从氢能源汽车Mirai看丰田氢经济社会的构想

  • 发表于: 2017/11/27 06:44:00 来源:车云网

氢能源是汽车的终极能源?

提到氢能源汽车,以丰田、本田为首的日系车企会首先浮现在我们脑海中。在电动车发展的大环境下,似乎日系车企对于氢能源有着异乎寻常的执着。丰田早在20年前就开始了对氢能源的研发以及Mirai车型的打造,Mirai目前也已经在日本本土和欧美市场登陆。不过,在Mirai的背后,丰田并不仅仅想打造一款氢能源汽车这么简单,氢经济社会才是它的终极目标。

从氢能源汽车到氢经济社会

氢能源被誉为21世纪最具备发展潜力的能源,也被称为人类未来的“终极能源”,未来的发展潜力巨大。氢能源最大的优点自然是清洁,它可以通过一定的方法利用其它能源制取,燃烧之后几乎只生成水,少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境,且燃烧生成的水还可继续制氢,反复循环使用。

氢能源的生产方式多种多样。目前绝大多数氢气来自天然气和石油燃料反应,目前比较主流的是依靠天然气和水的反应,甲烷和水经过高温产生一氧化碳和氢气,这种方法制氢成本较低产量较大,设备较多。另外一种是电解水制氢法,虽说成本较高,但可以使风力、太阳能以及再生能源统统转化成电能,然后将电能以氢气的方式储存起来,起到储存电能的功效,具有值得关注的未来意义。另外还有依靠农作物、木材等碳水化合物为原材料的生物制氢法,以及太阳能、工业废氢等其他可再生资源制氢的方法,均可以不直接利用化石燃料。

作为一个化石燃料较为缺乏的国家,日本早期将筹码压在了核电战略上,并以此为基础大力发展氢能源和燃料电池技术。日本对于氢燃料电池的研究起步非常早,在1993年便开始实施了“世界能源网络计划”,对相关技术开始进行基础性研究。不过在福岛核事故之后,氢能源和燃料电池的发展在前期大力投入之后,依然另辟蹊径保持着快速发展的趋势,并希望构建氢经济社会,从工业用电到家庭用电都充分利用氢能源为燃料。

而在氢能源汽车上,氢能源并不需要太大的储存体积就可以拥有与传统内燃机车相当、甚至还有长的续航里程。而且更换燃料的时间仅需要3-5分钟,与我们平时加油的时间相差无几,而不用像电动车一样动辄就以小时计算充电时间。这些都是电动车比较受人诟病的地方,也与我们驾驶传统能源汽车的习惯更加接近。而且正是得益于它的长续航能力,氢能源燃料电池技术可以更多地应用在长途大巴、卡车等大型交通工具上,这也是目前电动车所不擅长的领域。

当然,氢能源汽车也有诸多的弊端,比如目前氢能源的生产工艺、氢燃料的储存和运输、基础设施的配套建设等等。但从长远角度来看,氢能源的广泛来源、续航里程、补给速度都将使氢能源汽车占有更大的优势,在未来形成相当的竞争力。氢能源汽车将是推动氢社会建设至关重要的一个部分,与氢社会相辅相成。没有氢能源汽车的推动,氢能源的制造、运输、利用都将大打折扣。就在刚刚过去的东京车展上,丰田不仅又展出了氢能源概念车Fine-Comfort Ride,还有一款氢能源概念大巴Sora,而且Sora已经可以量产并在2020年东京奥运会上投入使用。

在丰田大力发展氢能源汽车的背后,反映出来的其实是对未来的氢经济社会的构想,从家用热电联产到国民用电,最终充分利用氢燃料发热和电,解决目前煤发电以及太阳能发电的单一。目前多于10%的前500强的公司(如谷歌、微软、可口可乐)都在使用固定式氢能电力系统,整个2016年全球增加了92座加氢站,目前已经达到接近300座。在未来理想的氢社会中,一个家庭、企业到一整个地区都有可能不再单独购买电力,而是转而购买氢气来满足供暖和供电。

首款氢能源汽车Mirai入华,氢社会扩大版图

除了日本,中国也开始了进一步对氢能源技术发展提供扶持,将燃料电池路线视为新能源汽车领域的主要技术方向之一。国家相关部委密集出台政策,《国家创新驱动发展战略纲要》、《“十三五”国家科技创新规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《中国制造2025》、《汽车产业中长期发展规划》、《“十三五”交通领域科技创新专项规划》等纷纷将发展氢能和燃料电池技术列为重点任务,将燃料电池汽车列为重点支持领域。要在2020年实现五千辆级规模在特定地区公共服务用车领域的示范应用,建成100座加氢站;2025年实现五万辆规模的应用,建成300座加氢站;2030年实现百万辆燃料电池汽车的商业化应用,建成1000座加氢站。

丰田自然不会忽略中国这个发展迅速、体量巨大的市场。就在10月底,丰田汽车公司宣布开始启动“MIRAI 未来”在中国的实证实验,同时在常熟落成第一个自建加氢站。丰田很有可能成为首个将燃料电池汽车引入国内市场的国外车企。

全新Mirai于去年发布,除了整车风格依然前卫之外,续航里程可以接近500km,四门轿跑造型的新车尺寸达到了中型车的水平。在此之前,最初的Mirai成本难以控制,造价甚至达到了1亿日元,无奈只能采取租售的方式,丰田内部还曾一度对Mirai产生了怀疑。

之后丰田去掉加湿模块、优化氢气罐的容积使之数量由四个减少到两个、提高燃料电池组密度、采用高效率升压转换器、沿用之前混合动力使用的马达、电池、逆变器等部件以降低开发支出成本等等,同时采用了更简洁朴素的内饰设计和用料,减少不必要的科技配置。这些努力使Mirai真正问世的时候,售价达到了700万日元(合人民币约37万),加上日本政府的补贴,最终几乎只需要27万。

而之所以如此努力地降低成本,丰田的目的很明确,就是希望可以尽最大可能降低售价来增加销量和Mirai的普及度,从而推动其他氢能源设施的建设。如果Mirai只存在于高端消费者或小众阶层,必然很难推动整个氢经济社会的发展,也就失去了它诞生的意义。

不过,丰田在2015年对于Mirai极为谨慎地只定了400辆的销售目标,即使订单量充足也并不急于扩大产量,今年的目标也仅为3000辆。丰田预计在2020年之前将这个数字扩大10倍,届时生产制造的成本也将更低。丰田首席研发官伊势清贵表示在2025年的时候,现在看起来价格依然偏高的Mirai也可以做到与普通的电动车、混动车型的价格相当。

为了加快这一进程,丰田甚至开放了与氢和燃料电池相关的5680项专利供免费使用。这些专利涵盖了从车载软件和系统到氢的实际生产。丰田希望此举给其它汽车制造商足够的时间加速开发并降低研发费用,共同做大氢燃料电池汽车这个细分品类。

在政策的扶持下,虽然商业化仍然面临着不少问题,但从各种平台、试点以及首款氢燃料电池汽车Mirai引进国内来看,必将推动我国燃料电池的技术进步及商业化进程,也会促进我国新能源汽车相关政策的完善和能源结构的调整。

车云小结

虽然已经有了二十余年的发展历史,也已经逐步有了量产车的出现,氢能源汽车目前依然还处于起步阶段,但我们需要看到的是它在未来巨大的发展潜力,尤其是在全世界新能源化的大趋势下更有它的意义。丰田Mirai的入华也标志着丰田在中国开始推行氢能源社会的第一步,日后的目标将是努力逐渐对它进行普及。也许到2050年之后,各国都已经完成了对传统能源的跟新换代,氢能源汽车会是一道独特的风景线。


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