當前,汽車行業正在被改變,以電動化、智能化、網聯化、共享化爲趨勢的汽車 “新四化”,正催生 “馬路上的革命”。無論是對傳統廠商還是造車新勢力來說,要想搶佔新能源汽車技術和產業發展新賽道,就需要對科技創新進行精準把握。

雖然目前電動汽車的發展取得了顯著成績,但依然面臨着一些問題,比如電動汽車冬季性能受限、整車安全、高能量大功率電池缺乏等等,這一系列核心問題仍影響着新能源汽車產業的發展。6 月 5 日在浙江省湖州市長興縣召開的新能源智能汽車創新峯會,專門就新能源汽車科技創新相關問題進行探討。

會上,加拿大皇家科學院院士、加拿大工程院院士、上海大學理學院及可持續能源研究院院長張久俊發表主題演講,分享了 “碳中和” 背景下車用氫能燃料電池關鍵技術發展之道。

圖 | 加拿大皇家科學院院士、加拿大工程院院士、上海大學理學院及可持續能源研究院院長張久俊

2020 年 9 月,習近平主席提出中國到 2060 年達到 “碳中和”,比《巴黎協定》約定的時間提前 40 年,體現了中國的大國擔當。所謂 “碳中和”,指由於生產生活產生的二氧化碳排放量與採取一定方式吸收回來的量相等。張久俊介紹,實現 “碳中和” 有三種主要方式:第一是碳補償機制,通過植樹造林、購買再生能源,使得產生的碳排放量等同於其它地方減少的排放量;第二是使用低碳或者零碳燃料,比如風能、太陽能,減少化石燃料的使用;第三是 “碳交易”。所謂碳交易,就是將有二氧化碳排放的企業作爲交易對象,設定行業標準,給每個企業指標,二氧化碳排量過高的企業需要在市場上購買指標。這樣能夠引導企業實施綠色清潔轉型的手段。

張久俊認爲,“碳中和” 關鍵在於如何利用新能源,實現二氧化碳減排。在汽車行業,世界上有 17 億輛燃油車(汽油、柴油),排放大量的二氧化碳、一氧化碳、氧化氮、氧化硫等污染物,造成嚴重的環境污染,對人類可持續性造成威脅。在他看來,發展可持續能源是關鍵,其中氫氣將是可持續發展的必然選擇。

“通過太陽能、風能或水電能等可持續的清潔能源電解水,將產生的氫氣儲存起來,或者作爲燃料電池燃料以驅動汽車,這是未來長久的能源使用策略。” 張久俊說。對新能源汽車行業而言,氫能源利用和燃料電池是未來發展趨勢。目前,各個國家都在發展氫能以解決未來能源安全問題。國際氫能委員會發布的調查報告預測,2050 年氫能源需求將是目前的 10 倍,預計到 2030 年全球氫能產料電池乘用車達到 1000 萬輛至 1500 萬輛。

世界各國都把發展新能源汽車上升爲國家戰略,用電動車來取代燃油車,這是實現 “碳中和” 的必然選擇。張久俊介紹,新能源汽車包括全電、插電、油電、燃料電池四種電力類型,世界主要經濟體都把發展燃料電池作爲重點。燃料電池有很多種類型,其中氫能質子交換膜燃料電池的發展前景最好,擁有更高的能量密度和功率密度。

然而,燃料電池距離真正產業化還有一定距離。美國能源部預測,燃料電池要實現產業化生產,首先功率密度需達到 850 瓦每升,耐久性達到 8000 個小時,規模化生產成本爲 30 美元每千瓦。張久俊表示,這些指標的達成依賴關鍵技術的發展。

首先是催化劑。目前正在發展的催化劑有六種,其中部分實際可用,但有些還處於概念階段。因此,實際上可用的催化劑價格昂貴且種類稀少。第二個核心技術是質子交換膜。交換膜包括全氟磺酸膜、增強型全氟磺酸膜和高穩型複合質子交換膜三種類型。目前的交換膜技術非常複雜,價格也十分昂貴,國內基本上依賴進口。此外,膜電極、雙極板、高壓空氣泵也是氫能質子交換燃料電池的核心技術,但國內與國外相比還存在差距。

張久俊介紹,中國自主開發的燃料電池汽車在車型開發、整車動力性、續駛里程、燃料電池發動和功率、低溫啓動等方面與國外存在一定的差距,主要原因是核心部件技術不成熟,價格比較高。“實現碳中和發展新能源是非常大的產業,市場的潛力巨大,我們要大力發展氫能以及燃料電池,尤其是燃料電池汽車,” 他說,“爲此,我們要努力實現關鍵材料和關鍵部件國產化,並且達到真正的產業化。”

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