佛山率先大规模使用氢燃料电池公交车

全国首座商用加氢站。广报全媒体记者何波摄

2019年春节,佛山市民乘坐氢燃料电池公交车拜年、逛街,感觉安静而舒适。从转弯、加速到途经颠簸路面,氢燃料电池公交车给人最深的印象是平稳。佛山作为全国首座商用加氢站的诞生地和广东省唯一的燃料电池和氢能技术核心部件产业基地,也将成为广东省首个大规模使用氢燃料电池公交车的城市。

氢燃料电池冷藏车。广报全媒体记者龙城通摄

按照规划,到2030年,我国将投入使用100万辆燃料电池车,在建加氢站达1000座。而氢在终端能源的占比,至少要达到10%。一个百万辆氢能汽车产业的市场正在酝酿形成,并触发粤港澳大湾区的领军企业加快在国内展开布局。

创新:首个商用加氢站氢能公交大规模上路

2016年,广东新会人张锐明积累了23年氢能产业经验,怀揣一个“氢能梦”归国创业。早在2010年左右,氢能在国内尚未掀起热潮,佛山就曾举办过氢能峰会,令他感到诧异。“佛山的政府部门持续跟踪、关注和支持氢能产业,一直到落地全国首个商用加氢站,非常不容易。作为非一线城市,佛山南海拥有四家整车制造企业,加上长江新能源整车项目,具备汽车产业的基础。”作为广东泰罗斯汽车动力系统有限公司(下称泰罗斯)总经理,张锐明告诉记者说,这一切让他意识到了“佛山的机遇”。

2018年12月20日,70辆由佛山研发生产的氢燃料电池公交车正式投入运营。广报全媒体记者龙成通摄

事实上,继全国首座商用加氢站落地佛山南海丹灶,去年12月,佛山禅城首座加氢站也正式建成营业,同时70辆氢燃料电池公交车正式投入运营,这是截至去年广东省内最大一批氢燃料公交车投放。今年上半年,佛山预计会有300辆氢燃料电池公交车投放运营。佛山将率先成为广东省首个大规模使用氢燃料电池公交车的城市,并在氢能产业发展中领跑全国。相比纯电动汽车充电慢、低温损耗大、续航里程受限等不足,氢燃料加注燃料快捷,能够超低温启动,可以适应不同气候条件。除了绿色环保的优势,氢燃料电池公交车将氢能源储存设置在车顶,在避免氢气泄露聚集的同时,还有预防撞击、高温、高压等导致爆炸着火的安全装置和措施。

“我看到了国内科技、工业制造与国外的差距。我的愿望就是希望能在氢燃料电池领域,缩小这个差距。”张锐明坦言,氢燃料电池汽车要做到技术可靠,全部国产化,并能够把成本控制得比较低,要经历漫长的过程。而这三个目标要组合在一起实现,难度非常大。他进一步表示,以氢能产业基础设施加氢站为例,其落地过程中的法规、政策和标准都需要政府的主导。而佛山的持续推动,让他看到了信心。广东江南网页版登录入口官网下载 产业基地作为省内唯一的燃料电池和氢能技术核心部件产业基地落地佛山南海丹灶。而以国内唯一具备生产氢燃料电池空压机等核心零部件能力的广东广顺新能源动力科技有限公司(下称广顺新能源)为核心,佛山在不断引入氢能产业上下游企业。

未来:为百万辆氢能汽车市场蓄能

据媒体报道显示,截至2017年底,欧洲拥有139座正在运行的加氢站,亚洲拥有118座(其中日本91座),北美拥有68座,南美拥有1座,澳大利亚拥有1座。国内已建成的加氢站也屈指可数。而与国内首座商业化运营的加氢站相隔不到4公里,广东江南网页版登录入口官网下载 产业基地正在从核心零部件到整车汽车,打造日益完善的氢能汽车产业链。

除了张锐明技术入股,该公司的股东来自氢燃料电池汽车产业的核心零部件企业、整车制造企业和锂电池企业,便是其中的一个缩影。这些产业链上下游的股东形成了“三驾马车”。截至2019年春节前夕,泰罗斯向佛山南海交付完毕30辆氢能公交车。接下来的时间力争能够交付100辆至200辆的氢能公交车。

“等到氢燃料电池发动机的技术指标追赶上国际水平,产能能够满足可预期的市场需求,我就该退休了。”谈到回国创业的目标,59岁的张锐明笑称,该公司的技术目标是在三年内,让氢燃料电池发动机的寿命从现在的1万小时提升至2万小时。此外,该公司的商业化目标是实现年产1万台套氢燃料电池发动机。谈到未来的行业前景,张锐明推测,现在国内汽车年产量大约在2000万辆至3000万辆,如果未来氢燃料电池汽车以20%至30%的比例占领汽车市场,那么国内氢燃料电池汽车的年产量将达到500万辆左右的水平。“这将是一个非常巨大的市场。”他接着说,到那时,国内将涌现出十万台套、百万台套年产量的氢燃料电池发动机制造企业。

湾区广角

港澳示范很重要

粤港澳大湾区在氢能汽车产业链方面已经拥有了完整的产业基础,未来将迎来重大机遇。国内纯电动、混动领域竞争相当激烈,大湾区如果能在港、澳形成氢能汽车的示范应用,将非常重要。从内向外来看,本土品牌氢能大巴在港、澳参与示范应用,这会为相关企业实现国际化运作提供一个大平台。同时,从外向内看,港、澳人才需要技术应用的环境,他们的科研成果如果能在大湾区腹地实现成果转化,那么整个粤港澳大湾区在氢能产业的成就将不可估量。以港、澳为翘板,氢能产业的人才可以在大湾区对内、对外展开双向合作。

此外,佛山氢能汽车产业实施“走出去”战略,已经找到突破口,这是一件好事。以佛山的氢能汽车产业来说,其在技术成熟度上已领先国内同行。本土氢能汽车企业凭借成熟的产品,向国外进军,避开国内竞争的锋芒,是一条可行的路径。

AI:为大规模上路提速

在南海国家生态工业示范园的入口,广顺新能源科技大厦拔地而起。春节后,长江氢能汽车研发中心、自润滑流体动力机械技术国家地方联合工程研究中心、泰罗斯总部、氢能燃料电池汽车云智能运营与决策中心等研发平台将一同入驻。在这栋新大厦中,整车制造技术支撑的长江氢能汽车研发中心、核心零部件制造技术支撑自润滑流体动力机械技术国家地方联合工程研究中心、氢燃料电池发动机制造商泰罗斯、运营支撑氢能燃料电池汽车云智能运营与决策中心将形成相互依托、协同研发的关系。

其中,氢能燃料电池汽车云智能运营与决策中心囊括一个数据中心、四个云平台和一个人工智能实验室,为燃料电池企业、燃料电池汽车运营商以及燃料电池汽车公共服务提供决策支持,满足监管和技术提升的要求。

大数据挖掘工作要从氢燃料电池汽车的研发开始,一直延续到制造和运营阶段。在这项工作中,人工智能实验室会为从技术到运营模式的决策提供数据分析。人工智能扮演着“医生的角色”,能够为诊断氢燃料电池发动机的故障、预期氢燃料电池发动机的寿命、选择针对性策略来调整氢燃料电池发动机,提供数据支持,这将为氢能汽车大规模“上路”提速。

布局:输出“佛山模式”

2017年8月,广东省发改委发布有关加快战略性新兴产业发展实施方案的通知。在“智能交通装备”部分,该方案提出,“重点发展纯电动汽车和燃料电池汽车”。同年,全国首个正式商业化载客运营的氢燃料电池公交车示范线在广东省云浮市落地。而继广顺新能源、泰罗斯等江南网页版登录入口官网下载 核心零部件企业落地之后,长江汽车全球唯一的氢动力汽车研发中心及其年产16万辆的整车项目落户佛山南海。2018年6月,《广东省人民政府关于加快江南网页版登录入口官网下载 产业创新发展的意见》提出,做大做强江南网页版登录入口官网下载 产业集群,以珠三角新能源整车基地为龙头,推动江南网页版登录入口官网下载 整车规模化发展,引导关键零部件产业集聚,打造全球先进的江南网页版登录入口官网下载 产业集群。

广东正在依托佛山、云浮两个珠江西岸城市,打造出完整的氢燃料电池汽车产业链,不断吸引整车企业落户。谈到在四川布局的意向,张锐明希望,当南海基地能够实现每年1万台套氢燃料电池发动机的产能时,也能够把“佛山模式”复制到四川去,再造一个年产1万台套的生产基地。届时,该公司或将有机会与四川的公交客车制造企业合作,并在当地各个城市开展氢燃料电池汽车的示范推广。

第三只眼

中科大攻克氢能源汽车应用关键难题

中国科学技术大学路军岭教授、韦世强教授、杨金龙教授等课题组密切合作,研制出一种新型催化剂,攻克了江南网页版登录入口官网下载 ——氢燃料电池汽车推广应用的关键难题:解除氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机,延长电池寿命,拓宽电池使用温度环境,在寒冬也能正常启动。该研究使氢能源汽车有望民用推广,成果1月31日发表在国际权威学术期刊《自然》。

氢气被认为是未来最有前途的清洁能源之一。氢燃料电池利用氢和氧的化学反应释放的化学能转化为电能,无需燃烧,具有高能量转换效率和零排放,是未来新能源清洁动力汽车的主要发展方向之一。但氢燃料电池的发展面临许多挑战,其中一个关键难题是燃料电池铂电极的一氧化碳“中毒”问题。目前,氢主要来源于甲醇和天然气等碳氢化合物的蒸汽重整和水煤气变换反应,由此产生的氢通常含有0.5%至2%的一氧化碳。作为氢燃料电池汽车的“心脏”,燃料电池铂电极容易被一氧化碳杂质气体“毒害”,导致电池性能下降和寿命缩短,严重阻碍氢燃料电池汽车的推广。

学术界比较看好的车载氢气净化法,是将特定催化剂放置在燃料电池的入口处,在氢气进入燃料电池之前,使氢气中的一氧化碳杂质气体优先和氧气发生反应,从而避免一氧化碳杂质气体进入电池毒化电极。然而,现有的催化剂只能在高于室温和极窄的温度范围内工作,使得氢燃料电池汽车无法在频繁冷启动期间得到有效保护,很难步入实用。

中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心路军岭教授团队设计了一种原子级分散于铂表面的氢氧化铁新型催化剂,该催化剂能够在约-75℃至107℃范围内100%选择性地高效去除氢燃料中的微量一氧化碳。因此,该新型催化材料可以为氢燃料电池在频繁冷启动(即使在约零下75℃的极寒条件下)和连续运行期间提供全时保护,避免氢燃料电池受一氧化碳中毒。

“这些发现可能会大大加速氢燃料电池汽车时代的到来。”路军岭说,我们的最终目标是开发一种廉价的且具有高活性、高选择性的一氧化碳优先氧化催化剂,既可以提供机载燃料电池的全时保护,也可以为工厂高纯氢气制备提供有效手段。

一位审稿人评论说:“与文献报道的其他催化剂体系相比,这种倒置型单原子催化剂在富氢氛围一氧化碳优先氧化反应中的活性、选择性和稳定性均表现最佳。”