氢能汽车欲挑战特斯拉 希望与挑战并存

凤凰科技 综合报道

当世界主要汽车制造商将小规模量产氢能汽车,集体挑战特斯拉的纯电动权威时,中国在氢能汽车道路上十多年的艰难探索似乎看到了曙光。

朱晓飞每天驾驶着一辆银灰色轿车在上海远郊嘉定的道路上飞驰。车辆驶过,没有任何发动机声音,前挡风玻璃上PI0003字样却鲜红发亮。从外观看,这辆没有上牌照的汽车与道路上行使的其他车辆没什么两样,但车内闪烁着红绿灯光的设备足以证明它的与众不同。

这是一辆氢燃料电池动力汽车(下称氢能汽车),朱晓飞是上汽集团的汽车测试工程师,再过5个月,公司生产的氢能汽车将开展全国巡游。“氢能汽车是一种真正实现零排放的交通工具,它唯一排放的是纯净水。”上汽集团新能源汽车事业部总经理干对记者说。

上海汽车不是唯一一家对氢能汽车感兴趣的公司,日本两大汽车巨头丰田和本田已决定明年开始销售氢能汽车,德国奔驰、日本日产、韩国现代等也正式确认未来几年推出类似产品。世界主要汽车制造商对氢能汽车的美好预期,引发氢燃料电池厂商的股票近期一路飙涨。

丰田汽车业务高级副总裁鲍勃·卡特上月称:“氢能源汽车将很快进入我们的生活,比任何人预期的数量都要多。”

不过,电动汽车的代表人物特斯拉CEO埃隆·马斯克却不以为然,“氢能汽车就是不靠谱,纯粹扯淡”,替代化石燃料汽车的只有纯电动汽车。

没有人否认特斯拉在全球范围内掀起的旋风,但纯电动汽车有限的续航能力以及反复而又慢长的充电过程,让3分钟完成充气、续航能力高达500公里的氢能汽车充满了想象。

丰田汽车公司在重大决策中具有前瞻性和叛逆性:当经济轿车大行其道时推出豪车雷克萨斯,当电动汽车风行时执意开发混合动力汽车普锐斯,两者都大获成功。如今,这家知名的汽车制造商再次把叛逆的性格指向了氢能汽车。

同济大学汽车学院院长余卓平教授12年前参观丰田研发部,原计划考察混合动力汽车,但他被告知混合动力汽车已经转移到产业部,科研部门研究的全是氢能汽车。

从日本回来后,余卓平教授开始了氢燃料电池的研究,在氢能汽车开发上,中国少有的与世界保持着同步。随后,上海汽车与同济大学携手合作,开启了中国氢能汽车的研发和商业化旅程,由于政策导向和技术路线的分歧,这一旅程相当曲折与艰苦。

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试水

在同济大学新能源汽车工程中心一楼不规则的大厅内,几辆披着绿色图案的灰白色桑塔纳2000轿车并排摆放,本该放置车牌的地方被贴上了蓝底白字的“超越”字样,从一号到三号,每一辆车旁边单独的铭牌证明了其与众不同。

这几辆看似极为普通的桑塔纳2000轿车就是标志我国燃料电池汽车发展里程碑的珍藏品。这个项目被命名为“超越一号”。

在制氢方面,通用、奔驰等燃料电池轿车最初是采用汽油或甲醇在车上重整制氢以及液氢等供氢方式,同济大学则直接采用压缩氢的车载供氢方式,并提出利用上海钢铁、化工工业副产气体制氢的思路。事实证明,同济大学这一技术路线后来逐步为国外汽车公司所采用。

“超越一号”是中国氢能汽车的“大哥”。这辆原本是桑塔纳2000出身的氢能汽车,后盖下的后备箱装满了氢气瓶、控制器和冷却水箱等装备。氢气瓶“躺”在后备箱的最里面,是车的“油箱”。氢气从这里沿管道进入反应器,与空气中的氧气结合,释放电力推动汽车前进。为防止性格活跃的氢气从瓶中逃逸,氢气瓶采用铝板碳纤维特殊材料:铝合金的内胆外缠一层碳纤维,刷上特殊胶体再缠一层碳纤维。为了安全起见,后厢内安装了监测器,一旦氢气浓度升高将及时报警。

牺牲后备箱尽管解决了把燃料电池动力平台装进桑塔纳2000车身的难题,也给“超越一号”带来比普通桑塔纳2000汽车重300多公斤的尴尬。

“超越一号”的诞生得益于彼时中国加大在燃料电池车辆方面的研究和扶持力度,上海市政府组织研究机构协同上海同济大学、上海燃料电池汽车动力系统有限公司、上海汽车集团攻克燃料电池汽车关键技术群。2002年,项目团队开发出第一代燃料电池动力平台并且通过国家验收。2003年7月,基于第一代动力平台的燃料电池轿车试验样车“超越一号”问世。

在“超越一号”出生的年代,也正是欧美和日本各大汽车生产厂家加速开发燃料电池技术时,这些企业纷纷投入巨资、组成联盟,进行燃料电池汽车的研究、试验与生产。奔驰、通用、丰田等厂商乐观地认为,2004年燃料电池汽车就能实现批量生产和产业化。戴姆勒-克莱斯勒甚至宣称,预计届时燃料电池汽车的售价将降至每辆约1.81万美元。时任美国能源部部长佩耶1998年在接受《纽约时报》采访时甚至预测,燃料电池进入家庭、汽车和其他领域的步伐将比人们想象的要快得多。

然而,事实却并非预料中的那么乐观。2003年7月,最早将燃料电池汽车投入商业运营的日本丰田汽车召回了出租的6辆燃料电池汽车,并宣布推迟另外6辆燃料电池汽车的租赁业务。原因在于储存氢燃料的高压氢气罐在加注氢气时出现了泄漏。几乎与此同时,各国都在燃料电池汽车的试运行中,发现了一系列需要解决的难题。

第一轮燃料电池汽车试运行戛然而止。各国对燃料电池汽车的投入,从打造示范汽车重新回到加强应用基础研究。氢能汽车要走向商业化,成为一场需要厚积薄发的“长跑”。

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考验

尽管各大车企预期的2004年燃料电池汽车实现产业化这一“不理智”的预测没能实现,但是,业界已经为此投入了数百亿美元,在市场预期的诱惑下,没有人愿意就此停下来,各国对燃料电池汽车研究的热情依然不减。

与早些年的热血沸腾、踌躇满志相比,国外一些企业对燃料电池汽车的研究开始持更冷静的态度,研发也开始由大肆宣传转为低调进行,希望通过研究燃料电池的基础问题,找寻解决电池寿命、安全、成本等问题的办法。而如果不能找到解决方案,商用都是问题,更不要提与已然非常成熟的内燃机车进行竞争了。

在此背景下,中国不少车企开始对氢能汽车失去兴趣,研发热情不断减弱。

作为业内不多的坚守者之一,同济大学与上汽集团于2004年5月完成了基于第二代动力平台的燃料电池轿车试验样车“超越二号”。在这一年的10月,全球清洁汽车必比登挑战赛在上海嘉定国际赛车场举行。全世界各种类型的清洁汽车云集赛场,一争高低。作为清洁汽车的终极形式,燃料电池汽车备受关注。中国有三种车型、五辆燃料电池电动车出现在赛场上:清华大学的燃料电池城市客车、同济大学的燃料电池轿车“超越二号”参加了各项测试和比赛。“超越二号”参加的七项竞技指标有五项达到A级。

2005年4月,“超越三号”研发成功。相比“超越二号”,其改变的并不仅是称谓,得益于发动机功率的提高和重量的下降,零到百公里加速只需19秒,关键参数之一的燃料电池发动机功率密度达到了160W/Kg的世界先进水平。

随后的几个月,多辆“超越三号”燃料电池轿车不断从同济大学的校园里驶出。基于奇瑞“东方之子”的“超越三号”燃料电池轿车发动机的重量功率比密度达到了200W/Kg,百公里耗氢0.962公斤的燃料经济性甚至达到国际领先水平。“超越三号”系列轿车目前行驶里程已突破3.5万公里。

就在“超越三号”研发成功的当年,氢燃料电池大巴在清华大学研制成功。次年11月,位于北京中关村科技园区永丰高新技术产业基地的我国第一座以新能源交通为主题的示范园——北京新能源交通示范园一期投入使用,园内配套建设了加氢站。

2007年6月,同济大学、上汽集团共同研发的首批三辆上海牌燃料电池轿车样车,移交给上汽集团燃料电池汽车事业部。

一年后的北京奥运会上,为崭露头角多日的氢能汽车提供了一个难得的向世人展示的机会——由同济大学、上汽集团共同开发的20辆帕萨特氢能轿车作为赛时公务用车,在奥运中心区投入示范运营,执行场馆间巡视、搭载工作人员、接送部分贵宾的任务。

由于这些氢能汽车用的是帕萨特的车壳,氢能系统为自主研发。大众得知后,对这20辆中国改装的氢能汽车十分感兴趣,还借到美国加州示范了半年。

如果说短期服务北京奥运会算得上是对氢能汽车的一次小考,2010年长达6个月的上海世博会无疑是一次大考。当年,由同济大学与国内5家整车厂合作生产的氢能汽车,包括70辆燃料电池轿车、3辆燃料电池客车和100辆燃料电池观光车为上海世博会进行了长达半年的连续服务。

尽管“初体验”受到好评,但是可靠性及成本问题依然还是抑制氢能汽车发展的关键因素。服务于北京奥运会的帕萨特氢能汽车研发成本每辆超过100万元,核心的燃料电池驱动系统的价格在60万元以上。由于氢燃料电池汽车产量极少,无法实现批量生产,因此成本无法有效降低。

对氢能汽车的坚持,背后是上汽集团的多重考量,在这条缺少国内同伴的技术路线上,究竟该如何走下去?对此上汽集团进行了为期两年的“十二五”规划制定,这被外界看作有些小题大做。而上汽集团新能源和技术管理部综合管理部总监朱俏斌却不那么认为:“上汽用两年时间确定了根本的技术路线,未来在这个基础上进行更新即可,避免了可能发生的推倒重来的问题,值了。”

根本技术路线的确定可以帮助相关产业链进行完善,在氢能汽车领域单打独斗多年的上汽很明确自身这一短板。

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失意

与上汽集团自成体系,自主研发氢能汽车不同,中靖能源在氢能源发展上却是另一番景象。

王纪忠一直期待的一个场景是:开车在路上行驶,汽车燃料即将用尽,停车从后备箱拿出两包粉剂放入车用电池旁的容器内,然后灌入平常喝的矿泉水,汽车就可以恢复行驶。这不是王纪忠的狂想,江苏镇江的中靖新能源科技有限公司已经生产出来几辆这种车。

6年前,已经拥有电子工程、房地产、贸易等实业的王纪忠决心引进被外界视为骗术的水制氢气技术,利用制氢剂与水反应,不消耗能源,通过各种物质配方产生化学反应,没有污染和噪音,产出电和水蒸气。彼时,他的电气生意正风生水起,但他还是毅然决定投入氢能源这一前景不明朗的领域。

王纪忠并不盲目。当时,虽然国家在大力补助新能源电动汽车,但电动汽车并未热卖,其中一个重要的原因是电动汽车在行驶里程、充电时间、成本三方面存在不足。王纪忠看中的是制氢技术背后对于电动汽车的革命意义。

王纪忠认为自己提供的解决方案可以利用制氢专利技术,在车上制取氢气,然后通过氢燃料电池发电为电动车实时充电。随后,王纪忠通过朋友介绍认识了奇瑞董事长尹同跃。让王纪忠兴奋的是,奇瑞也看好这项应用。

2011年6月末,奇瑞下属奇瑞新能源汽车技术有限公司与中靖新能源签订了“新型燃料电池电动汽车技术研发”项目合作协议书。该项目得到了科技部科研经费的支持,但中靖新能源和奇瑞新能源的合作却没有善终。

王纪忠认为自己的氢能汽车已经取得了成功,因为相对正在研发的氢能燃料电池汽车,他不需要高水平、大功率的燃料电池,燃料电池只需为车辆蓄电池进行充电即可;另外,得益于便捷的氢气制取技术,他的车不需要为充氢气而发愁。

国外的氢能产业发展很快,氢能源汽车、加氢站都有了,只是成本太高,因为国外用的是高压氢,压缩和释放的成本很高,建加氢站的成本更高。“使用中靖新能源的氢燃料电池只需携带粉剂,一次出行携带的粉剂重量是汽油的1/2就够了。”他表示。

遗憾的是王纪忠没有为这一制氢发电技术找到合作伙伴。几年来,他先后找了几家企业,甚至给时任长安汽车的董事长写信推荐这一技术,但是得到的消息大多数是希望到对方所在地投资设厂提供配套。王纪忠没有做这样的选择,而是自己购买了3辆众泰汽车进行改装。

当改装好的氢能汽车绕着镇江跑时,王纪忠一度考虑推出中靖自有汽车品牌。他甚至已经申请了33.3万平方米的土地,准备进入氢能源汽车产业。但是仔细权衡后,他发现做一家整车企业的难度不可想象。

氢能汽车的生意没做起来,王纪忠还是把他的制氢发电技术进行了充分的商业化。在镇江南部的中靖氢能产业园内,王纪忠已经开始生产电信基站用的氢能电池和氢能移动应急电源等产品。

王纪忠现在一直在等待整车厂能够与他开展配套合作,他自信很快就会有机会。

挑战

最近,干开始部署将在9月举行的氢能汽车全国巡游。这次预计有10辆上汽氢能轿车参与的巡游活动,因为需要氢气燃料的保障而变得有点难度。因为全国范围内只有北京和上海具备给车辆加氢气的条件,其他的地区只能采用车载液化氢气罐来进行移动加氢,他们需要逐一联系途经的地方政府,以获得对方的同意。而在外界看来,液氢依然是具有危险性的。

除了这项令人期待的全国性展示活动,最近国外的一些动向也让他们兴奋,世界主要汽车生产商都将开始小规模地销售氢能源汽车。

接下来几个月,现代的氢能源版SUV图森将在美国加州南部上市。本田和丰田汽车明年将在加州推出可行驶300英里(约480公里)甚至更远距离、颠覆传统设计的氢能源汽车。

特斯拉CEO埃隆·马斯克说起话来直截了当:“化石燃料早晚会消耗殆尽,我们要尽快寻找替代方案,那就是电动汽车。至于氢燃料汽车,这事不靠谱。”他甚至嘲笑燃料电池是笑料电池。

虽然,埃隆·马斯克对氢能汽车充满不屑,但是这并不影响氢能汽车在一些地方优于特斯拉。尽管众多车企都在大力研发和推广纯电动车,但由于电池能量、成本、充电时间等诸多障碍,导致纯电动车没能在推广上取得太大进展。而从新能源车的发展历史看,一旦氢燃料电池车型量产成功并投入市场,将和第一辆混合动力车型量产一样成为里程碑事件。

特斯拉入门级的S系售价6.74万美元。如果在家里充电,最快也要4个小时才能充满,且由于家用电器负载,实际充电时间会更长,预计充电一晚上可以行驶150~160公里。如果是在特斯拉的超级充电站,充30分钟可行驶170英里。

氢能源汽车只要几分钟就可以充满氢能源,打开燃料阀门,插入软管状装置,就可以充氢能源了。本田即将推出的新款氢能源泵将把加能源时间降到3分钟以内。氢能源技术可以应用于长途巴士、重型卡车和其他大型交通工具等让纯电动技术望而却步的领域。相较于特斯拉,氢能源汽车对行业的颠覆能力也毫不逊色。

特斯拉等纯电动车一直标榜节能环保,但是3月在中国互联网上广泛流传的一篇题为《纯电动车不敢说的真相——既不节能也不减排》似乎要把纯电动车拉下神坛。

不可否认,该文针对当前中国能源的供应形势得出的结论有一定依据,毕竟中国当前78%以上的电力依然来自燃煤电厂。

余卓平认为,只要有效利用就可以解决氢气来源问题,比如宝钢生产氢气副产品,如果把它运用到燃料电池车上,一方面可以拓宽产品的使用范围,另一方面可以降低燃料成本。

当然,与普通汽车一样,氢燃料汽车在行驶一定里程数后,需要补充氢气,因此必须在一定的距离内建设加氢站,而目前我国只有北京和上海各有一个加氢站,这在一定程度上局限了氢能汽车的普及应用。

中国也在支持氢燃料电池的研发。在国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划》中提到,“十二五”期间我国将继续开展燃料电池汽车运行示范,带动氢的制备、储运和加注技术发展,使我国燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展。

质疑

有关氢能汽车的质疑声一直都没有间断过。特斯拉CEO埃隆·马斯克曾把燃料电池称为“扯淡”。戴姆勒集团CEO蔡澈也认为,这项技术要10年过后才能商业化。福特汽车公司目前没有生产燃料电池车用于销售的计划。

汽车企业对氢燃料电池的兴趣主要源于它被视为取代机动车化石燃料的一条途径。这些年兴趣的涨落紧紧跟随着汽油价格的波动而波动,一些汽车厂商甚至还放弃了最初支持氢能汽车的想法。

比如通用汽车公司在2009年破产之前便是燃料电池技术的热情支持者,但在接受政府援助并进行大范围的管理层调整之后,通用便不再重视燃料电池技术,而倾向于蓄电池供电的插电式混合动力车,比如雪佛兰沃蓝达。

通用表示,目前没有将燃料电池车商业化的计划,至少也要等到2020年,并表示正在跟本田一起做一个联合项目,以分摊成本。

中国对氢能汽车的质疑也一直存在。2007年3月,一封由26位国内外传统发动机专家联合签名的《开发车用动力技术,尽快减轻交通能源压力的建议》,被送达至相关主管部门,这封信给国内大力追捧终极动力技术——氢动力的热潮泼了一盆凉水。

在这封信中,专家认为,氢燃料电池汽车未来的前景存在很多不可预测的因素。他们担心,如果氢燃料汽车研究到最后,发现需要走别的技术途径,就会使大规模投资的氢燃料汽车前功尽弃。从后来新能源汽车发展的实际来看,当时的担心是有道理的。

更让他们担心的是,如果中国盲目跟从部分跨国公司的步伐,将大量的财力、人力、物力“押宝”在氢能汽车的研发上,很可能会给中国汽车工业带来巨大伤害。

除了方向性的质疑外,专家对发展氢能汽车本身的意义和价值也存在不同看法。一个普遍的观点是,所谓“氢能源”并不直接存在于自然界,需要消耗能源来获取,这个过程并不“溢出”任何“能”。

湖南大学机械与汽车工程学院从事新能源研究的杨靖教授将氢能源直接定义为二次能源。她认为,现在实际上是用其他能源先制取氢气,再用氢气作为燃料通过燃料电池转换为动力,制氢消耗的能量大于氢燃料电池获得的能量,制氢过程也会产生污染。氢气制备后还需要压缩、运输以便使用,这些过程也需消耗能源。另外,发展氢能汽车,必须使用液化氢,液化氢气会产生泄漏问题,即便不会带来安全问题,也会形成损耗。

此外,上海安亭加氢站的一位不愿透露姓名的负责人也证实,轿车理论上加一次氢气能够行使300公里,而实际上只能行驶100公里。对于外界质疑的氢气制取问题,余卓平认为那不是问题。确切的消息是,当前上海安亭加氢站使用的氢气是钢铁厂的副产品。

余卓平坦言,研发氢燃料电池汽车是有风险的,因为这只是对未来的一个预测,但如果把这种担心作为反对发展氢燃料电池汽车的理由是没有道理的。

除此之外,氢能汽车高昂的价格也让外界望而却步。以上汽集团生产最新款氢能汽车为例,成本价已经超过50万元,尽管干认为价格高是因为没有量产及产业链不成熟所导致。

诚然,即便是数家汽车巨头已经打算销售氢能汽车,其面临的问题还是不容忽视,氢燃料电池成本高以及加氢基础设施建设不完善,是任何整车企业都需要面对的现实问题。看来,氢能汽车对特斯拉发起的挑战似乎还没有那么自信。

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