逐級系統(tǒng)解構(gòu)我國氫燃料電池汽車發(fā)展脈絡(luò)

編前：氫能作為一種綠色、高效的二次能源，應(yīng)用廣泛、前景廣闊。也因此，氫燃料電池汽車成為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要選項。但客觀而言，我國氫燃料電池汽車目前尚處于起步階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，相關(guān)技術(shù)和日本、韓國等還存在一定差距。然而，從另一個層面看，我國是全球最大的新車市場，發(fā)展新能源汽車已上升至國家戰(zhàn)略，這是我國發(fā)展氫燃料電池汽車的獨(dú)特優(yōu)勢。

我們正式啟動“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、未來趨勢等各個環(huán)節(jié)，逐級系統(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，在今年政府工作報告的83處修訂中，有一條引起了業(yè)內(nèi)的極大關(guān)注——“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。氫能首次出現(xiàn)在政府工作報告中，這也讓業(yè)界對氫燃料電池汽車產(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)會和上海世博會期間，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)新中心主任余卓平在接受《中國汽車報》記者采訪時坦言，“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‘跑’得比任何國家都快。”余卓平表示。

起步 向“電化學(xué)時代”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、交通等各個領(lǐng)域中應(yīng)用。

“最早成型的燃料電池汽車來自奔馳?！睋?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車，其發(fā)動機(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)動機(jī)為動力的車輛的時代相比?！?/p>

同一年，一輛由德國工業(yè)煤氣公司Messer Griesheim和比利時發(fā)動機(jī)制造商Vcst氫公司聯(lián)合開發(fā)的公共汽車在比利時投入使用，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520萬美元計劃中的第一大成果，歐共體聯(lián)合研究中心高級工程師、該氫能公共汽車項目負(fù)責(zé)人格里茲作出了“氫驅(qū)動的汽車最終將走向社會”的預(yù)言：“點火燃燒時代”將轉(zhuǎn)向“電化學(xué)時代”。

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，與此同時，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。”時任美國加州電動研究所燃料電池項目經(jīng)理愛德華·杰里斯如是說。

進(jìn)階 從“Necar 2”到“超越一號”

“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?！庇嘧科礁嬖V記者，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展示了一款名為“Necar 2”的概念電動車。盡管因為變速器和傳感器還不太可靠，汽車在演示中數(shù)度拋錨，但汽車的發(fā)動機(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)動的電動轎車。

這一時期，世界各大汽車公司都投入大量的人力、財力競相研制和開發(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；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)”計劃，電動汽車也被列入國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程中?！笆濉逼陂g，在“科技攻關(guān)”、“863”、“973”等國家計劃中，都安排了有關(guān)燃料電池技術(shù)的計劃和項目。

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)的燃料電池動力汽車平臺“超越一號”，順利通過了科技部驗收。

在此平臺上開發(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)動機(jī)為主要動力源，配以高功率的鋰離子電池，最大的好處是能回收汽車下坡和制動的能量。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俺揭惶枴敝苯硬捎昧藟嚎s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”駛出了實驗室，其全部采用“863”項目承擔(dān)單位自主研發(fā)的關(guān)鍵零部件；同年10月，“超越二號”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”順利通過全部比賽項目，取得4個“A”的好成績，在燃料電池汽車組拔得頭籌。

“在國家‘863’計劃中，我國新能源汽車的發(fā)展重點為：燃料電池汽車居首，第二為混合動力電動汽車，兼顧發(fā)展純電動汽車。”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)，用實踐檢驗了燃料電池大巴的實用性和可靠性。

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)化示范項目正式啟動，共歷時470余天，沒有出現(xiàn)安全事故，并獲得了大量有價值的運(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，作為動力來源的氫氣也需要從山東運(yùn)輸至北京，但當(dāng)時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，應(yīng)開發(fā)高效燃油動力技術(shù)，來盡快減少對進(jìn)口石油的依賴，一時間引起了業(yè)內(nèi)熱議。

事實上，在北京奧運(yùn)會和上海世博會期間，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。

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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、2009年美國加州的示范運(yùn)營項目、2010年新加坡世青賽以及2010年的上海世博會。在2010年的上海世博會期間，共有196輛燃料電池汽車為會議提供服務(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)行累計里程達(dá)到10191公里?！笆痉哆\(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?！痹谝聦毩磥?，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；2010年，《私人購買新能源汽車試點財政補(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，減少了對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。

雖然彼時歐美和中國對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)時售價為1.5億韓元（當(dāng)時約合人民幣85.5萬元）；在2018年的CES(國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會)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年在美國面向個人用戶租賃，但Clarity直到2016年才正式面向市場銷售，新車售價為766萬日元起（當(dāng)時約合人民幣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，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規(guī)模首次突破了千輛，全年共計銷售1098輛。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，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)勢和基礎(chǔ)，同時已經(jīng)積累了豐富新能源汽車研發(fā)和推廣經(jīng)驗，還具有“集中力量辦大事”的體制優(yōu)勢，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。