Yakıt hücresi yeni enerjinin "umudu" mu? Tek cevap sadece maliyettir!
Bir hafta önce, Che Yunjun, yakıt pilleri üzerine bir foruma katıldı. Sektör uzmanlarının yakıt hücresi endüstrisi analizlerini dinledikten ve endüstrinin başarılarını gözlemledikten sonra, bunu bir hafta boyunca tarttıktan sonra, aşağıdaki metni yazdı.
Yakıt hücreleri bu aşamada "yeni enerji" nin acı noktalarını çözebilir mi?Benzinli arabalar gibi, günümüzün elektrikli arabaları birkaç dakika içinde tamamen şarj edilebiliyorsa, caddenin her yerinde dolaşan elektrikli arabalar ezici olabilir. Ama aslında tam da elektrikli araçların şarj hızının yavaş olması, seyir menzilinin kısa olması ve kentsel alandaki şarj yığınlarının kullanıma pek uygun olmaması nedeniyle elektrikli araçlara ek olarak yakıt hücreli araç teknolojisi önermeye devam etmemiz gerekiyor. rota.
Toyota Mirai yakıt hücreli aracın şematik diyagramı
Uluslararası olarak, yakıt hücreleri (bu makalede daha sonra bahsedilen tüm yakıt hücreleri varsayılan olarak hidrojen yakıt hücreleridir), er ya da geç, neredeyse tüm büyük otomobil markaları bunları bir kez inceledi, ancak yakıt hücresi nihayet doğdu Şu anda, sadece iki Japon otomobil markası, Toyota ve Honda, seri üretiliyor ve denemeler için "kapalı" durumda.
Geleneksel yakıt hücreli araçlarla karşılaştırıldığında (İnternette yakıt hücrelerinin çalışma prensibi hakkında çok fazla bilgi vardır, Che Yunjun burada bunları tekrar etmeyecektir), yakıt hücreli araçların en büyük avantajı temiz, sessiz ve yüksek verimliliktir (genel yakıt hücresi sistemlerinin verimliliği % 40 -% 60'a kadar), aracı sürmek için kimyasal bir reaksiyonla elektrik üretmek için yakıt olarak hidrojen (H2) kullanır ve nihai ürün saf sudur (drenaj borusu yeterince temiz olduğu sürece, su doğrudan içilebilir).
Saf akülü araçlara kıyasla yakıt hücreli araçlar, akünün tam olarak şarj olmasını beklemek zorunda kalmadan benzin istasyonlarında da benzin istasyonlarında hızlı bir şekilde hidrojen yakıtı ile doldurulabilir.Aynı zamanda benzin deposunun hacmi yeterince büyük olduğu sürece basınç standarttır. Yeterince yüksek, yakıt hücresi yüksek basınçlı hidrojen ile dolu ve tek nefeste 500 kilometreden fazla koşmak sorun değil; ayrıca bataryalı araç ömrünün sonuna geldikten sonra çıkış yolu bulamayan batarya geri dönüşüm problemine kıyasla, yakıt hücresi teknolojisi tamamını garanti edebilir Sistem geri dönüşümü.
Bununla birlikte, yakıt hücrelerinin pek çok faydası olduğuna göre, neden popüler değiller? Bunun bir nedeni olmalı!
1. Bu aşamada, yakıt hücresi sistemi karmaşık bir teknolojiye ve büyük hacme sahiptir.Yakıt hücresinde, proton değişim membranı ve substrat, yakıt hücresinin iki temel bileşenidir (bu iki bileşen doğrudan yakıt hücresinin ömrünü belirler), çünkü yakıt hidrojeni, kimyasal reaksiyonlara girmek ve üretmek için bu iki parçaya güvenmek zorundadır. Motoru çalıştıran "elektronikler", yakıt hücresinin çalışmasının başlaması ile sorunsuz "elektrik" üretimi arasında bir zaman gecikmesi olduğu anlamına gelir (mevcut yerli yakıt hücresi bu gecikmeyi yaklaşık 10 saniyede kontrol edebilir). Bir aracın gaz pedalına 10 saniye basıldıktan sonra çalışması imkansızdır, bu nedenle yakıt hücreli bir araç, elektrikli bir araç gibi nispeten küçük bir enerji depolama bataryası ile donatılmalıdır.
Proton değişim zarı
Karbon bazlı kompozit levha
Bu, elektrikli araçlarda gerekli tüm ekipmanın (batarya sistemini soğutmak için radyatör dahil) aynı zamanda yakıt hücreli araçlarda da bulunması gerektiği anlamına gelir, bu da yakıt hücreli araç teknolojisinin nispeten daha karmaşık olduğunu belirler. Dahası, yakıt hücreli yakıt deposu, bataryalı bir arabanın akü paketi kadar kolay kontrol edilemediği için, yakıt hücreli araç, depolamaya uygun yüksek basınçlı gaz deposu için güvenli bir yer tasarlamalıdır (genellikle arka yolcunun kalçalarının altında tasarlanır). .
2. Yakıt pillerinin üretim maliyeti kademeli olarak düşüyor, ancak yine de çok yüksekYakıt pillerinin değerli metaller (platin) için yüksek talebi olduğundan ve yakıt hücrelerinin iki temel bileşenini üretebilen çok az yerli şirket olduğundan (yalnızca Shandong Dongyue proton değişim membranlarında önemli bir teknolojik atılım gerçekleştirmiştir ve 3M ve DuPont ve diğer şirketler yüksek standartlı membran ürünleri üretebilir), bu nedenle hem uluslararası hem de yerel perspektiflerden yakıt pillerinin üretim maliyetleri bu aşamada azaltılamaz, bu da doğrudan yakıt hücresi enerji üretiminin yüksek maliyetine yol açar.
Hidrojenin yakıt hücresi yığını
2006 yılında, Mercedes-Benz tarafından Pekin'de başlatılan yakıt hücreli otobüs, araç başına 10 milyon yuan'dan fazlaya mal oldu. Şu anda, bir yerli ticari yakıt hücreli aracın pil sistemi fiyatı 800.000-900.000 yuan'a ulaştı. Dönüşümden sonra, kilovat başına yerli yakıt hücresi endüstrisinin olduğu tahmin ediliyor. Yakıt pillerinin maliyeti de 1.000-2.000 ABD doları civarındadır.Toyotanın 100-200 ABD doları / kW yakıt hücresi maliyetiyle karşılaştırıldığında, yerli yakıt hücresi teknolojisi ve üretim süreçlerinde iyileştirme için hala çok yer var.
3. Şu anda, Çin'de binek otomobiller için uygun bir yakıt hücresi teknolojisi eksikliği varYakıt hücreleri için, farklı substrat malzemelerine göre birkaç farklı türe ayrılabilir.
Karbon bazlı kompozit levha - ana malzeme olarak karbondan yapılmış bir substrat.Bu tip substrattan (aşağıda) oluşan yakıt hücresi, stabilite, iyi elektriksel ve termal iletkenlik özelliklerine sahiptir, ancak karbon substrat nispeten kalın olduğu için (dayanıklılığı sağlamak için), Bu nedenle, karşılık gelen yakıt hücresi yığınının boyutu da aynı anda artmış ve bu da enerji yoğunluğunda bir azalmaya yol açmıştır, böylece bu tür alt tabakalardan oluşan yakıt hücresi sistemleri, yalnızca yüksek hacim gerektirmeyen ticari araçlar (otobüsler veya kamyonlar) için kullanılabilir.
Metal kompozit levha - düşük sıcaklıkta yüksek mukavemetli, ince monolitik ve hızlı başlangıç hızı özelliklerine sahip olan, yakıt hücresi yığınının (aşağıda) daha hafif ağırlık ve daha yüksek enerji yoğunluğu elde etmesini sağlayan metal malzemeden yapılmış bir alt tabaka ( Karbon substrat en az% 50) ve reaksiyon hızını geliştirir. Ancak metal kompozit plaka yakıt hücresinin çalışma ortamında korozyona dayanıklı olmadığından, ömrü kısadır, ısı stabilitesi iyi değildir ve çalışma sırasında yüzey direnci büyük olduğundan metal kompozit plakadan oluşan yakıt hücresi sisteminin teknik gereksinimleri daha yüksektir.
Titanyum plaka - yukarıdaki karbon kompozit substrat ve metal kompozit plakalı yakıt hücresinin birçok avantajını birleştiren, ancak yalnızca maliyet açısından bunu yapamaz, bu nedenle titanyum kullanılır, metal titanyumdan yapılmış bir yakıt hücresi substratı Kart tarafından inşa edilen yakıt hücresi sistemi, yalnızca pahalı bir drone sürmek gibi paranın kötü olmadığı endüstrilerde kullanılabilir (hiçbir şekilde DJI gibi değil).
Şu anda, Toyota ve Honda'nın yakıt hücreli araçları için kullandıkları yakıt hücresi yığınlarının tamamı metal kompozit panellerdir ve Çin'deki bu tür yakıt hücresi sisteminin üretim süreci, maliyet kontrolü ve performansı, bu iki Japon markasınınkilerle karşılaştırıldığında küçük değildir. Bu nedenle, nispeten olgun yerli yakıt hücresi sistemleri (esas olarak karbon bazlı kompozit paneller) sadece bazı büyük ticari araçlara uygulanabilir ve binek otomobiller için çok az yakıt hücresi yığını vardır. Ancak Che Yunjun, bu yakıt hücresi konferansında, yakıt hücresi alanında teknolojinin ön saflarında yer alan hidrojen protaktinyum gibi yerli firmaların önümüzdeki birkaç yıl içinde rekabetçi metal kompozit plakalı yakıt hücreleri üretmesinin beklendiğini öğrendi.
4. Hidrojenin üretimi ve taşınması zordurToplum tarafından geniş çapta kabul edilebilecek her türlü enerji, insan doğası açısından "endüstriyel zincir maliyetinin" bir zaferidir.Fosil yakıt enerjisi popülerdir ve kapsamlı keşif, madencilik, rafinaj, nakliye, tüketim ve kullanım maliyetidir. "Sektördeki en düşük seviyeye" ulaştığımız için, yakıt hücrelerinin fizibilitesini tartışmak için sistematik olarak sistem maliyetini tartışmalıyız.
Yakıt pillerinin çevre koruma maliyeti kullanım düzeyinde çok düşük olsa da yakıt hidrojen üretimi önümüzde uzanan bir dağdır. Kömürden hidrojen üretimi, kimya endüstrisinden hidrojen üretimi, hidroelektrik ve rüzgar enerjisinden hidrojen üretimi gibi marjinal yöntemler ile hidrojenin bir kısmını elde edebilsek de, toplumda yakıt hücresi sistemlerinin (araçların) kullanımı belli bir düzeye ulaştığında, büyük ölçekli endüstriyel hidrojen üretimi Tek çözüm bu. Ancak hidrojen uğruna, fosil yakıtlara kıyasla hidrojen ürettikten sonra, yakıt hücresi endüstrisinin sistem maliyetinin hala bir avantajı olup olmadığını bilmiyoruz.
Şu anda büyük binek araçlarda kullanılan 35 MPa hidrojen depolama tankı
Ayrıca hidrojenin taşınması ve depolanması da dikkatle incelenmesi gereken bir konudur. Hidrojen yakıt hücreli bir araç için, Çin'in hidrojen tankları için mevcut ulusal standardı 35 MPa'dır. Bu basınç standardı, yakıt hücresi yığınlarının rekabetçi bir dayanıklılık (enerji yoğunluğu) elde etmesine yardımcı olmaz. Ancak diğer 70 MPa ulusal standardı hala boştur.
Ayrıca hidrojen, öncelikle yanıcılığı nedeniyle çok özel bir gazdır: Havada, hidrojenin hacim konsantrasyonu% 4,1 ile% 74,2 arasında olduğu sürece, bu sırada bir patlama meydana gelebilir, yani hidrojen Taşıma ve doldurma sürecinde, sızıntının kontrolü kesinlikle benzine göre çok daha katıdır, bu da hidrojen yakıt ikmal istasyonlarının şarj yığınları gibi inşa edilemeyeceği ve bakıma ihtiyaç duyulmayacağı, ancak özel personel ile ilgilenilmesi ve bakımı yapılması gerektiği anlamına gelir.
İkinci olarak, hidrojen (H2), son derece güçlü bir geçirgenliğe sahip olmasına izin veren, çok küçük moleküler hacme sahip bir gazdır. Oda sıcaklığında hidrojen kauçuk ve lateks borulardan yavaşça sızabilir ve yüksek sıcaklıklarda paladyum, nikel, çelik vb. Metal filmlerden sızabilir. Bu nedenle benzin istasyonlarındaki yakıt dağıtıcıları ve depolama tanklarına kıyasla yakıtı değiştirmek istiyorum. Hidrojene (sıvı hidrojene değil), gerekli değişiklikler işin bir parçası değildir.
Yerli yakıt hücreli araçların geleceği nerede?Hafifçe söylemek gerekirse, herhangi bir politika sübvansiyonu yoksa, yerli yakıt hücresi araştırması ve elektrikli araç araştırma ve geliştirme yıllar sonra ortaya çıkmayabilir.
Mevcut politika sübvansiyonu stratejisine ve yerli yakıt hücresi teknolojisinin özelliklerine göre, ülkede yakıt hücreli ticari araçların birkaç yıl içinde tanıtılması ve uygulanmasının teşvik edilmesi mümkündür, çünkü bu şekilde yakıt hücreli araçların ekolojik kapalı döngüsü küçük bir aralıkta "test işletimi" ile sınırlandırılabilir. "Politika sübvansiyonları da bu küçük çevrede en büyük etkiyi yaratabilir ve daha az beklenmedik özel durum vardır.
Uzun vadeli bir perspektiften bakıldığında, yakıt hücreli binek araç endüstrisi, elektrikli araçlardan daha doğrudan bir "tavuk veya yumurta" sorunuyla karşılaşacaktır - yakıt hücreli araçların hidrojen yakıt ikmali ekipmanı, benzinli araçların yakıt ikmali ile karşılaştırılır. Ekipman ve elektrikli araç şarj yığınları için, operatörlerin teknik seviye ve ekipman teknolojisi gereksinimleri yüksektir.Bu nedenle, hidrojen yakıt ikmal istasyonu operatörleri, yakıt hücreli araçların yatırım yapmaya razı olmadan önce belli bir sayıya ulaştığını görmeye daha isteklidirler. Tüketiciler için, yakıt hücreli bir araç satın almayı düşünmeden önce çevredeki yaşam alanında hidrojen yakıt ikmal istasyonları mevcut olmalıdır.
Bu nedenle, "ilk istasyon veya ilk araba" ikilemini çözmek için, sanayi zincirinin idari araçları ve piyasa işleyişi gelecekte vazgeçilmezdir; elbette, içinden geçenler daha düşük ve daha düşük olmalıdır. Tüm yakıt hücresi endüstri zincirinin maliyeti (hidrojen üretimi ve kullanım maliyetleri dahil). Bu endüstri, yalnızca sürekli azalan genel maliyetle, geleneksel fosil yakıtlar ve saf elektrik teknolojisi arasındaki konumunu sabitleyebilir.
