燃料電池汽車的概念已經(jīng)在社會(huì)中推廣很多年，相比于傳統(tǒng)汽車，燃料電池汽車具有零排放和零污染的特點(diǎn)。另外，燃料電池汽車同時(shí)可以減少人類社會(huì)對(duì)非可再生能源——石油的依賴。隨著燃料電池技術(shù)的發(fā)展，其工作效率可以超過傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒效率的兩倍，而且燃料電池固定零件及運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)零件數(shù)量的40%和10%[1]，這就決定其運(yùn)行穩(wěn)定性和維護(hù)簡便性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)。燃料電池汽車雖然現(xiàn)階段尚未廣泛普及，生產(chǎn)成本仍然略高、各項(xiàng)技術(shù)有待改進(jìn)，但是無法否認(rèn)，其優(yōu)勢(shì)給予人們美好的愿景，所以燃料電池汽車必將是社會(huì)藍(lán)圖的重要一部分。

除了燃料電池之外，燃料電池汽車中最重要的部分為儲(chǔ)氫系統(tǒng)。氫氣一般狀態(tài)為氣態(tài)，無法像汽油一樣在常溫常壓下大量存儲(chǔ)。對(duì)此已經(jīng)存在多種有效的解決方法：現(xiàn)階段在全球廣泛應(yīng)用于燃料電池車的是高壓儲(chǔ)氫技術(shù)，在車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)中施加高壓(35-70Mpa)來儲(chǔ)存5-8kg氫氣。儲(chǔ)氫系統(tǒng)已由2個(gè)碳纖維復(fù)合材料氣罐取代以往的4個(gè)復(fù)合鋼材氣罐，罐內(nèi)氫氣可供應(yīng)汽車平均行駛500公里。盡管這樣的儲(chǔ)氫系統(tǒng)還沒有做到如同汽車汽油儲(chǔ)罐一樣體積小、重量輕，但是在現(xiàn)階段成本效益是最高的;另一種解決方法是低溫儲(chǔ)氫技術(shù)，將車載氫氣降溫至-253°C(-423°F)。因?yàn)闅錃庠谝簯B(tài)時(shí)密集度最高，儲(chǔ)量會(huì)高于高壓儲(chǔ)氫。但是，低溫儲(chǔ)氫技術(shù)仍存在一些難點(diǎn)需要攻克，例如氫氣蒸發(fā)、氫氣液化耗能高和低溫儲(chǔ)罐成本高等;近年來，固體吸收儲(chǔ)氫成為一種新的高效儲(chǔ)氫方式受到廣泛關(guān)注。使用該技術(shù)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，被認(rèn)為是長期儲(chǔ)氫的最好的解決方法。另外，梅賽德斯奔馳(Mercedes-Benz)推出一種新型燃料電池汽車，型號(hào)F125，使用的儲(chǔ)氫技術(shù)為“金屬-有機(jī)物框架儲(chǔ)氫技術(shù)(MOF)”。該技術(shù)利用多孔金屬結(jié)構(gòu)高效吸收或釋放所需的氫氣。制氫行業(yè)內(nèi)，該技術(shù)也已得到應(yīng)用：例如安思卓新能源公司(www.verdellc.com)已率先采用固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，大幅提高了設(shè)備存儲(chǔ)效率。隨著該技術(shù)的發(fā)展，有希望10年后取代高壓儲(chǔ)氫技術(shù)，使燃料電池汽車行駛的更遠(yuǎn)、更安全。

對(duì)于燃料電池汽車的普及，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)至關(guān)重要。廣泛應(yīng)用于精煉廠至加油站的石油運(yùn)送系統(tǒng)顯然不適合應(yīng)用于氫能源。為了生產(chǎn)、運(yùn)輸和為大量用戶加氫，必須建立新的加氫、儲(chǔ)氫和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。美國屬于燃料電池汽車發(fā)展在世界前列的國家，根據(jù)2013年美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[2]，全國正在運(yùn)行的公共加氫站13個(gè)，其余實(shí)驗(yàn)性、企業(yè)或其他私人加氫站數(shù)十個(gè)，其中包括可口可樂公司(Coca-Cola)，梅賽德斯奔馳(Mercedes-Benz)，西斯科公司(Sysco)，聯(lián)邦快遞(FedEx)和安思卓新能源公司(Verde)等國際知名企業(yè)，2014年計(jì)劃建設(shè)中的公共加氫站超過20個(gè)，私人燃料電池汽車數(shù)量近1500輛，預(yù)計(jì)2015-2017年，燃料電池汽車與公共加氫站數(shù)量將急速增長。而對(duì)于我國，現(xiàn)階段使用中的加氫站僅有2個(gè)(上海安亭加氫站與北京加氫站)，燃料電池汽車主要為公共交通車輛。但是，為減少汽油能源依賴性以及改善環(huán)境問題，國家近幾年發(fā)布各項(xiàng)政策(包括“863”、“973”等科技項(xiàng)目以及國家財(cái)政部文件[3])大力推動(dòng)新能源發(fā)展，其中包括2014年新政策高額獎(jiǎng)勵(lì)加氫站的建設(shè)。據(jù)悉，安思卓新能源公司已在籌建中國首例商業(yè)化運(yùn)行的加氫站，建成后將可提供每天200公斤以上的氫氣，服務(wù)超過40輛家用型車輛，或者10輛大型車輛。

如果沒有足夠的加氫站，沒有人會(huì)愿意購買燃料電池汽車。所以，燃料電池汽車普及過程中非技術(shù)性環(huán)節(jié)的挑戰(zhàn)是顧客如何能夠方便快捷的進(jìn)行加氫。對(duì)于這種現(xiàn)狀，除大力建設(shè)加氫站基礎(chǔ)設(shè)施外，民用微電網(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)加氫站是有希望的解決途徑之一，如圖一所示。民用微電網(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)加氫站為私人家庭使用，通過太陽能或風(fēng)能產(chǎn)生電力，使用電水解制氫技術(shù)制氫或天然氣重整制氫技術(shù)，其聯(lián)合設(shè)計(jì)可為民居提供供冷/暖氣和電力，為燃料電池汽車供應(yīng)氫氣燃料。使用電水解制氫的微電網(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)加氫站不僅可以為汽車提供能源、為民居供電供暖，同時(shí)二氧化碳的排放為零。就算是用天然氣重整制氫方法，與以前傳統(tǒng)生活方式相比，二氧化碳排放量也會(huì)降低30%。

圖一：民用微電網(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)加氫站示意圖

當(dāng)今社會(huì)，越來越多的企業(yè)認(rèn)同燃料電池汽車在不久的將來會(huì)普及到社會(huì)的每一個(gè)角落，并且近幾年業(yè)界意識(shí)到加氫站建設(shè)的重要性，開始投入大量資金、科研力量對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造，其中包括巴拉德動(dòng)力公司(Ballard)、本田汽車公司(Honda)、安思卓新能源公司(Verde)等。其中安思卓公司的技術(shù)及產(chǎn)品十分引人關(guān)注，如圖二所示[4,5]，其產(chǎn)品利用風(fēng)能、太陽能不連續(xù)性的特點(diǎn)，對(duì)富?？稍偕茉催M(jìn)行智能化電水解制氫，提高可再生能源利用率，解決可再生能源發(fā)電無法并網(wǎng)能源浪費(fèi)的同時(shí)，生產(chǎn)氫氣以解決燃料電池燃料供應(yīng)問題，而且做到了二氧化碳零排放。同時(shí)，公司針對(duì)加氫站開發(fā)設(shè)計(jì)試驗(yàn)樣機(jī)已在美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室開機(jī)運(yùn)行。隨著技術(shù)的發(fā)展，公共與私人加氫站的廣泛建立，燃料電池汽車必會(huì)在全球廣泛普及。

圖二：加氫站加氫設(shè)備示意圖

對(duì)于氫燃料汽車的普及，一般大眾還會(huì)關(guān)注什么問題?顯而易見，安全性、購買成本及保養(yǎng)成本會(huì)是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，汽車燃料電池的成本從2002年的每千瓦248美元降至2010年的每千瓦42美元[6]。本田(Honda)、豐田(Toyota)、奔馳(Mercedes-Benz)等多個(gè)汽車制造商均在這幾年推出燃料電池汽車進(jìn)入市場，汽車售價(jià)已低至45,000美元，并提供用戶8年/100,000英里的保修。通過Adzic等人的研究發(fā)現(xiàn)，通過改變、優(yōu)化燃料電池催化劑會(huì)大大延長燃料電池的壽命和可靠性。盡管人們對(duì)燃料電池汽車的安全性可能存在疑問，但是實(shí)際上，燃料電池汽車和傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機(jī)汽車的安全性是接近的，燃料電池汽車甚至更安全：豐田公司[7]對(duì)其車載儲(chǔ)氫罐進(jìn)行了槍擊測試，小口徑手槍無法穿透儲(chǔ)罐，而50毫米槍支(M2或狙擊步槍)僅穿透儲(chǔ)罐發(fā)生氫氣泄漏，無爆炸。對(duì)于新事物，我們只是需要時(shí)間讓公眾接受。

毋庸置疑，在下面三五年內(nèi)，燃料電池汽車及加氫站將越來越多出現(xiàn)在我們的日常生活中。我們堅(jiān)信20-30年后，燃料電池汽車會(huì)作為主要地面交通工具最終取代傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機(jī)汽車，對(duì)于飛機(jī)或輪船使用燃料電池技術(shù)的年代也不會(huì)久遠(yuǎn)。第三次工業(yè)革命正在悄然發(fā)生中!

參考文獻(xiàn)：

1.http://www.gmfleet.com/overview/alternative-fuel-vehicles.html

2.http://www.afdc.energy.gov/fuels/stations_counts.html

3.《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》(國辦發(fā)〔2014〕35號(hào))

4.http://www.verdellc.com/JInnovation.asp

5.http://www.verdellc.com/JPress.asp

6.USDOE,HydrogenProgram:ProgramRecords5005,8002,8019,9012,and10004.

7.https://parts.olathetoyota.com/fuel-cell-myths.html

*作者介紹：NickNi是安思卓新能源有限公司市場總監(jiān)，幫助公司推動(dòng)了富余風(fēng)力、太陽能制氫的全球市場。幫助安思卓(南京)新能源有限公司參與國家科技部“863科技計(jì)劃”課題，填補(bǔ)了中國新能源儲(chǔ)能市場的空白。該公司與美國最大國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)合作，在制氫和儲(chǔ)氫方面擁有多項(xiàng)國際領(lǐng)先水平的專利技術(shù)，其產(chǎn)品可以在各種惡劣和不穩(wěn)定環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，受到業(yè)內(nèi)高度認(rèn)可。

公司介紹：安思卓(南京)新能源有限公司是世界第一個(gè)能將不穩(wěn)定的可再生能源完全高效轉(zhuǎn)化為氫能進(jìn)行存儲(chǔ)和再利用的公司，其主營業(yè)務(wù)為風(fēng)力、太陽能等新能源制氫儲(chǔ)能，利用富余的可再生新能源制備氫氣。公司在制氫和儲(chǔ)氫方面擁有多項(xiàng)國際領(lǐng)先水平的專利技術(shù)，產(chǎn)品可以在各種惡劣和不穩(wěn)定環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。公司與美國最大的新能源實(shí)驗(yàn)室(國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL)合作多年，核心技術(shù)已成功申請(qǐng)多項(xiàng)美國國家專利。經(jīng)過多年發(fā)展，公司已經(jīng)在世界100多個(gè)國家和地區(qū)建立了客戶關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，目前已成為世界上最大的氫能源公司之一。公司在美國擁有6條國際先進(jìn)水平的柔性設(shè)備生產(chǎn)線，可以加工各種苛刻要求的定制制氫設(shè)備。安思卓(南京)新能源有限公司參與國家科技部“863科技計(jì)劃”，填補(bǔ)了中國新能源儲(chǔ)能市場的空白。