燃料電池或是美麗的“謊言”

    最近，一則燃料電池汽車(chē)消息引起了大家關(guān)注。據(jù)外電報(bào)道，豐田汽車(chē)日前表示，其氫燃料電池系統(tǒng)單價(jià)將從當(dāng)前原型的百萬(wàn)美元級(jí)別削減至約5萬(wàn)美元，首款豐田氫燃料電池車(chē)將在2015年前后上市。

    大家對(duì)FCV如此關(guān)注，應(yīng)用前景迷人是主要原因之一。一位業(yè)內(nèi)專(zhuān)家說(shuō)：“到目前為止，還沒(méi)有哪一項(xiàng)能源生成技術(shù)像燃料電池那樣將諸多優(yōu)點(diǎn)集于一身。”人們憧憬未來(lái)美好生活，今后在城市中，不再被汽車(chē)尾氣困擾。

    燃料電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，具有較高的能效，不會(huì)因?yàn)槿紵�產(chǎn)生大量廢氣與廢熱，能量轉(zhuǎn)換率約為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的3倍以上。目前，直接使用氫氣的系統(tǒng)效率超過(guò)50%，如果將燃料電池排放的廢熱加以回收利用，能量利用率超過(guò)85%，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的熱效率大約為20%~30%。

    燃料電池具有環(huán)境親和性。部分燃料電池會(huì)排放二氧化碳，但遠(yuǎn)低于燃燒汽油的排放量(約為其1/6)。氫燃料電池的排放只有水，真正做到了無(wú)污染。

    人們對(duì)新能源汽車(chē)的續(xù)駛里程極為關(guān)注，純電動(dòng)汽車(chē)在這方面廣受詬病。FCV不存在這個(gè)問(wèn)題，國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)研究表明，一加侖汽油與一公斤氫氣行駛里程相當(dāng)。

    豐田將上市的FCV為4座轎車(chē)，價(jià)格約為7萬(wàn)美元，日本政府補(bǔ)貼2萬(wàn)美元后價(jià)格降至約5萬(wàn)美元（約合人民幣30.91萬(wàn)元）；豐田的FCV充一次氫可行駛約700km（JC08模式）；使用了可令粒徑為數(shù)μm的鉑類(lèi)催化劑在不凝結(jié)狀態(tài)下涂布的電極形成技術(shù)，為提高輸出功率密度作出了巨大貢獻(xiàn)，等等。豐田研發(fā)的FCV技術(shù)進(jìn)步確實(shí)不小。

    燃料電池汽車(chē)的應(yīng)用前景迷人，豐田又拿出了具有推廣價(jià)值的車(chē)型，似乎，F(xiàn)CV的道路變得平坦了。事實(shí)上并非如此，燃料電池或是美麗的“謊言”。

    筆者一直與燃料電池圈的數(shù)位研究人員長(zhǎng)時(shí)期接觸，了解到燃料電池汽車(chē)的難點(diǎn)主要在5個(gè)方面：催化劑、膜、儲(chǔ)氫、系統(tǒng)復(fù)雜性和制氫。前面4個(gè)與FCV本身有關(guān)系，制氫牽扯到配套供應(yīng)體系。

    FCV的催化劑要用貴金屬鉑制造。資料顯示，鉑金在世界市場(chǎng)上售價(jià)為每盎司(約28克)1,380美元，這使得以往幾家汽車(chē)企業(yè)拿出來(lái)做實(shí)驗(yàn)的FCV高達(dá)百萬(wàn)美元。豐田采用鍍層技術(shù)，把鉑的用量降到100克，技術(shù)進(jìn)步很明顯。但是，一位業(yè)內(nèi)專(zhuān)家說(shuō)，鉑金的儲(chǔ)量非常少，全部供給汽車(chē)業(yè)使用可能都不夠。

    全球汽車(chē)保有量已經(jīng)超過(guò)10億輛，即使按照豐田的說(shuō)法，未來(lái)達(dá)到一輛車(chē)使用20克，意味著需要鉑金2萬(wàn)噸。資料顯示，世界鉑族元素礦產(chǎn)資源總儲(chǔ)量約為3.1萬(wàn)噸，其中，鉑金總儲(chǔ)量約為1.4萬(wàn)噸。很顯然，燃料電池汽車(chē)必須擺脫對(duì)鉑金的依賴(lài)，才有廣闊的發(fā)展空間。另外，隨著鉑金用量不斷增加，價(jià)格直線上漲，一位業(yè)內(nèi)人士說(shuō)，近5年來(lái)，鉑金價(jià)格上漲了近5倍，研發(fā)人員在FCV上降低成本的努力在某種程度上被價(jià)格上漲抵消了。

    那則消息沒(méi)有提到膜、儲(chǔ)氫和系統(tǒng)復(fù)雜性，既然豐田將于2015年推出FCV，相信這幾個(gè)問(wèn)題，他們已經(jīng)解決了。但是，有一個(gè)問(wèn)題繞不過(guò)去，就像我們使用傳統(tǒng)汽車(chē)必須加注燃油一樣，F(xiàn)CV的氫氣從何處來(lái)？

    FCV對(duì)氫氣的純度要求較高，如果氫氣純度不高，鉑催化劑會(huì)中毒。專(zhuān)家指出，氫氣純度一般要求達(dá)到99.99%，有些要求達(dá)到99.9999%。一般工業(yè)制氫純度為99%，每提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，成本增加很多。

    目前，F(xiàn)CV使用的氫氣主要來(lái)源于化工副產(chǎn)品和天然氣重整。先來(lái)說(shuō)化工副產(chǎn)品制氫，既然這些氫氣是化工副產(chǎn)品得來(lái)，那么其成本大部分被主產(chǎn)品承擔(dān)了，當(dāng)然價(jià)格比較便宜，人們使用FCV加注氫氣的成本就不太高，體現(xiàn)出FCV既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。但是，化工副產(chǎn)品制氫的數(shù)量有限，當(dāng)FCV大規(guī)模投入使用，化工副產(chǎn)品制氫還能滿(mǎn)足需求嗎？

    再來(lái)看天然氣重整制氫。姑且不說(shuō)這個(gè)方法能耗較高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，看看幾個(gè)城市天然氣出租車(chē)排隊(duì)2小時(shí)加氣的景象，不難想象，未來(lái)大規(guī)模使用FCV會(huì)陷入居民生活使用與FCV爭(zhēng)奪氣源的尷尬境地。從另一個(gè)角度看，用天然氣重整制氫滿(mǎn)足FCV的使用，也不見(jiàn)得比直接燃燒天然氣更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)。

    唯一可滿(mǎn)足FCV大規(guī)模使用的氫氣來(lái)源只有電解水，但是，這個(gè)方法需要耗費(fèi)大量的電能，成本非常高。

    目前，F(xiàn)CV的使用空間取決于幾種工業(yè)制氫量與FCV使用量的平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)在哪里？希望專(zhuān)業(yè)人士解答這個(gè)問(wèn)題。FCV有迷人的應(yīng)用前景，是未來(lái)的發(fā)展方向，要想大規(guī)模使用，只有等到可控核聚變技術(shù)成熟后，那時(shí)候，電解水的成本將變得非常低。<