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“双碳”目标下氢能与燃料电池产业发展的思变新特点

2022-1-5 17:25 5737 0 来自: 能源界
简介
【汽车碳中和】碳达峰、碳中和“双碳”目标,成为2021年高频词汇。相较于起步较早的发达国家,我国要实现“双碳”目标,时间紧,任务重。在此背景下,氢能与燃料电池产业迎来了发展机遇。“牵一发而动全身”,从前端 ...

【汽车碳中和】碳达峰、碳中和“双碳”目标,成为2021年高频词汇。相较于起步较早的发达国家,我国要实现“双碳”目标,时间紧,任务重。在此背景下,氢能与燃料电池产业迎来了发展机遇。“牵一发而动全身”,从前端制氢到关键技术,从终端应用场景到基础设施建设,氢能与燃料电池的产业链较长、覆盖面广。随着近几年的快速发展,各行业在打通产业链条、掌握关键技术,降低运营成本,探索商业应用模式等诸多课题上作出努力。站在关键期和窗口期,产业将发生哪些新变化?

第三届氢能及燃料电池产业发展技术论坛上,行业专家和企业代表展开讨论,思想碰撞,共议氢能与燃料电池产业创新之路。

“双碳”目标下的机遇与挑战

中国电子节能技术协会理事长黄建忠在致辞中明确指出发展氢能产业的重要意义:“随着我国碳达峰、碳中和'双碳’目标的确定,氢能已经成为应对气候变化、建立脱碳社会的重要能源之一。当前欧美日韩等发达国家在纷纷制定氢能路线图,加快推进氢能产业技术研发和产业化布局。我国作为世界上最大的发展中国家,加快实施碳达峰、碳中和'双碳’目标,为全球应对气候变化做出我们应有的贡献。大力发展氢能产业,应该成为我国新时期新能源战略布局的一个重要举措。”

中国电子节能技术协会理事长 黄建忠

当前,产业面临哪些机遇与挑战?加拿大国家工程院院士叶思宇博士作了《双碳目标下燃料电池关键材料创新研发及产业化的挑战和机遇》主题发言,总结了四点。

一、氢燃料电池具有广泛的应用前景,目前正处于大规模商业化的初期。国家首批燃料电池示范城市群正式启动示范将极大地加速氢燃料电池的自主化和商业化进程。

二、氢燃料电池大规模商业化目前仍然面临着严峻的成本挑战,而规模化和进一步的技术进步以及全产业链的健康发展将带来成本的迅速下降。

三、产业化导向的政、产、学、研、用的紧密合作是促进氢燃料电池持续技术进步的最佳途径;氢燃料电池全产业链多层级工程化验证过程的密切配合是我国研发和产业化发展的巨大优势。

四、氢能是实现双碳目标的重要途经之一,已成为许多经济体碳中和投资计划的核心要素。氢能与风能、太阳能等可再生能源一起,构成完整的绿色能源系统。

加拿大国家工程院院士 叶思宇

国家发改委能源研究所副研究员刘坚分析,在实现双碳目标的不同阶段,氢能是在各种节能化技术里的决项之一,特别在中后期其战略意义非常重大。从技术层面来讲,绿氢在发展后期具有较大优势,是合理优化我国能源系统的转型成本的方案之一。

“氢能产业的生产、储运、消费等环节与目前的电力行业相比有较大的差距。”刘坚指出,氢能产业链目前存在的挑战包括,绿氢生产成本较高;储运环节存在较多的短板;绿氢在工业领域的应用,需要工艺流程、整体的工艺设计的优化与创新。同时,他建议完善电解水制氢、储氢标准技术体系。

在标准体系建设方面,中国电子节能技术协会燃料电池与氢能产业专委会副秘书长杨清雨介绍,推动行业双碳目标的实现,氢燃料标准体系有待进一步完善,包括燃料电池应用领域技术要求方面的标准、关键元器部件的技术及产品标准,以及绿色制造及双碳方面的标准等。

中国电子节能技术协会燃料电池与氢能产业专委会副秘书长杨清雨

商业化探索策略多样化

面对机遇与挑战,如何实现产业化?这是业内各领域思考和实践的问题。

“结合我国氢能产业发展现状,预计燃料电池重型载货车会在未来 5-10年内实现商业化运营,逐步替代传统燃油车市场。”广东国鸿氢能科技有限公司副总经理燕希强表示,燃料电池重型载货车具备节能环保、续驶里程长、使用便捷等优势,是我国商用车转型升级的重要发展方向,其大规模的市场应用能够为我国降低石油消耗、减少污染物排放等工作提供强力支撑。

广东国鸿氢能科技有限公司副总经理 燕希强

除道路车辆领域外,佛山攀业氢能源科技有限公司选择了船舶、叉车、电动自行车等商业化路径探索。总经理施涛认为:“非车辆应用跨度大、应用场景多,通用性或工具类的产品市场规模大,对成本敏感性较高。”他从市场容量、应用领域、性能优势等方面,全面解释了氢能与燃料电池在上述领域应用的前景及挑战,并提出企业研发的产品必须有价值,如叉车提升运作效率,电动自行车真正解决用户在不同工况下满足最后一公里的出行需求。

佛山攀业氢能源科技有限公司总经理 施涛

浙江氢航科技有限公司总经理刘海力带来了“氢动力航空的实践和未来”。他分析,相较锂电池,氢燃料电池具有能量密度高、寿命长、单位航时成本低等优势。未来,他判断,1)通过膜电极性能提升和涡轮增压的高温燃料电池(HTPEM)技术,功率密度可超过1500W/kg,高于欧洲氢动力航空目标。2)III型碳纤维无人机气瓶达7%左右,IV型气瓶更有储氢优势,能达10%以上。 3)液氢具有更高的储氢比,伴随液氢动力发展,会有新型燃料电池、电机和新型喷气发动机出现。

企业“求变”新特点

随着近几年的产业快速发展,业内最活跃的燃料电池企业也发生了转变,这将对氢能与燃料电池产业格局带来新的变化。

作为成立二十周年的“老兵”,新源动力股份有限公司在持续探索中总结经验,发现了四个变化。总经理助理李汉斌表示这也是公司未来努力的方向。具体来看,产品端——产品迭代速度加快,产品可靠性、耐久性是生命,新源动力要付出100%的努力来做这件事情;客户端——坚持品质第一,持续降本,快速售后服务响应;产业端——产业链需要同心协力,共建氢能生态圈;能源端——先期用低成本的副产氢,后期可考虑大规模可再生能源制氢。

新源动力股份有限公司总经理助理 李汉斌

风氢扬氢能(上海)有限公司总经理刘军瑞在探索中发现:“一个好的燃料电池系统企业不光懂电堆、懂系统,还要懂整车、懂客户。”基于此,风氢扬氢能提供“全栈式”系统解决方案,并全面布局核心产品,覆盖3kW-300kW全功率、多场景的应用。

风氢扬氢能(上海)有限公司总经理 刘军瑞

此外,上海泽氢能源科技有限公司创始人赵璇介绍,从氢能无人机到氢燃料汽车运营的身份转变,目前公司正在联合生态合作伙伴,构建基于“数字氢能”的氢能源生态创新的营销商业模式,创造市场有效需求。

上海泽氢能源科技有限公司创始人 赵璇

关键技术进一步突破

当然,变化的过程中,不变的是“掌握关键技术”的铁律,这是产业实现“自主化”、快速发展的基础。

会上,北京氢璞创能科技有限公司研发总监朱俊娥分享了大功率模压复合板电堆技术研究成果。氢璞通过关键材料国产化、生产工艺自动化两个抓手,实现了材料、极板、极板的密封、电堆的封装、测试等各环节的自主化。同时,通过材料配方的调配、基于环境友好性,公司研发出适应批量化生产的复合材料。目前,氢璞一款大功率复合板电堆的功率密度(堆芯)可达4.0kW/L。

北京氢璞创能科技有限公司研发总监 朱俊娥

在催化剂方面,中自环保科技股份有限公司周卫江博士提出了针对铂基电极催化剂的高电位耐久性的提高策略及方法:从原材料、制备工艺及后处理等方面着手,既要强化和修饰载体材料、采用更有利于批量化生产的工艺技术,还要在铂碳初级产品的基础上进行必要的后处理或功能修饰。在材料方面,采用石墨化程度较高的碳载体材料,并经过必要的表面功能化处理后,既可保障铂基纳米粒子的分散度,又能在一定程度上提升催化剂的耐久性。在后处理工艺上,碳载铂基催化剂的后处理工艺及条件对提升其耐久性效果更为直接明显。

中自环保科技股份有限公司 周卫江博士

中国科学院广州能源研究所闫常峰博士分享了PEM水电解制氢技术研究进展。通过采用“大电流”的设计方法,中科院广州能源研究所已在催化剂、膜电极、电堆等方面均取得技术突破,从而进一步降低成本。

中国科学院广州能源研究所 闫常峰博士

显然,氢能与燃料电池技术在飞速发展,由此促使产业跃上新的发展高度。


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