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氫燃料電池汽車新思路:甲醇制氫更易于產業化?

來源:中國擬在建項目網    2019/11/12    
       作為新能源汽車最為理想的解決方案之一,氫燃料電池近年來一直很受國家政策的支持。不過,受制于氫在制取、儲存、運輸等環節的難題,業內普遍認為,氫燃料電池汽車距離產業化落地還有很長一段距離。

  如何解決這些難題?業內有觀點認為,甲醇將成為很好的“氫載體”。

  在近期第二屆中國國際進口博覽會全球汽車發展趨勢論壇上,造車新勢力愛馳汽車向外界發布了其“甲醇氫燃料電池”技術藍圖。愛馳汽車總裁付強表示,從運輸效率上看,現有的運氫方式運輸密度都遠遠不及甲醇含氫密度。

  甲醇燃料在汽車領域的應用并非首次提出。2012年以來,工信部就發文在全國多個省市進行甲醇汽車的試點工作,吉利汽車等車企也在甲醇汽車方面投入多年。不過,由于種種原因,甲醇汽車一直未能普及。

  需要指出的是,在以往試點中,甲醇作為汽車燃料主要是用在內燃機中。現在,隨著氫燃料電池技術的研發,甲醇應用迎來了新思路。在愛馳汽車的構想中,甲醇將“在線重整制氫”,燃料電池將作為增程器,與電池模組結合實現電驅。

  甲醇制氫的優勢

  氫是公認的清潔能源,它的燃燒生成產物只有水,燃燒效率也非常高。當前,多家跨國車企已將氫作為未來汽車的主要動力來源,氫燃料電池的相關技術也有了一定突破,比如豐田的Mirai、現代的NEXO等。

  不過,氫在汽車領域應用仍面臨成本高昂等難題。一方面,氫的制取大部分來源于化石燃料,成本高、產物純度低,很難大規模使用;另一方面,氫的儲存、運輸成本也都很高,還面臨一定的安全隱患。

  甲醇或可以在一定程度上化解這些難題。付強介紹,甲醇是生產原料豐富且可以實現碳中性循環的低碳燃料。相比于氫能源,甲醇更加便宜,而且便于存儲、易運輸,甚至具有更高的理論能量密度。

  “甲醇生產原料十分豐富,煤炭、焦爐氣、煤層氣、天然氣,生物質,以及二氧化碳(CO2)均可制備甲醇。”工信部甲醇汽車試點工作專家組組長何光遠也指出,“中國煤炭資源豐富,但有相當部分劣質煤炭,既不能發電,也不能作為燃料直接燃燒,但卻是生產甲醇的好原料。”

  盡管甲醇中含有碳元素,燃燒排放會排出二氧化碳,但付強指出,跟汽油相比,甲醇的二氧化碳排放量更低(大約低60%左右),并且二氧化碳是可以回收的,回收之后還能與氫一起再生成甲醇。“既然電解氫了,為什么還要再把它生成甲醇?主要還是因為氫很難儲存,很難運輸。”

  除此之外,氫燃料電池汽車難推廣的另一個原因是加氫站的建設成本高昂,基建標準也是欠缺。而如果是甲醇,事情會簡單很多。

  “甲醇與汽油并沒有太大差別,加油站稍經改造,就可以作為加醇站使用,改造成本很低。”愛馳汽車副總裁吳畏指出,改造的部分主要是加油機的橡膠管路,以避免甲醇使其膨脹損壞,每個加油站的改造成本“僅需幾萬元”。

  愛馳汽車將甲醇燃料電池技術作為純電技術之外能源規劃的重點。他們認為,甲醇燃料電池會在新能源汽車上擁有非常好的應用潛力,并將先于氫燃料電池產業化落地。

  仍有技術難點

  將甲醇用在燃料電池上是對甲醇應用的一種突破。作為一種制取成本低、儲量豐富的能源,甲醇早就被納入汽車的動力來源序列。2012年開始,山西、上海、陜西、貴州等省市便開始了甲醇汽車的試點,但市場上的甲醇汽車都是通過內燃機運行的,并沒有采用燃料電池這一形式。

  顯然,將甲醇用于燃料電池將面臨更高的研發難度,愛馳汽車為何設計?一方面,其認為汽車的未來是電驅動,因為“內燃機控制系統復雜,無法支撐汽車智能網聯化”;另一方面,將甲醇用于燃料電池后能量效率和環保程度都要更高。

  “甲醇直接燃燒的話效率比較低,二氧化碳的排放量也要比‘重整’大概多一倍,而且它還要排氮氧化物和甲醛,這是甲醇在高溫下跟空氣反應產生的。”吳畏表示,“這些都是它很難長期推廣的重要原因。或者反過來說,如果這樣能被推廣,那甲醇重整燃料電池更應該被推廣。”

  過去幾年中,甲醇汽車的試點運行盡管取得了一定成果,但其實并未推廣成功,截至今年10月底,整體運行數量全國僅有2萬余輛。如果改變甲醇燃料的使用方式,其應用情況會迎來突破嗎?

  愛馳汽車很看好這塊市場。實際上,在愛馳剛剛成立進行產品規劃的時候,團隊就在逐步的技術論證中注意到甲醇氫燃料電池這一路徑,今年以來,愛馳又在該領域展開了合作布局。

  年初,愛馳汽車入資丹麥甲醇燃料電池研發和制造公司BlueWorldTechnologies(藍界科技),9月,藍界科技的甲醇燃料電池工廠在丹麥奧爾堡港破土動工,預計將于2020年投入生產。據稱,該工廠建成后將為愛馳提供甲醇氫燃料電池,批量應用于愛馳旗下新能源車型上。

  在此次進博會論壇上,愛馳汽車又與藍界科技簽署戰略合作框架協議,深化了雙方在技術、產品等領域的合作。此外,愛馳還與山西高平市政府舉行了項目合作落地簽約儀式,計劃未來在該地建設甲醇氫燃料電池動力系統制造基地。

  盡管愛馳汽車的首款產品也是純電動汽車,但付強認為,純電汽車當前仍有很多痛點無法解決,比如充電便利性、里程焦慮等等。“我們參與到汽車電動化的大潮中了,但往前看,電動化是可持續的嗎?我們能看到的范圍內是能持續的,但再往前看能不能持續就不好說了。純電目前所需的一些資源和依賴還是比較多的,比如對金屬鎳鈷鋰的資源依賴,比如對電網的依賴等。”付強說。

  不過,甲醇氫燃料電池的技術水平及應用前景究竟如何,目前尚不好說。有分析提出,甲醇制氫的反應所需要的熱量來源,以及甲醇制氫之后產生的二氧化碳在電池中產生的影響等等,都是需要解決的技術難點。愛馳方面也表示,該系統的控制邏輯非常復雜,“要想真正應用起來,沒有兩年的時間絕對不行。”

  值得一提的是,今年3月,工信部等八部委聯合印發了《關于在部分地區開展甲醇汽車應用的指導意見》,再次支持甲醇汽車的推廣。何光遠指出,甲醇汽車在實際推廣和運營中仍然存在很大困難,對此他提出兩條建議,一是將甲醇作為新興能源納入國家能源體系;二是將甲醇汽車納入新能源汽車體系管理。

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