这是一个世纪之争,科技树,该点氢能,还是电能。
网上的舆论,还会把这个事继续放大,升级到中日两国的国运之争。日本,一条路走到底,押注氢燃料电池,中国,给纯电动汽车提供了肥沃的土壤,现在正开花结果。
(相关资料图)
氢燃料电池和纯电动,本来不矛盾,但一定要分出个胜负的话,现阶段,氢燃料电池就是输了,根本到不了普及的程度,日本也跟着调整方向,重视纯电动车发展了。
氢燃料电池为什么难做?今天想和大家唠唠这个。
制、运、储、用,都有问题
氢气,很特殊。
自然界中没有现成的,和电一样,要造出来,属于二次能源;氢气是气体,都说氢气每千克的热值高,但没有算算每立方的热值,比天然气还要低;氢气,也是尺寸最小的分子,很显然,它是最容易泄露的。
这些问题,都集中在氢气上,很难不让人怀疑,它到底适不适合做能源。
石油为什么可以统治汽车工业一百多年?因为它有完美的形态,是流动的液体,而且自然界就有,又非常适合储存、运输,每立方的热值还非常高,简直完美。
所以,氢气要想作为能源,就要好好解决那一系列问题。
先说从哪里来?事实上,氢气有很多制备方法,但是否环保,就两说了。
工程师们搞了个颜色分类法:灰氢,是用石油、天然气、煤炭转化成的氢气,二氧化碳是副产物,主要因为氢气在工业中有其他作用,所以,这个方式产生的氢气占比相当大,超过90%。
好一点的是蓝氢,靠天然气里的甲烷来制备,想办法把副产物二氧化碳收集起来了,没让它排放到大气中,所以,标成了蓝色。
最好的是绿氢,得靠可再生能源来制氢,像太阳能、风能、核能。最简单理解的一种方式就是靠它们产生绿电,再电解水产生氢气,这肯定是绿氢了。
现在有了氢气,要雇几辆大车,哐几哐几把氢气运到千里之外的加氢站去。
这和运油很像,但很不一样。普通的铁罐肯定不行,氢分子很小,容易渗到金属里,那就很容易泄露。得用专门的罐子,外壳得厚,那一定会做得很重,到底是运罐子,还是在运氢气?
而且,氢气得靠超高压,压进罐子里,且不说要考验罐体和阀门的承压能力,仅高压这个过程,也要消耗很多能量。
当然,还有低温液化储氢的办法,但那个温度要到零下253度,这在航天领域用得多。
还有一种是金属储氢,目前在实验室阶段,氢气和金属合金反应融合,需要的时候,再逆向析出氢气。
现在,氢气来到加氢站了。事实上,造一座加氢站很贵,毛估估就得1000多万。很多钱花在了设备成本上,因为很多设备要进口,包括压缩机、加氢枪、安全阀等等。
国家是有补贴的,一座加氢站,能补到500万,但怎么看,都想被老外赚走了,国产化替代任重而道远。
之后的接力棒,交到了用氢这个环节。一开始,就有两条路线:氢气发动机、氢燃料电池。
宝马曾经非常热衷于研究氢气发动机,也推出过相关的产品。氢气和其他惰性气体混合后,通过喷嘴,进入到发动机的缸体内,燃烧做功。还是内燃机那一套,转化效率被卡诺循环限制了,但确实没有排放了。另外一个好处是,对内燃机改动不大;另外一个问题是,喷嘴是金属的,容易产生“氢脆”,耐久性一般。
氢气发动机这条路“有点堵”,反衬着,氢燃料电池慢慢成为了研究主流,而且光环非常大,一度被认为是终极答案。
氢燃料电池,本质上就是个增程器。
有一个氢气罐,就和油箱一样,氢气从这里输送到电堆,进入一个氢气流通道,另一边是空气流通道,中间有阳极、阴极、质子交换膜,氢气、氧气在这里反应,生成水,产生电。
这个电流会先充到一个电池里,电池再给驱动电机供电,整套系统也就完整了。
这套系统有什么问题呢?
首先,太贵了。先不说储氢罐、电堆本身有多贵,它里面有催化氢气、氧气反应的催化剂,用的都是贵金属,比如钯,一公斤能卖到30万人民币。关键全球储量都很少,分布还不均匀,以后要真的是氢能时代了,全世界又开始抢钯金属,又会搞出一些地缘战争,当然,好消息是,钯在燃料电池中的回收做得还可以。
然后,氢燃料电池的功率一般,你真想一脚油门超车,氢气、氧气的反应需要一些时间,跟不上你的功率需求,所以,特别需要一块电池做缓冲,增程结构就很有必要了。
还有,空间非常有限,又是储氢罐,又是电堆,还有电池、电机,非常复杂且体积庞大,布置不好,只能侵占车内空间了。第一代丰田Mirai就有这个问题,第二代才好一些。
所以,这些年,氢燃料电池被纯电动完全压了一头。就是因为氢燃料电池的技术更新太慢,而动力电池在能量密度和成本控制上,踢碎一块一块钢板,疯狂奔跑,有市场普及的能力了。
日本为什么热衷于氢能?
其实,最主要的原因就一个字“小”,面积小,资源少,人口老,还因为小,得看美国人的脸色。
20年前,各个国家开始点“科技树”的时候,都很茫然。锂离子电池能量密度一般,氢燃料电池反而因为真正的“零排放”,备受关注。但是,究竟谁可以在汽车上普及,没有人敢打包票,因为都有困难,都需要克服。
美国、欧洲,世界巨头,争着去搞创新的企业蛮多的,政府就搞搞补贴扶持,也能出来不少成果。关键是企业多,科技树可以多点几个,哪里能亮,最后就扑向哪里。
中国也一样,搞创新的企业、院校也挺多的,啥方向都能试,而且,我们是后进场的,其实留出了观察的时间差,更能及时做出调整。
日本就有点尴尬,它得跟着大国们的脚步去转型。小布什当总统的时候,非常看重氢能,希望取代石油,实现能源独立。日本特别依赖美国市场,国内搞创新的,也就丰田、本田这几家大公司,美国要搞氢能,那就早点搞,早点储备,所以,科技树就敲定了氢能,而且没有余力同时点其他科技树了。
结果,美国发现了页岩气,电动汽车也被特斯拉扛着起飞了。到了特朗普时代,环保都不咋讲了,煤炭、油气继续大搞特稿,氢能更靠边站了。在大国的摇摆下,日本算是被晃晕了,现在也得抓紧补电动车的课了。
当然,日本选择氢能,也有基于本土实际情况的考量。
首先,日本国土有限,能源完全依赖进口,无论是煤、石油、天然气,所以,他们很有动力降油耗,国内也非常追捧K-Car这种车。
正因为能源要进口,他们的电费其实很高,电动车并不具备使用成本优势。有没有便宜的电呢?也有,就是核电。但是,2011年的福岛核泄漏,让日本人再一次心惊肉跳,也就叫停了核电的扩张步伐,电动车更没戏了。
相比之下,氢能是个好资源了。日本一度依赖的氢气资源,是从海外进口的,比如,从澳大利亚进口甲烷,再分解出氢气。
特别是,日本多地震,一旦地震袭来,几天都用不上电,反而这个氢燃料电池可以当一个临时电源,给家里供电。
还有一点,更有意思,氢燃料电池回收更容易,核心装置是“电堆”,可用寿命挺长的,就算车辆老化报废了,也能把这个电堆拆出来,装在新车上,调试调试继续使用。
但还是那句话,如果日本就困在本土自己玩氢能,市场太小了,技术很难快速迭代更新。
这很像当年的等离子电视,如果市场上只有一家在玩,要么你足够强大,强大到别人必须买你垄断的东西,要么就是被时代扫进垃圾堆,其他人会想办法绕过去,不和你玩了。
技术到底有戏没戏,是所有参与者共同推进的结果。这个世界,中美作为规则制定者,选择了纯电路线,而且发展很快,日本,包括韩国押宝的氢燃料电池,注定玩不转。
点错了科技树,就是点错了,该认得认。