔馳。”據(jù)余卓平回憶，1994年，這家發(fā)明了汽車的企業(yè)展出了一種不需要電池的新型廂式電動(dòng)車，其發(fā)動(dòng)機(jī)能量來自燃料電池中氫與氧結(jié)合發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，直接產(chǎn)生電流。時(shí)任戴姆勒-奔馳集團(tuán)技術(shù)研究主任的赫默特·韋樂自豪地提出：“我們處在一個(gè)新紀(jì)元的最前頭，(這)可以與戴姆勒和卡爾·本茨制造的第一輛以內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的車輛的時(shí)代相比。”
同一年，一輛由德國工業(yè)煤氣公司Messer Griesheim和比利時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商Vcst氫公司聯(lián)合開發(fā)的公共汽車在比利時(shí)投入使用，這款被命名為“綠色”的公交車是歐共體為降低城市汽車礦物燃料排放所投資的520萬美元計(jì)劃中的第一大成果，歐共體聯(lián)合研究中心高級(jí)工程師、該氫能公共汽車項(xiàng)目負(fù)責(zé)人格里茲作出了“氫驅(qū)動(dòng)的汽車最終將走向社會(huì)”的預(yù)言：“點(diǎn)火燃燒時(shí)代”將轉(zhuǎn)向“電化學(xué)時(shí)代”。
燃料電池汽車很快在全球范圍內(nèi)引起了關(guān)注。1995年，一種由磷酸燃料電池為動(dòng)力、可將大氣氧和甲醇衍生的氫氣轉(zhuǎn)化成電和水的新型公共汽車被投放到了美國市場(chǎng)，與此同時(shí)，加拿大不列顛哥倫比亞省北溫哥華市Ballard公司制造的以燃料電池為動(dòng)力的公共汽車開始進(jìn)行路試。
“我們最終能看到燃料電池的商業(yè)化，這一進(jìn)程從去年就已經(jīng)開始，燃料電池具有巨大的潛力。”時(shí)任美國加州電動(dòng)研究所燃料電池項(xiàng)目經(jīng)理愛德華·杰里斯如是說。
進(jìn)階 從“Necar 2”到“超越一號(hào)”
“最初，燃料電池汽車產(chǎn)品大多為商用車，原因之一是燃料電池系統(tǒng)太大，普通乘用車空間有限。”余卓平說，但隨著技術(shù)的快速進(jìn)步，燃料電池乘用車很快就問世了。
1996年，奔馳在柏林市波茨坦廣場(chǎng)展示了一款名為“Necar 2”的概念電動(dòng)車。盡管因?yàn)樽兯倨骱蛡鞲衅鬟€不太可靠，汽車在演示中數(shù)度拋錨，但汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)卻相當(dāng)平穩(wěn)，奔馳公司聲稱，“Necar 2”是世界上首輛由燃料電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)轎車。
這一時(shí)期，世界各大汽車公司都投入大量的人力、財(cái)力競(jìng)相研制和開發(fā)燃料電池汽車：如日本豐田打算開發(fā)以甲醇為原料，通過氫和氧的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的燃料電動(dòng)汽車;奔馳公司與歐寶公司則宣布其燃料電池汽車最遲將于2004年投放市場(chǎng);大眾集團(tuán)也表示正在加緊研制開發(fā)以氫為燃料的電池汽車，并打算在兩年內(nèi)推出第一輛原型車，成為了繼奔馳和歐寶之后，第三個(gè)正式宣布要發(fā)展以氫為燃料的汽車企業(yè)。
我國燃料電池研究始于1958年，曾在20世紀(jì)70年代發(fā)展航天事業(yè)的推動(dòng)下，燃料電池研究第一次快速發(fā)展，“九五”期間，科技部與中科院將燃料電池技術(shù)列入“科技攻關(guān)”計(jì)劃，電動(dòng)汽車也被列入國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程中。“十五”期間，在“科技攻關(guān)”、“863”、“973”等國家計(jì)劃中，都安排了有關(guān)燃料電池技術(shù)的計(jì)劃和項(xiàng)目。
具體到燃料電池汽車領(lǐng)域，正如余卓平所言，我國起步并不晚。早在“九五”期間，東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司就聯(lián)合中科院大連化學(xué)物理研究所開發(fā)出了國內(nèi)首臺(tái)30kW的燃料電池中巴客車;2003年，由我國自主開發(fā)的燃料電池動(dòng)力汽車平臺(tái)“超越一號(hào)”，順利通過了科技部驗(yàn)收。
在此平臺(tái)上開發(fā)的我國第一輛燃料電池轎車樣車采用的是“電-電”混合方案，即以燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿υ矗湟愿吖β实匿囯x子電池，最大的好處是能回收汽車下坡和制動(dòng)的能量。在制氫方面，與通用、奔馳等國外燃料電池轎車?yán)闷突蚣状荚谲嚿现卣茪湟约耙簹涞裙浞绞讲煌?ldquo;超越一號(hào)”直接采用了壓縮氫的車載供氫方式，并提出利用上海鋼鐵、化工工業(yè)副產(chǎn)氣體制氫的思路。事實(shí)證明，這些技術(shù)路線后來逐步為國外汽車公司所采用。
2004年6月11日，“超越二號(hào)”駛出了實(shí)驗(yàn)室，其全部采用“863”項(xiàng)目承擔(dān)單位自主研發(fā)的關(guān)鍵零部件;同年10月，“超越二號(hào)”參加了在上海舉辦的第六屆必比登清潔能源汽車挑戰(zhàn)賽;2006年6月11日，在法國巴黎舉行的第八屆必比登清潔能源汽車挑戰(zhàn)賽上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車“超越三號(hào)”順利通過全部比賽項(xiàng)目，取得4個(gè)“A”的好成績，在燃料電池汽車組拔得頭籌。
“在國家‘863’計(jì)劃中，我國新能源汽車的發(fā)展重點(diǎn)為：燃料電池汽車居首，第二為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，兼顧發(fā)展純電動(dòng)汽車。”一位不愿具名的業(yè)內(nèi)人士透露。
發(fā)展 大規(guī)模示范運(yùn)營拉開序幕
2005年，在北京國際馬拉松賽上，由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商上海神力科技和清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的最新一代燃料電池大巴擔(dān)當(dāng)后勤保障車，途經(jīng)天安門、阜成路、知春路、八達(dá)嶺高速路，最后到達(dá)國家奧林匹克體育中心，圓滿完成任務(wù)，用實(shí)踐檢驗(yàn)了燃料電池大巴的實(shí)用性和可靠性。
2006年6月，3輛梅賽德斯-奔馳Citaro氫燃料電池公共汽車參與的中國燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項(xiàng)目正式啟動(dòng)，共歷時(shí)470余天，沒有出現(xiàn)安全事故，并獲得了大量有價(jià)值的運(yùn)行數(shù)據(jù)。余卓平表示，雖然參與示范運(yùn)營的車輛并非自主研發(fā)的產(chǎn)品，作為動(dòng)力來源的氫氣也需要從山東運(yùn)輸至北京，但當(dāng)時(shí)讓北京市民第一次近距離接觸并了解了燃料電池汽車，為接下來的普及和推廣奠定了基礎(chǔ)。
值得一提的是，就在國內(nèi)外大力發(fā)展燃料電池之際，一份由26位專家共同撰寫、于2007年3月遞交給國務(wù)院的題為《開發(fā)車用動(dòng)力技術(shù)、盡快減輕交通能源壓力的建議》在2008年初曝光，認(rèn)為現(xiàn)階段追求氫能源汽車跨越式發(fā)展存在巨大風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)開發(fā)高效燃油動(dòng)力技術(shù)，來盡快減少對(duì)進(jìn)口石油的依賴，一時(shí)間引起了業(yè)內(nèi)熱議。
事實(shí)上，在北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì)期間，我國自主研發(fā)的燃料電池汽車，已經(jīng)稱得上全球最高水平。余卓平指出，雖然當(dāng)時(shí)燃料電池汽車的研發(fā)力度已經(jīng)開始有所減少，但稱之為“站在世界第一陣營”毫不為過。
據(jù)中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所衣寶廉介紹，我國自主研發(fā)的燃料電池汽車先后參與或服務(wù)過2007年的上海必比登挑戰(zhàn)賽、2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2009年美國加州的示范運(yùn)營項(xiàng)目、2010年新加坡世青賽以及2010年的上海世博會(huì)。在2010年的上海世博會(huì)期間，共有196輛燃料電池汽車為會(huì)議提供服務(wù)，包括6輛客車、100輛觀光車以及90輛轎車，平均單車運(yùn)行里程為4500～5000公里，最長的單車運(yùn)行累計(jì)里程達(dá)到10191公里。“示范運(yùn)營的規(guī)模不斷擴(kuò)大，燃料電池汽車的技術(shù)也有了明顯進(jìn)步。”在衣寶廉看來，經(jīng)過前期開展的一系列示范運(yùn)營后，我國車用燃料電池與國際一流水平在性能上相對(duì)接近，但在成本和耐久性方面還有待提高。
沉寂 受歐美技術(shù)戰(zhàn)略影響
2009年，我國新能源汽車“十城千輛”示范推廣工程正式啟動(dòng);2010年，《私人購買新能源汽車試點(diǎn)財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》公布，雖然國家始終全面推行“三縱三橫”的新能源汽車發(fā)展技術(shù)路線，但此后純電動(dòng)汽車異軍突起，燃料電池汽車逐漸趨于“沉寂”。
“用‘沉寂’來形容不恰當(dāng)。”余卓平透露，受到歐美等跨國車企技術(shù)戰(zhàn)略調(diào)整的影響，我國也逐漸轉(zhuǎn)變研發(fā)重點(diǎn)，減少了對(duì)燃料電池汽車的研發(fā)投入，但多年來，在工信部和科技部等部門的支持下，我國燃料電池汽車的研發(fā)工作始終沒有間斷，無論是在乘用車領(lǐng)域，還是商用車，燃料電池汽車的技術(shù)水平都在逐年提升。
雖然彼時(shí)歐美和中國對(duì)燃料電池汽車的推進(jìn)節(jié)奏有所減緩，但日本和韓國卻“一條道走到黑”，搶占了先機(jī)。韓國方面，2013年2月，世界上第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池汽車——現(xiàn)代ix35 FCV在韓國下線;2014年4月，現(xiàn)代ix35氫燃料汽車在韓國本土開售，當(dāng)時(shí)售價(jià)為1.5億韓元(當(dāng)時(shí)約合人民幣85.5萬元);在2018年的CES(國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì))上，現(xiàn)代汽車集團(tuán)發(fā)布了旗下的最新一代氫燃料電池汽車——NEXO。
日本方面，2014年12月，迄今為止全球銷量最高的氫燃料電池車豐田Mirai上市，從2015年秋季開始，銷售范圍擴(kuò)大至美國和歐洲，豐田Mirai的年產(chǎn)量從2015年的700輛左右，增長至2016年的2000輛，再增加到2017年的約3000輛。相較之下，雖然本田早就在2007年洛杉磯車展上發(fā)布了燃料電池車FCX Clarity，并于2008年在美國面向個(gè)人用戶租賃，但Clarity直到2016年才正式面向市場(chǎng)銷售，新車售價(jià)為766萬日元起(當(dāng)時(shí)約合人民幣43.8萬元)。
近兩年，由于能源和環(huán)境問題凸顯，美國、加拿大和德國等國均再次將燃料電池汽車的推廣提上了重要日程。據(jù)日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)氫能部統(tǒng)括研究員Eiji Ohira介紹，日本道路上行駛的氫燃料電池汽車總量約為2700輛，2017年的總加氫量達(dá)到了150噸，加氫站數(shù)量超過120座;韓國氫能促進(jìn)局局長Jeahang Shin分享的數(shù)據(jù)顯示，截止到2018年8月，韓國燃料電池汽車推廣數(shù)量已經(jīng)超過400輛，加氫站超過30座，此外還建有47個(gè)燃料電池發(fā)電站;在美國，雖然加氫站數(shù)量不及日本，大約為100座左右，但美國能源部燃料電池辦公室主任Sunita Satyapal指出，在美國道路上運(yùn)營的氫燃料電池汽車數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了5600輛，遠(yuǎn)超其他國家。
與此同時(shí)，國內(nèi)車企也開始加大在燃料電池汽車領(lǐng)域的布局和投資。2017年可稱為我國燃料電池汽車發(fā)展的元年，國內(nèi)以商用車為主的燃料電池汽車市場(chǎng)規(guī)模首次突破了千輛，全年共計(jì)銷售1098輛。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2018年我國燃料電池汽車的銷量為1527輛，同比增長四成。
在發(fā)展氫燃料電池汽車方面，我國具備一定的先天優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)，同時(shí)已經(jīng)積累了豐富新能源汽車研發(fā)和推廣經(jīng)驗(yàn)，還具有“集中力量辦大事”的體制優(yōu)勢(shì)，余卓平表示，只要在氫能作為能源的戰(zhàn)略指引下，隨著制氫、儲(chǔ)氫、輸氫工業(yè)的快速發(fā)展，我國燃料電池汽車行業(yè)有望以最快的速度，重回全球汽車工業(yè)第一陣營。
全球首位燃料電池轎車個(gè)人用戶
2005年6月29日，本田汽車向全球首個(gè)燃料電池汽車的個(gè)人用戶交付了一輛燃料電池轎車——FCX，這位用戶是居住在加利福尼亞州麗浪多海岸的Spallino，與本田簽訂了兩年的租賃合同，F(xiàn)CX主要供Spallino上下班、接送孩子上下學(xué)以及購物等日常使用。
全球最早的燃料電池汽車示范運(yùn)營
1993年，加拿大巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司研制出全球第一輛質(zhì)子交換膜燃料電池大客車，車長9.7米，功率92千瓦，可乘坐20人，在洛杉磯機(jī)場(chǎng)進(jìn)行展示性運(yùn)行。其后，巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司與美國芝加哥市公交局合作研制了3輛12米長的燃料電池巴士，該車首先進(jìn)行了1500公里無乘客運(yùn)行試驗(yàn)，整車系統(tǒng)的性能、安全性和可靠性通過考驗(yàn)。
我國第一輛燃料電池汽車
1999年，清華大學(xué)研制出我國第一輛燃料電池汽車——一輛靠一組5千瓦的燃料電池系統(tǒng)提供動(dòng)力的高爾夫球車，電池由北京富源世紀(jì)燃料電池能源提供。1999年，研究團(tuán)隊(duì)又展示了電動(dòng)轎車。2001年，北京綠能公司與清華大學(xué)和北京理工大學(xué)合作，研制出以燃料電池為動(dòng)力的出租車、客車和12個(gè)座位的公共汽車。
世界首座燃料電池汽車加氫站
2003年4月24日，世界首座燃料電池汽車加氫站在冰島首都雷克雅未克(Reykjavik)正式對(duì)外開放，主要面向試驗(yàn)用車。這個(gè)項(xiàng)目為歐共體投資項(xiàng)目，之所以選擇在冰島，是由于該國有充足的再生能源資源，全國90%的電力來自地?zé)岷退Πl(fā)電。
我國第一座示范運(yùn)營加氫站
2006年11月，我國第一座示范運(yùn)營加氫站——北京永豐加氫站正式投入運(yùn)營，占地面積4000平方米，包括多種制氫、供氫裝置，以及為內(nèi)燃機(jī)汽車提供氫和壓縮天然氣混合燃料的裝置。這座加氫站由BP公司投資350萬美元，由北京清能華通科技發(fā)展有限公司提供土地，雙方合作建成，該加氫站在2008年負(fù)責(zé)為北京奧運(yùn)會(huì)燃料電池示范運(yùn)營提供加氫保障服務(wù)。
