鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2020年04月27日
一場有關氫燃料動力電池的拉鋸戰
近日寶馬在公布了BMWiHydrogenNEXT動力系統的技術細節時,寶馬集團負責研發的董事傅樂希先生表示:“我們堅信,未來多種動力系統將長期并存,因為目前還沒有一種驅動形式可以滿足全球客戶的所有出行需求。從長期來看,氫燃料動力電池技術有可能成為寶馬集團動力系統組合的第四大支柱。而這種技術尤其適合備受歡迎的BMWX家族大尺寸車型。”
寶馬將氫燃料動力電池技術提升到集團動力系統組合的第四大支柱的重要地位上,與重視能源環保的各國政府的指向不謀而合。不僅我國在2019年將新能源“三駕馬車”之一的氫能技術首次寫入了政府工作報告之中,德國政府也將氫能技術的發展提上了新的高度:不僅交通部長表態:(實現交通零排放的)氫氣是未來的燃料之一……有關氫燃料動力電池技術的許多研究和試點項目都已經獲得政府資助。汽車行業應該盡快將價格適中的(氫燃料動力電池電動)汽車推向市場,向人們證明該技術的可靠與實用。經濟部長也表示:氫燃料動力電池電動汽車輛技術的發展是汽車行業發展的絕佳機會,德國必須在其中發揮領導用途。
但德國政府的“熱心”推進被大眾集團兜頭潑了一盆涼水,只是比起ElonMusk簡單粗暴的“mind-bogglinglystupid”的不屑一顧,大眾好歹還是對現階段氫燃料動力電池技術的發展與應用提出了有邏輯體系的不同見解。
效率
氫燃料動力電池技術最大的優點之一,除了唯一的排放物只有純凈的水以外,最重要的是,以現在電解和蒸汽重整制取氫氣的方法,它可以從包括石油、天然氣、生物燃料甚至污水、污泥和水中獲得,幾乎無所不在也幾乎不用擔心有一天會被耗盡。這聽起來不僅比有著排放污染的傳統燃油車輛有著壓倒性的優勢,甚至比可充電鋰離子電池類電動汽車,都更加魅力難擋。
但是,假如將能源獲取以及車輛整體制造生產中的所有因素考慮在內,氫燃料動力電池技術就和現階段的可充電鋰離子電池電動技術相同,充滿爭議。雖然前者不像后者相同涉及電池制造過程出現排放、非法童工開采原料等多方面的硬傷,但其在目前技術條件下的能源效率卻實在讓人無法直視:
以德國為例,目前德國的全國交通每年大約要消耗770兆瓦時的能源,傳統汽油和柴油在內燃機中燃燒的效率約為20%到25%,比可充電鋰離子電池汽車70%-80%的能源效率低了不少(電能在傳輸過程中會損失約8%的能量,在驅動車輛行駛過程中進行電能轉換時會損失約18%)。但是,作為迭代選項的氫燃料動力電池汽車的能源效率成績在目前的技術條件下,卻和傳統燃油汽車基本處于同一水平線上。
假如氫燃料動力電池汽車使用從天然氣中獲得的氫,則相較于傳燃油車輛對環境以及氣候沒有任何的改善用途,已經不在我們的討論范圍之內了。假如使用電解法制取氫氣:電解過程中會損失大約45%的能量。在剩余的55%的能量中,當氫氣在車輛中轉化為電能時,又會損失大約55%。這意味著,氫燃料動力電池電動汽車的能量轉化效率幾乎只能達到25%至35%的范圍。因此,有研究機構估算了氫燃料動力電池車輛所需電能是同樣功率充電鋰離子電池車輛所需電量的三倍。假如按綠色出行的零排放愿景來說,假如大量普及氫燃料動力電池電動汽車,則要安裝/鋪設現在三倍甚至更多的發電設備。以德國為例,就基本不具備如此規模的電能生產量力,只能依靠進口。
價格
假如所需能源要依靠國際貿易,就勢必帶來另一個關鍵問題:價格。
以寶馬集團今年三月十七日報告上的數據:按照H2Mobility合作伙伴議定價格,現階段美國1磅(0.45千克)氫氣的價格約為14美元,德國約為4.80美元。按照氫燃料動力電池電動汽車輛1磅(0.45千克)氫氣能供應續航里程約為28英里(45公里)計算,每百公里行駛成本分別為:美國約為31美元,德國約為10.60美元。
橫向比較一下今日的油價以及充電電費,優劣一眼便知。然而,貴的還不止日常用車的能源補給,全球市場上幾款可選購的氫燃料動力電池電動汽車,雖然幾乎都是通常意義中的B級車,但成本都差不多在80,000美元,這幾乎是同類全電動或者混動汽車成本的兩倍。
這其中不僅僅有未能開展大規模量產所帶來的成本問題,還由于氫燃料動力電池在發電過程中的催化劑是眾所周知的貴金屬:鉑金。
于是,反對者大眾集團站在車主的角度算了一筆帳:一方面,隨著各個國家越來越嚴格的排放政策,比如更嚴格的歐7標準的引入,將使新的內燃機價格繼續上揚,進一步縮小電動汽車與傳統燃油車輛的價差。另一方面,電動汽車更低的售后服務優勢會日益凸顯,比如不用更換機油、潤滑油,甚至不用考慮日常損耗件的保養與清洗,能夠節省一大筆時間成本和維養費用。
而隨著充電鋰離子電池電動汽車隊伍的不斷壯大,規模經濟也會再次發揮用途,進一步降低車主們的充電及使用成本。這話里話外的用意呼之欲出:只有充電鋰離子電池電動汽車才是能夠代替燃油時代的未來,成本居高不下的氫燃料動力電池電動汽車恐怕還得在實驗室里好好靜靜,先想清楚怎么把自己的身價降下來。
時間
目前用戶對充電鋰離子電池電動汽車的一大困惑便是:充電等待時間太長。畢竟關于習慣了能在加油站內五分鐘解決能源補給的人們來說,半個小時即使能從0充至80%甚至更高的高壓快充也是令人感受相當“漫長”。哪怕已有相當多的評測機構或者博主已經反復現身說法:就算沒有私人充電樁,比起專門繞道去加油站補給,好好利用逛街休閑上班等車輛閑置時間進行充電(無論快充慢充)補給,其實真的并不會出現想象中的“難熬”場景。
但無論如何,改變人們的固有習慣怎么都是一個艱巨的再教育過程,此時氫燃料動力電池電動汽車輛能和加油相同在5分鐘內完成加氫的優勢便立刻顯現。可是問題來了,根據德國Helmholtz大學電化學儲能研究所副所長MaximilianFichtner先生的研究,現有技術條件下的氫燃料動力電池汽車每次加注燃料后,由于要進行內部壓力和溫度調節,往往要15到20分鐘的等待時間。
加氫5分鐘,等待20分鐘?那么省時的優點即刻變得不再突出。
便捷
截止2019年底,加氫站在全球布局仍屈指可數,在美國全境也只有約40家(多數集中在銳意改革的加州地區),德國約有80家。就像寶馬氫燃料技術專家AxelRücker所說:“這就是蛋和雞的關系,一方面氫動力汽車加氫站的網絡布局稀疏,客戶就不會對氫燃料動力電池汽車出現深厚興趣;另一方面,客戶的低需求無法刺激運營商們擴大加氫站網絡建設的決心。”
假如回想一下幾年前充電站的擴充過程,其實完全有賴于政府與各品牌的前瞻力與決心。寶馬就聯合了氫能生產商與加氫站運營商共同發起了“清潔能源合作計劃”,計劃到2022年將加氫站網絡擴展到130個,到2025年擴展到400個。
寒冷
難道,氫燃料動力電池電動汽車輛就沒有什么突出優點了么?倒也不是,眾所周知寒冷天氣條件無論對燃油汽車和充電鋰離子電池電動汽車都會出現不同的影響,尤其是后者,哪怕目前在電池管理方面非常領先的特斯拉,對低溫的影響也拿不出更好的解決方法。然而,低溫卻對氫燃料動力電池電動汽車輛影響有限,尤其是電動汽車輛最被看重的續航里程,幾乎不會受到任何影響。
看完數量比較懸殊的優劣點列表,大眾的反對似乎顯得很有道理,不過,有理有節的反對卻要披著“打群架”的外衣總是顯得有點詭異。氫動力的一系列所謂缺點,其實看起來和電動汽車當初遇到的阻力何其相似。利益驅動永遠都是解決問題的不二法門,不管支持還是反對,都是為了在未來能夠有自己的一席之地,這注定是一場暫時還看不到結果的拉鋸戰。關于用戶來說,這樣的資本和技術博弈才是未來美好前景最好的前戲。
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