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马斯克迪斯联手开喷燃料电池,什么仇什么怨?

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上周的最后两个工作日,染料电池突然间又热度陡增,不过这次的热度可不是来自什么好事,而是大众集团首席执行官赫伯特·迪斯与特斯拉老板伊隆·马斯克联手开喷,把燃料电池说的可以说是一无是处,马斯克更是再一次重复了他为埋汰燃料电池发明的词汇等式:Fuel Cells(燃料电池)=Fool Sells(愚蠢的交易)。

3月11日,社交账号Whole Mars Catalog在推特上发布了一条消息,转述了大众集团首席执行官赫伯特·迪斯在接受《财富》采访时的一段话。原意是:你们不会看到任何氢能源的乘用车,在大规模市场当中应用氢燃料电池技术的想法太过乐观了,十年内都不可能,因为这背后的物理学逻辑不合理。

发布这条消息的时候,这个社交账号还@了迪斯和马斯克两个人,迪斯没有回复,但是马斯克很快就给了回复,开篇第一句就是著名的谐音梗:Fuel Cells=Fool Sells,燃料电池应该叫愚蠢交易,用在汽车上就是个渣,就算用在火箭上都不是什么好主意,但好歹还没那么荒唐。

界的两个扛把子,一个堪称新能源教父,一个是大型主机厂当中转型新能源最坚决的老板,这俩人最近一段时间可是不断同框,几张合影是传遍全球,而这次两人虽然没有同框,但却在态度上高度一致,不知道染料电池和这两位是什么仇什么怨,能引得二位联手开喷。

这是两人的第一张同框合影,用编辑部小伙伴的话说:给(一声)里给(一声)气

燃料电池效率不高

要讨论这个问题,我们首先得搞明白燃料电池是什么,特别是这次迪斯和马斯克一起开喷的氢燃料电池。这个名词相信很多朋友都听过不少次,但要真说明白这是个什么东西,恐怕还真没几个人能做到,所以首先,咱们通过大众集团官方网站自己的一张图片,来了解一下什么是氢燃料电池。

燃料电池系统构成

燃料电池系统中,依然有动力电池,只是电量较小。储氢罐是主要的储能单元,氢进入燃料电池单元中,与氧气结合,反应过程中电子由负极过度到正极,产生电流。其实燃料电池可以类比为增程式,只是增程器从内燃机换成了用氢的燃料电池。而燃料电池的工作原理,邦老师特意准备了一段GIF动图来生动的说明一下。

燃料电池工作原理

氢燃料电池这种类似于增程式的系统构成应该就是迪斯所说的物理学逻辑不合理的由来了,毕竟燃料电池需要多一次能量转换,在整个的转换效率上肯定不如电池直接到电机这样高效。大众在2020年3月发布的一篇新闻当中,对动力电池汽车和燃料电池汽车的效率进行了分析,给出了下面的答案。

动力电池车辆在整个流程当中的能效在70-90%之间,而燃料电池,在氢燃料被加注到车内之前,能效已经丢掉了45%,所以最终整体的能效只有25-35%。其实想想也不难理解,动力电池车辆的逻辑非常简单,发电,储电,放电驱动,结束。而燃料电池呢:发电,电解水,储藏运输,加注,燃料电堆反应发电,驱动。多了这么多环节,这效率能高才怪呢。

如果看数据还是觉得有点懵懵的,那么上面这张图就解释的更清楚了,图右的氢燃料电池系统的复杂程度要远大于纯电动车的系统复杂度,特别是氢燃料的储存和运输这个环节,用大型高压罐车储运氢能源,和传统的燃油分发方式一样,与高效两个字是绝无关联的。

氢燃料可能并不清洁

而且氢燃料和动力电池还都面临着同样的问题,那就是能源的来源是否洁净。在《财富》采访迪斯的那篇报道中,氢能源的生产按照环境友好程度分成了五个种类。

绿色氢能 依靠可再生能源所发电能电解水制氢

蓝色氢能 天然气制氢,制氢环节的碳排放被收集、储存。收集、储存碳排放的成本高昂,且现阶段没有可应用于大规模工业生产的技术手段。

灰色氢能 天然气制氢,没有碳排放的收集、储存。

棕色氢能 煤制氢。

蓝绿氢能 甲烷高温裂解制氢,分别获得氢能和固态碳,当前仅处于实验室阶段,无实用性。

这么多种类的氢能源当中,真正称得上清洁能源的只有绿色和蓝色氢能,但实际上当前市面上主要的氢能源供应大多来自没有碳排放收集储存的天然气制氢,所以在能源的清洁型上,当前阶段的氢燃料电池也并没有什么优势。

既不一定清洁,还没什么效率,这么看起来,氢燃料电池活该挨喷啊!但为什么很多国家政府还在大力投入氢燃料电池?特别是日韩一度可以说是独宠燃料电池啊。那么接下来,我们尝试回答一下,氢燃料电池到底有没有用,如果有用到底应该怎么用的问题。

氢燃料电池的优势与可能用途

上面说了许多的问题,下面我们来说说氢燃料电池的优势。

1、能量密度高:这是氢燃料电池相比锂电池的显著优势,氢的热值是除核燃料以外的燃料当中最高的,达到142,351kJ/kg,远超锂电池的能量密度。

2、充能速度快:现在的氢燃料电池基本都可以实现3分钟充满的充能速度,比起动力电池的充电来说,无疑是碾压级的优势。

结合优势与不足,我们发现,氢燃料电池的确就像迪斯和马斯克所说那样,对于大规模市场不适用,根本原因是效率不高,但对某些对能量密度、速度更为敏感的领域,还是会有很好的应用前景的,比如干线物流。

这就是一台以氢燃料电池为动力的物流卡车车头的设计图。对于干线物流来说,氢燃料电池几乎是完美解决方案。

对卡车来说,动力电池是很难接受的方案,如果想要保证长途行驶能力,可能需要背上几吨重的电池,即便是快充,可能也要数小时时间才能充满,极大的影响运输速度,而且过重的车身也会影响车辆的商业载重能力。

如果采用氢燃料电池,情况就完全不同了,极高的能量密度可以使氢燃料电池的物流卡车轻松突破1000公里的续航能力,而且补能时间仅需数分钟。

更重要的是,燃料电池的短版在干线物流的场景下有完美解决方案。因为物流卡车都有固定场站,所以在固定场产修建集制氢、储氢、加氢为一体的补能中心,利用光伏、风电、峰谷电价低成本制氢。

由于减少了氢能源运输这个效率黑洞,所以在干线物流的场景下,氢燃料电池的系统效率会得到显著提升,再加上极为突出的速度优势,多国政府,包括我国政府均鼓励物流场景发展氢燃料电池车型也就不足为奇了。

燃料电池除了装车还能干嘛

在迪斯和马斯克狂喷燃料电池愚蠢的同时,中国科学院院士,中国百人会副理事长欧阳明高也在3月6日的新京报两会经济策论坛上着重谈到了燃料电池。

欧阳明高院士(图片来自电动汽车百人会官方微信)

欧阳院士的主要观点有以下几点:第一,氢燃料电池在未来10年时间成本可能降低80%。第二,风能、光伏这类波动能源必须配备储能装置或者灵活电网调节能力,才有可能得到充分利用。而氢燃料电池在这方面有先天优势,完全可以将氢燃料电池当做类似蓄水电站使用。第三,有电的地方用电,没电的环境下用氢,氢能会取代汽柴油,成为应急发电的主要来源,氢既是能源载体,也是储能介质。

欧阳院士的观点,对邦老师启发很大,氢燃料电池因其能量密度大,补能速度快的独特优势,会存在很多交通工具之外的应用场景,比如这种电网级的储能装置,用燃料电池在安全性上就要比锂电池优势更大。

虽然就如迪斯和马斯克所言,氢燃料电池对于大规模的乘用车场景的确是一个愚蠢的选择,但是在交通当中的某些专用场景,以及能源、家用领域,燃料电池还是有很广阔的应用场景的,就如欧阳院士所言:“所有的这些技术都会让经济实现高质量增长,是绿色的增长,也会让国家、经济社会进入一个全新的阶段和时代。

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