【甬派】新能源新風(fēng)口，燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈能在寧波長(zhǎng)多長(zhǎng)？
甬派客戶端記者 張璟璟 金鷺 通訊員 高曉靜
（2018年 6月29日，在日本愛(ài)知縣的豐田元町工廠，兩名員工將豐田氫燃料電池車MIRAI推向下一個(gè)工位。新華社記者華義攝）
純電動(dòng)車，還是插電式混合動(dòng)力車？想選購(gòu)新能源汽車的你，今后可以加上一個(gè)備選項(xiàng)：轉(zhuǎn)化能效更高、碳零排放、無(wú)噪音污染、無(wú)需更換電池的燃料電池汽車。
新一年度的新能源汽車補(bǔ)貼政策近日落地，對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn)的新能源車按照同期中央財(cái)政補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)1:0.5給予地方財(cái)政補(bǔ)助。寧波地補(bǔ)對(duì)象，包括純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力車（含增程式）和燃料電池汽車。
相較于前兩種新能源車，燃料電池汽車對(duì)市民而言較為陌生。然而在新能源補(bǔ)貼加速退坡的趨勢(shì)下，國(guó)家層面繼續(xù)保持對(duì)它的補(bǔ)貼不變，地方上，上海、廣東等地也明確提出對(duì)它進(jìn)行補(bǔ)貼，且有些高于對(duì)純電、插電混動(dòng)汽車的補(bǔ)貼。
什么是燃料電池？在清潔能源替代石化能源的大趨勢(shì)下，燃料電池動(dòng)力是否足夠強(qiáng)勁？在汽車產(chǎn)業(yè)已成第一產(chǎn)業(yè)的制造業(yè)重鎮(zhèn)寧波，燃料電池是否能成為新產(chǎn)業(yè)？
燃料電池，不是一塊電池，是一臺(tái)發(fā)電機(jī)
化學(xué)電解水實(shí)驗(yàn)大家一定陌生，水中通入直流電，在電流的作用下，水中氫、氧原子重新組合，產(chǎn)生氫氣和氧氣。而燃料電池，正是利用水的電解逆過(guò)程，成為一臺(tái)"發(fā)電機(jī)"，區(qū)別于屬儲(chǔ)能器范疇的電池。
燃料電池，一種把燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電器，實(shí)際過(guò)程是氧化還原反應(yīng)。由陰極通入的燃料氣一般是氫氣、甲醇、乙醇、煤氣、天然氣等，陽(yáng)極通入的氧化劑則為氧氣。
燃料發(fā)電，被稱為繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。
1839年，英國(guó)人格羅夫（William Grove）發(fā)現(xiàn)了水解過(guò)程逆反應(yīng)的發(fā)電現(xiàn)象，并發(fā)表了全球首篇有關(guān)燃料電池的研究報(bào)告。20世紀(jì)60年代，燃料電池已成功應(yīng)用于美國(guó)航天局太空計(jì)劃中。
中科院寧波材料所新能源技術(shù)研究所研究員官萬(wàn)兵博士介紹，按電解質(zhì)不同，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸堿性燃料電池（PAFC）、熔融碳酸巖電池（MCFC）、固體氧化型燃料電池（SOFC）和固體高分子型質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等，而后兩種是目前主流的技術(shù)。
（不同燃料電池性能比較）
與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，燃料電池有其特殊之處：在反應(yīng)過(guò)程中，燃料電池能量轉(zhuǎn)換過(guò)程無(wú)明火燃燒活動(dòng)，所以能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”限制。除此之外，燃料電池還具有燃料多樣化、噪音低、排氣較清潔、對(duì)環(huán)境污染小、維修性好以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
燃料電池歷經(jīng)200多年的發(fā)展，如今已逐步走出實(shí)驗(yàn)室，融入到人類社會(huì)生活中。航天飛機(jī)電力供應(yīng)、深海潛艇續(xù)航電源，醫(yī)院、商場(chǎng)、學(xué)校等公共場(chǎng)所的備用電源，新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)……其中，燃料電池汽車商用研發(fā)尤為受人關(guān)注。
要知道，內(nèi)燃機(jī)化學(xué)能轉(zhuǎn)化率僅40%左右，而燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)85%；在能量密度、功率密度、充電時(shí)間等方面的表現(xiàn)，燃料電池均遠(yuǎn)優(yōu)于目前應(yīng)用的鋰電池。
最為人稱道的是，無(wú)論是純電動(dòng)汽車還是插電混動(dòng)汽車，電池的材料與電力本身的生產(chǎn)過(guò)程仍存在碳排放，而燃料電池多以氫氧為原料，原料可謂取之不竭，且真正做到了零排放，
因此，發(fā)達(dá)國(guó)家都將大型燃料電池的開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，企業(yè)界也紛紛斥以巨資，從事燃料電池技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，并取得重要成果。
“未來(lái)”已來(lái)，應(yīng)用逐步擴(kuò)大
本月初，豐田展示了其第二版燃料電池車Class 8零排放卡車計(jì)劃；上月，該公司宣布將提升燃料電池汽車的產(chǎn)量來(lái)降低燃料電池汽車的研發(fā)成本，再次將發(fā)展并推廣燃料電池的決心公之于眾。
（豐田燃料電池卡車Class 8。資料圖）
事實(shí)上，早在2014年，豐田推出旗下首款正式量產(chǎn)的燃料電池汽車——Mirai（未來(lái)），使用質(zhì)子膜交換的低溫燃料電池。
據(jù)介紹，MIRAI一次可加氫5千克，每千克約合66元人民幣，一次加滿氫約3分鐘，可行650公里，相比于市面上大多數(shù)電動(dòng)車?yán)m(xù)航表現(xiàn)優(yōu)秀很多。
目前這款車在日本的官方售價(jià)折合人民幣43萬(wàn)元左右，經(jīng)過(guò)各級(jí)政府補(bǔ)貼后個(gè)人購(gòu)車大約需要30萬(wàn)元人民幣。
（只排放水的豐田氫燃料電池車MIRAI被稱為“終極環(huán)保車”，2014年底面市以來(lái)備受關(guān)注。新華社記者華義攝）
然而受限于成本高、加氫站數(shù)量不足、氫氣制備和儲(chǔ)運(yùn)等，目前Mirai在全球僅銷售6000輛。
勢(shì)銀智庫(kù)研究副總鄔佳益表示，燃料電池有待于在技術(shù)、成本、應(yīng)用的方面突破。
比如，國(guó)內(nèi)發(fā)展路線從商用車入手，自2017年以來(lái)燃料電池汽車推廣目錄都是客車和專用車，相對(duì)而言對(duì)燃料電池系統(tǒng)要求較低，符合目前國(guó)內(nèi)燃料電池的技術(shù)水平。燃料電池乘用車對(duì)燃料電池系統(tǒng)要求很高，也體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)和國(guó)外的技術(shù)差距巨大。
從材料購(gòu)置成本來(lái)看，氫燃料電池汽車高于純電動(dòng)汽車，更無(wú)法和傳統(tǒng)燃油汽車競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)商用車電堆價(jià)格在小規(guī)模的情況大約每千瓦8000-10000萬(wàn)元，目前大部分商用車采用的30千瓦電堆價(jià)格約30萬(wàn)元，如果算系統(tǒng)價(jià)格還將上升一倍，占整車價(jià)格一半以上；而相同性能的純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的價(jià)格，則低了一半多。國(guó)產(chǎn)化和規(guī)?；俏磥?lái)降低成本的主要手段。
除了成本因素外，制約燃料電池電池汽車應(yīng)用的另一個(gè)關(guān)鍵就是基礎(chǔ)設(shè)施，目前國(guó)內(nèi)加氫站數(shù)量只有十幾座，基本都是內(nèi)部示范運(yùn)營(yíng)站，除了特定的物流車和公交車等固定線路的車輛外，還無(wú)法滿足規(guī)?；途€路未固定車輛的應(yīng)用。加氫站的成本和審批是推進(jìn)力度緩慢的主要原因。
燃料電池在寧波，科研全國(guó)領(lǐng)先、已有項(xiàng)目落地
雖然與日本、北美、歐洲相比，我國(guó)在燃料電池領(lǐng)域起步較晚，且研究一度中斷，但近年來(lái)燃料電池再度成為熱點(diǎn)。受益于需求、政策拉動(dòng)，廣東、上海等地燃料電池項(xiàng)目紛紛落地。
比如，大連的新源動(dòng)力與中科院大連化物研究所正在進(jìn)行關(guān)于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目電堆項(xiàng)目的合作。開(kāi)發(fā)的HYMOD-300型車用燃料電池電堆模塊，成為我國(guó)首例自主研發(fā)的超越5000小時(shí)耐久性的燃料電池產(chǎn)品。
去年2017年9月，上海首個(gè)氫能源基礎(chǔ)設(shè)施投資建設(shè)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)成立，力爭(zhēng)在3至5年內(nèi)建成“環(huán)上海加氫站走廊”。
今年2月底，總投資大約8億人民幣的氫燃料電池膜電極產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目在廣州黃埔區(qū)正式落戶。
今年5月，濰柴動(dòng)力3.4億收購(gòu)全球先進(jìn)的固態(tài)氧化物燃料電池供應(yīng)商——英國(guó)錫里斯動(dòng)力20%股權(quán)，進(jìn)軍燃料電池市場(chǎng)。
宇通客車3輛氫燃料電池公交車即將投入鄭州公交線運(yùn)行，標(biāo)志著宇通客車自主研發(fā)、制造的氫燃料電池公交車全面進(jìn)入商業(yè)示范運(yùn)行階段。此前，成都、鄭州、張家口、廣州等地也相繼更換了一批燃料電池公交車……
“寧波作為重要的汽車生產(chǎn)基地，又具備完善的制造業(yè)，特別是新材料的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和大量工業(yè)副產(chǎn)氫的優(yōu)勢(shì)下，在燃料電池方面應(yīng)有發(fā)展的光明前景?！编w佳益表示，除了汽車，還可在無(wú)人機(jī)、倉(cāng)儲(chǔ)貨運(yùn)叉車、分布式發(fā)電和儲(chǔ)能等領(lǐng)域應(yīng)用。
總的來(lái)看，燃料電池產(chǎn)業(yè)主要分為上游的制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫站，中游的電池材料、電堆、系統(tǒng)、輔助部件，下游的交通、固定和便攜領(lǐng)域應(yīng)用等細(xì)分行業(yè)。
寧波市發(fā)改委有關(guān)負(fù)責(zé)介紹，目前寧波已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)業(yè)落地。比如，位于慈溪的寧波中科科創(chuàng)新能源科技有限公司，是寧波一家燃料電池相關(guān)企業(yè)。
這家甬企推出的高金屬載量催化劑適用于氫-氧（空）質(zhì)子交換膜燃料電池、直接醇類燃料電池、金屬-空氣電池和傳感器等產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平，并在市場(chǎng)中得到了檢驗(yàn)。
（中科院寧波材料官萬(wàn)兵團(tuán)隊(duì)。受訪者供圖）
而在燃料電池科研領(lǐng)域，中科院材料所官萬(wàn)兵團(tuán)隊(duì)主攻固體氧化物高溫燃料電池，在國(guó)內(nèi)外都處于領(lǐng)先水平。
據(jù)介紹，中科院寧波材料所燃料電池與能源技術(shù)事業(yè)部成立于12年前；2015 年 1 月，官萬(wàn)兵博士與王建新博士成立了新的研究組——陶瓷能源材料與電池研究組。新團(tuán)隊(duì)繼承了原有研究部的核心技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展，逐步形成了新的特色。
成立三年多來(lái)，在重點(diǎn)分析影響高溫燃料電池壽命問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了全新的結(jié)構(gòu)電池，并圍繞該結(jié)構(gòu)電池，分別布局了新材料與電池制備技術(shù)、電堆設(shè)計(jì)與集成、電解應(yīng)用等三大方面的研究。
有別于目前大家談?wù)摰谋容^的低溫氫燃料電池（PEMFC），固態(tài)氧化物燃料電池（SOFC）可以稱為“氧燃料電池”，具有自己的特點(diǎn)——
工作溫度通常在600~850℃，電極反應(yīng)速率大大提高，電解質(zhì)是固態(tài)陶瓷，避免使用鉑金等貴金屬催化劑，降低原料成本；
SOFC 排放出的高溫氣體含有極高的熱能，通過(guò)熱電聯(lián)供方式可將能量轉(zhuǎn)換效率提升到90%以上；
SOFC在大規(guī)模電站發(fā)電、分布式發(fā)電、移動(dòng)電源、儲(chǔ)能、汽車增程器等方面具有廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)緩解能源危機(jī)和降低碳排放具有重要意義。
（圖片來(lái)自EVTank微信公號(hào)）
有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)測(cè)算，2020年中國(guó)市場(chǎng)燃料電池的需求量將達(dá)到230.0MW，占全球的市場(chǎng)的比重由2015年的3.9%上升到14.4%。屆時(shí)，中國(guó)將成為全球主要的燃料電池生產(chǎn)和銷售國(guó)。
在官萬(wàn)兵看來(lái)，燃料電池已具備大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的能力，成本逐漸走低，未來(lái)燃料電池產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)迅速產(chǎn)業(yè)化階段。寧波應(yīng)該加快科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)聯(lián)動(dòng)，培育、布局產(chǎn)業(yè)鏈。
他希望，團(tuán)隊(duì)的成果能早日落地產(chǎn)業(yè)化。他樂(lè)于見(jiàn)到寧波像大連那樣，在燃料電池產(chǎn)業(yè)上有所建樹(shù)，后者依托中科院大連化物所，布局低溫燃料電池領(lǐng)域且引領(lǐng)全國(guó)發(fā)展。
新聞多一點(diǎn)
產(chǎn)業(yè)風(fēng)口
在業(yè)界看來(lái)，中國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體進(jìn)程較國(guó)外相對(duì)緩慢，技術(shù)創(chuàng)新相對(duì)滯后，大多集中在非核心技術(shù)領(lǐng)域的突破。而且，在投入非常有限的情況下，重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)現(xiàn)象卻非常嚴(yán)重。由于缺乏國(guó)家的引導(dǎo)，相關(guān)企業(yè)信心不足，讓產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展受到一定影響。
不過(guò)，這種情況在最近兩年有了改變。與國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車補(bǔ)貼不斷退坡的情形相反，對(duì)于燃料電池的補(bǔ)貼國(guó)家依然保持著較大的傾斜力度，補(bǔ)貼政策將一直持續(xù)到2020年。與此同時(shí)，燃料電池發(fā)展的安全問(wèn)題和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)成本也正在不斷變化升級(jí)。據(jù)了解，我國(guó)燃料電池相關(guān)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)59條。
地方上，上海市于去年底印發(fā)了《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》。明確了六大發(fā)展任務(wù)，分別是構(gòu)建應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式，即探索互聯(lián)網(wǎng)與新能源深度融合的燃料電池汽車創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)商業(yè)模式，設(shè)置燃料電池汽車商業(yè)運(yùn)營(yíng)示范區(qū)，開(kāi)展公共交通、定制共享班車、分時(shí)租賃等運(yùn)營(yíng)示范，牽引上海燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展；規(guī)劃加氫站建設(shè)，推動(dòng)環(huán)上海加氫站走廊、嘉定、崇明、上?；^(qū)、臨港等示范區(qū)域加氫站的規(guī)劃與建設(shè)；創(chuàng)建產(chǎn)業(yè)園區(qū)，推動(dòng)國(guó)際汽車城科技創(chuàng)新港、同濟(jì)科技園、外岡新能源汽車及關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)基地等燃料電池汽車相關(guān)園區(qū)建設(shè)，吸引人才、資金和產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)進(jìn)一步集聚，至2025年，在關(guān)鍵材料、零部件與核心產(chǎn)品領(lǐng)域，形成國(guó)內(nèi)頂尖，國(guó)際領(lǐng)先的龍頭企業(yè)3-5家；以及建設(shè)公共服務(wù)平臺(tái)、實(shí)施重大專項(xiàng)、設(shè)立產(chǎn)業(yè)基金。
（原文發(fā)布于2018年8月17日甬派客戶端）