燃料電池汽車的研究現(xiàn)狀

中國燃料電池汽車的發(fā)展前景如何？

中國燃料電池汽車駛向何方？

? 2000年的第一輪燃料電池汽車試運(yùn)行高潮過后，世界各國對燃料電池汽車的投入，已從建造示范汽車重新回到加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。因為科學(xué)家冷靜地認(rèn)識到，燃料電池汽車要走向商業(yè)化，必定是一場需要厚積薄發(fā)的“長跑”。
? 2006年8月17日，是我國燃料電池汽車研制進(jìn)程中一個特別的日子，由中科院大連化學(xué)物理研究所等自主研發(fā)的兩輛燃料電池觀光示范車，在大連市的星海廣場投入了交車的試運(yùn)行，中國的燃料電池汽車又前進(jìn)了重要的一步。

? 然而，比起幾年前“超越2號”燃料電池汽車等競相亮相時的情景，此次在大連的燃料電池汽車的試運(yùn)行似乎顯得冷清得多，沒有媒體大篇幅的報道，也沒有引起圈內(nèi)專家和坊間百姓過多的討論。科學(xué)家對此顯得頭腦異常地清醒：“此次它在大連的試運(yùn)行，主要的目的之一，是為了讓公眾提高對燃料電池汽車的認(rèn)識，知道一個淺顯的基本道理，雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)全球性的石油高價位局面，但即便將來世界上一滴汽油都沒有了，我們還能用氫源燃料電池開車。這也是為將來燃料電池產(chǎn)業(yè)化所作的一個輿論準(zhǔn)備。另一個目的，就是考核燃料電池的壽命?！?/P>

? “不是百米沖刺，而是厚積薄發(fā)的長跑”

? “氫源燃料電池汽車要真正走向商業(yè)化不是百米沖刺，而是厚積薄發(fā)的長跑?！敝袊こ淘涸菏?、大連化學(xué)物理研究所燃料電池工程中心總工程師衣寶廉，談到燃料電池汽車的未來走向感慨地說，這是經(jīng)過一連串的實驗、試運(yùn)行得出的結(jié)論。

? 燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它可以直接將貯存在燃料與氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。衣寶廉院士介紹，世界上第一輪燃料電池汽車研發(fā)高潮在2000年左右，當(dāng)時，美國、歐洲和日本的各大汽車生產(chǎn)廠家，無不都在加緊開發(fā)燃料電池技術(shù)，企業(yè)界尤其是各大汽車生產(chǎn)廠家看到燃料電池巨大的市場潛力，紛紛投入巨資，組成聯(lián)盟，進(jìn)行燃料電池車的相關(guān)研究、試驗與生產(chǎn)。各大汽車公司，包括奔馳、通用、豐田等都認(rèn)為，到2004年燃料電池車將能夠批量生產(chǎn)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。戴姆勒—克萊斯勒甚至宣稱，預(yù)計屆時燃料電池汽車的售價將降至每臺約1萬8100美元。美國能源部長佩耶1998年在接受《紐約時報》的采訪時也作出自己如意的預(yù)測：燃料電池進(jìn)入家庭、汽車和其他領(lǐng)域的步伐將比人們的想象要快得多。

? 我國關(guān)于燃料電池車研究的競爭也非常激烈。長期從事氫源燃料電池研究的中科院大連化物所，早在上個世紀(jì)90年代初期，就開始對氫源質(zhì)子交換膜燃料電池的研究。1996年底，這一研究得到國家科技部、中科院、國家自然基金委的經(jīng)費支持，并在國家“九五”計劃中立項。2000年，大連化物所研發(fā)出第一臺質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機(jī)，并與中科院電工所、二汽集團(tuán)合作，組裝出了一臺燃料電池中巴車，于2001年進(jìn)行了試運(yùn)行。隨后不久，又組裝了一臺30千瓦功率的燃料電池中巴車。“當(dāng)時，我們許多人都樂觀地估計，燃料電池汽車已經(jīng)到了產(chǎn)業(yè)化的前夕?！背筮B化物所外，至2004年，國內(nèi)在北京、上海等地，陸續(xù)出現(xiàn)了燃料電池汽車的試運(yùn)行，當(dāng)時許多人同樣懷有迎接臨盆嬰兒般的喜悅期待：燃料電池汽車已經(jīng)“接近‘走出實驗室，實行量產(chǎn)’的大門”。

? 然而，事實卻并非預(yù)料中的那么樂觀。2003年7月，最早將燃料電池汽車投入商業(yè)運(yùn)營之一的日本豐田汽車公司，召回了其出租的6輛燃料電池汽車，并宣布推遲另外6輛燃料電池汽車的租賃。原因是儲存氫燃料的高壓氫氣罐，它在加注氫氣時出現(xiàn)了泄漏。幾乎與此同時，各個國家都在燃料電池汽車的試運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)了一系列防不勝防、需要馬上就解決的難題。目前，國際社會關(guān)于燃料電池汽車未來的預(yù)測是，“要達(dá)到產(chǎn)業(yè)化至少要到2015之后”，第二次試運(yùn)行高潮將出現(xiàn)在2010年左右。

? 電池壽命決定研究生擇業(yè)

? 可以說，2004年左右實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的預(yù)測以失敗告終，但世界各國對燃料電池汽車研究的熱情有增無減。“世界范圍內(nèi)已經(jīng)‘燒’掉了幾百億美元，市場潛力又十分巨大，誰也不愿意就此停頓下來?！弊鳛槲覈剂想姵匮芯康牡谝淮H歷者，衣寶廉院士相當(dāng)感慨。

? 當(dāng)前，國際上燃料電池汽車又進(jìn)入了第二輪研究，與早些年的熱血沸騰、躊躇滿志相比，現(xiàn)在人們對燃料電池車的研究持更加冷靜的態(tài)度。2000年之前，各國主要是投入造車和示范，從2001年到現(xiàn)在，各國在繼續(xù)進(jìn)行示范的同時，都將重點重新轉(zhuǎn)向應(yīng)用基礎(chǔ)研究。希望通過研究燃料電池各種基礎(chǔ)性的問題，找到解決車用燃料電池壽命問題的根本辦法。（例如研究氫能本身的技術(shù)問題、制氫和儲氫技術(shù)、高效的氫能轉(zhuǎn)換技術(shù)等。）即找到解決車用燃料電池（汽車的動力源）動態(tài)響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性與降低貴金屬擔(dān)量等影響電池壽命、成本的辦法。

? 質(zhì)子交換膜燃料電池具有可在室溫下快速啟動、負(fù)載響應(yīng)快的特點，成為交通運(yùn)輸領(lǐng)域如電動汽車等和各種可移動電源的最佳候選者?！八鳛槿剂想姵仄囎顬楹诵摹⒆顬橹匾牟考?，其實關(guān)鍵也就在那一張膜，現(xiàn)在科研人員希望研究出增強(qiáng)的、自增濕的，在中溫120攝氏度左右的復(fù)合質(zhì)子交換膜，以提高燃料電池的壽命和性能，包括如何解決動態(tài)響應(yīng)對電池性能的影響等?！币聦毩菏空f得比較“專業(yè)”。

? 記者在采訪中詢問，燃料電池觀光車在大連試運(yùn)行，是否預(yù)示著它能于近期在全國推廣，無論是致力于燃料電池研究已30年的衣寶廉院士，還是大連化物所燃料電池聯(lián)合實驗室主任張華民研究員等，科學(xué)家們都顯得格外出奇的冷靜。張華民指出，燃料電池汽車要成為真正的商品，要與現(xiàn)在非常成熟的內(nèi)燃機(jī)車在各個方面進(jìn)行競爭，必須解決壽命、成本、穩(wěn)定性、耐久性、環(huán)境適應(yīng)性等諸多問題，其中最為關(guān)鍵的是壽命和成本問題。

? “壽命和成本，是在第二輪應(yīng)用基礎(chǔ)研究中，各個國家首先要早日解決的關(guān)鍵問題?！币聦毩菏恳步榻B，對2015年實現(xiàn)氫源燃料電池車商業(yè)化的第二次預(yù)測能否實現(xiàn)，解決以上兩個問題的時間表將起到?jīng)Q定性的作用。其中，擺在第一位的是在2010年左右能否解決電池壽命問題，只有這個問題得到徹底解決，燃料電池汽車才能走向成功，否則一切都無從談起。但如果燃料電池汽車的電堆動態(tài)壽命能達(dá)到5000小時以上，接下來的降低成本，主要靠關(guān)鍵零部件的批量生產(chǎn)和降低鉑擔(dān)量，難度相對較低。

? 現(xiàn)在國際上每輛氫源燃料電池汽車的成本，一般在100萬美元到200萬美元之間，造價的確非常昂貴，“因為現(xiàn)在這些氫源燃料電池汽車的打造，基本都是人們用一雙雙手‘摳’出來的，如果能實現(xiàn)流水線上的批量生產(chǎn)，成本自然而然也就降下來?？梢哉f，解決壽命問題是能否實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化最關(guān)鍵的判據(jù)”。

? 美國總統(tǒng)布什前些時候曾推斷，美國現(xiàn)在的小孩到了今后他們可以開車的年齡，可以方便地買到燃料電池汽車，而且在社區(qū)附近就可以加氫。關(guān)于燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化期限，衣寶廉也頗有信心地認(rèn)為，可以用5年的時間解決電池的壽命問題，再用5年的時間解決電池成本問題。

? “我認(rèn)為，出現(xiàn)第二代氫源燃料電池示范車的高峰，應(yīng)該是在2010年前后?！币聦毩畬ψ约赫龓У难芯可v，“你們畢業(yè)后的工作好不好找，就看2010年這個節(jié)點，如果到時候燃料電池壽命能達(dá)到設(shè)計要求，說明燃料電池汽車可以實現(xiàn)工業(yè)化，屆時你們就能找到很好的工作、得到較高的薪酬。”

? 衣寶廉和布什的推斷基本相同，只不過布什的描述更為形象化，科學(xué)家的描述更有邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性罷了。

? 工程中試放大由誰買單？

? “我們大連化物所得到了中科院知識創(chuàng)新工程的支持，前些年基礎(chǔ)研究攢下的后勁很足，技術(shù)儲備雄厚。今年，國內(nèi)大汽車集團(tuán)想介入燃料電池發(fā)動機(jī)的研發(fā)，他們經(jīng)過多方的認(rèn)真評估，最后燃料電池的研發(fā)還是選定大連化物所。這也說明，中科院實施的知識創(chuàng)新工程起了很大作用?！币聦毩f。

? “但應(yīng)用基礎(chǔ)研究只是一方面。我們所雖然取得的成果很多、發(fā)表的文章也很多，但是成果一時還不能拿到真正的汽車上應(yīng)用，就是不能實現(xiàn)工程放大?；A(chǔ)研究與工程中試放大這兩張皮的脫節(jié)問題該怎么解決？”張華民像是在自問自答。

? 談到車用燃料電池的工程中試放大，衣寶廉顯得格外憂慮：“工程放大對車用燃料電池的研究非常重要，不進(jìn)行工程放大、不把我們開發(fā)的技術(shù)放到真正的汽車上應(yīng)用，永遠(yuǎn)不知道我們以后生產(chǎn)出來的車用燃料電池，在汽車開到路上時會出現(xiàn)什么問題?！?/P>

? 張華民介紹，剛剛在大連投入示范運(yùn)行的兩輛觀光旅游車，是大連市政府撥款200萬元，大連化物所用多年積累的“863”技術(shù)設(shè)計開發(fā)的。其實就是希望通過示范車，檢測考驗燃料電池技術(shù)存在的問題，并通過長時間的運(yùn)行來發(fā)現(xiàn)新問題，以便研究人員在今后的研究中可以對此進(jìn)行改善，最終推動車用燃料電池技術(shù)的發(fā)展。

? 然而，像大連市政府這樣富有遠(yuǎn)見的支持可遇而不可求。張華民說：工程放大始終是制約我國車用燃料電池技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸。目前，政府部門投入的科研經(jīng)費，主要是用以支持燃料電池的基礎(chǔ)研究，那么，工業(yè)放大的大筆經(jīng)費該去哪里找？

? “雖然國內(nèi)很多汽車集團(tuán)對燃料電池很感興趣，但是投入工程放大至少需要幾千萬元，一旦失敗，幾千萬元就一去無返地打了水漂，對企業(yè)來說風(fēng)險實在太大，一般都不敢輕易投入。我雖然同時身兼大連新源動力董事長，但公司的總共股本也就6000多萬元，新源動力不是不想冒著風(fēng)險上項目，但它不是幾十萬、幾百萬元的小打小鬧，若要投幾千萬元就顯得力不從心，我也說服不了公司各家股東拿這么多的錢來投?！币聦毩菏靠嘈?。大連化物所是新源動力股份有限公司的主要股東，衣寶廉是新源動力名義上的“老板”，又是大連化物所實際在編的人員，面臨如此棘手的兩難選擇，他無計可施也情有可原。

? “以前發(fā)展燃料電池的投資者主要是政府，而今公司已成為發(fā)展燃料電池、尤其是燃料電池電動車的投資主體。世界上所有的大汽車公司與石油公司，均已介入燃料電池車的開發(fā)?！币聦毩谒麅赡昵熬帉懗霭娴摹度剂想姵亍芬粫?，曾經(jīng)援引了下面這樣一組權(quán)威數(shù)據(jù)：“短短幾年時間，投入約80億美元，研制成功的燃料電池汽車達(dá)到41種，其中轎車/旅行車24種、城市間巴士9種、輕載卡車3種。2003年美國又宣布了一個投資25億美元的發(fā)展燃料電池汽車的計劃（Freedom Car），其中國家撥款15億美元，三大汽車公司投資10億美元?！?/P>

? 燃料電池的工程中試放大究竟該由誰買單？該到哪里去尋找大筆資金的投入支持？這是車用燃料電池技術(shù)從“觀賞”變成“實用”的關(guān)鍵所在，它成了目前大連化物所科研人員非?！邦^大”的問題。

? 誠如衣寶廉院士所說，燃料電池汽車從研制開發(fā)，直至最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，是一場需要厚積薄發(fā)的長跑，無論是體力，還是毅力和耐力，都對運(yùn)動員是個嚴(yán)峻考驗。

? 能不能實行政府和企業(yè)的AA制，找出一個最合理而且最公平的“買單”辦法？

? 為了今后不僅僅是“觀光”

? 美麗的大連有她的多張名片，比如，大連的美女騎警，大連的星海廣場等，現(xiàn)在，大連又有了她的一張新名片。據(jù)大連市的一份《燃料電池游覽車示范項目實施方案及進(jìn)展報告》介紹，“中科院大連市新能源示范基地將作為大連市的又一亮麗的名片，進(jìn)一步提升大連市著眼未來發(fā)展及和諧潔凈的城市品位。”

? 大連市已經(jīng)駛向星海廣場的燃料電池示范車，就是大連市新能源示范基地示范內(nèi)容之一。

? 由中科院大連化物所和大連新源動力公司共同主持，除了已經(jīng)完成的燃料電池示范車項目，亦即在星海廣場運(yùn)行的觀光游覽車，今后還將包括某些公交線路，向大連市各界和前來大連旅游的人士展示不依賴于以石油能源為燃料，而是以氫源為替代燃料、以燃料電池為發(fā)動機(jī)的未來新能源利用新模式。

? 不久前，由大連市發(fā)改委主持申報成功的國家燃料電池及氫源技術(shù)國家工程中心，其建設(shè)方案已經(jīng)得到了國家發(fā)改委的認(rèn)可，正式啟動并進(jìn)入建設(shè)階段。工程中心的重要建設(shè)內(nèi)容之一，就是建立中國燃料電池技術(shù)轉(zhuǎn)化和示范的基地。同時由于還決定，在七賢嶺高新技術(shù)園區(qū)內(nèi)建設(shè)大連化物所國家工程中心產(chǎn)業(yè)園區(qū)、大連市新能源示范基地將建設(shè)在該園區(qū)。

? 據(jù)知情者介紹，中國科學(xué)院、英國BP公司、中國石化公司已表示將參加大連新能源示范基地的建設(shè)，大連市政府已對該建設(shè)項目進(jìn)行相關(guān)協(xié)調(diào)和組織推動，國家科技部也將給予相關(guān)的經(jīng)費支持。

? 大連星海廣場上運(yùn)行的燃料電池觀光示范車，作為大連市燃料電池示范車項目內(nèi)容之一，展示的是相對比較簡單的技術(shù)。比如為了提高燃料電池的效率和壽命，采用了燃料電池和蓄電池混合，也就是電—電的混合，而不是內(nèi)燃機(jī)和電池的混合，這樣車在剛啟動的時候，蓄電池可以“幫一下忙”。

? 星海廣場的觀光車，燃料電池輸出功率只有5kW，儲氫容器為碳纖維增強(qiáng)金屬瓶。該車在2006年4月至10月運(yùn)行，也就是說，它在大連市最好的旅游觀光季節(jié)展示，每天只有5小時，計劃運(yùn)行兩年?！胺凑褪悄敲磧奢v觀光車，燃料用完了加加氫就可以，燃料電池可以更換?！币聦毩菏空f。

? 觀光車上配有VCD（車載電視），雖然那只是雕蟲小技，但也可以從中看出設(shè)計者的良苦用心，觀光乘車的時候可以隨車播放光盤介紹燃料電池技術(shù)，“因為新技術(shù)的普及首先要讓老百姓都理解”。

? 或許應(yīng)該為大連市在星海廣場的這張名片上，疊加了“新能源示范基地”這張新名片而喝彩。

? 但我們在為大連市如此舉動喝彩的同時，也多少為我國燃料電池汽車未來的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程擔(dān)憂。

? 其實，我國擁有燃料電池示范車的城市，大連既不是唯一的一個，更不是最早的一個。據(jù)估算，北京市現(xiàn)在最起碼就有3臺要迎接奧運(yùn)的示范車，在聯(lián)合國環(huán)境署（UNDP）經(jīng)費支持下，由清華大學(xué)做整體負(fù)責(zé)單位。北京市預(yù)計今年投入使用的公交汽車將達(dá)到200輛,這種“零污染”的燃料電池公交汽車上，前端車頭的上方，液晶大字赫然顯示著“科技示范線”。武漢市也有以武漢理工大學(xué)為主研制的示范車。上海市有5臺“超越”轎車投入示范，同濟(jì)大學(xué)做整體負(fù)責(zé)單位。

? 燃料電池發(fā)動機(jī)的研制，現(xiàn)在國內(nèi)的科研主力有中科院大連化物所、上海神力公司，而大連化物所派生出來的新源動力公司，也可算做是三足鼎立其間的一家。新源動力公司主要為上海的“超越”轎車提供發(fā)動機(jī)，大連化物所則主要為北京城市客車提供發(fā)動機(jī)。

? 按國家科技部的要求，參與燃料電池汽車“863”重大專項計劃的科研攻關(guān)，每個重要的元部件都有兩個以上的單位參加競爭。目前，我國主要為轎車提供燃料電池的，是新源動力公司和上海神力公司；主要為城市客車提供燃料電池的，則是大連化物所和上海神力公司。

? 縱觀中國燃料電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，可謂一路跌跌撞撞、步履蹣跚。直至今天，盡管我們的燃料電池汽車還只能是為了“觀光”，而不能由尋常百姓真正駕駛著開上通衢長街，但我們依然無畏無懼，繼續(xù)奮然前行。

? 當(dāng)然，即使走到“觀光”這一步，中國燃料電池汽車技術(shù)已屬不易；但它的下一步，它從“樣品”和“展品”變成真正的規(guī)模產(chǎn)品，仍是清晰可見的一路坎坷。