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鋰電池和氫燃料電池的一些分析

2019-02-16 10:46 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:電子發(fā)燒友 來(lái)源:電子發(fā)燒友
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鋰電池  “鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N....
電池

  “鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí),M. S. Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?;顫?,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對(duì)環(huán)境要求非常高。所以,鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

  鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的。可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生,其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制,現(xiàn)在只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

  氫燃料電池

  氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素,制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng),把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極,氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極。

  氫燃料電池特點(diǎn)無(wú)污染燃料電池對(duì)環(huán)境無(wú)污染。它是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng),而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會(huì)釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過(guò)可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過(guò)程。

  無(wú)噪聲燃料電池運(yùn)行安靜,噪聲大約只有55dB,相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝,或是在室外對(duì)噪聲有限制的地方。

  高效率燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過(guò)熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。

  

  氫燃料電池和鋰電池比較分析

  全球能源格局臨近大變革前夜

  縱觀人類歷史,文明的進(jìn)步本質(zhì)上就是能量輸出強(qiáng)度的進(jìn)步。早期的農(nóng)業(yè)文明,動(dòng)力以人畜、木柴等生物能為主,輸出功率非常有限,還受到土地承載能力的限制,經(jīng)濟(jì)只能在低水平不斷循環(huán);18世紀(jì)工業(yè)革命后,隨著蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的推廣,基礎(chǔ)能源變?yōu)橐悦禾?、石油為代表的化石能源,能量密度提升了上百倍,GDP也終于突破了“馬爾薩斯陷阱”的束縛,呈現(xiàn)了指數(shù)型的增長(zhǎng)。目前全球能源結(jié)構(gòu)為原油33%,天然氣24%、煤炭30%,核電4%、水電7%和新能源2%,化石能源居于絕對(duì)主導(dǎo)地位。但展望未來(lái),我們判斷人類能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)到了再次大變革的前夜,石油將有望在30年內(nèi)被全面替代,以燃料電池為代表的氫能源將成為新的主導(dǎo)能源!

  石油時(shí)代將被全面替代

  農(nóng)耕文明發(fā)展后期面臨的最大問(wèn)題就是,有限的土地資源最終無(wú)法支撐人口進(jìn)一步的增長(zhǎng)。化石能源作為不可再生資源,同樣面臨著資源稀缺性的制約。按照過(guò)去20年的消費(fèi)增速線性外推,全球已探明石油儲(chǔ)量只能支撐30年,即使技術(shù)進(jìn)步能將石油壽命再延續(xù)幾十年,但總還是有用光的一天,相對(duì)于人類還要持續(xù)至少千年的歷史,仍然沒(méi)有意義。而且考慮到目前勘探程度已經(jīng)很充分,在發(fā)現(xiàn)低成本大油田的概率很低,潛在供給的開(kāi)采成本會(huì)越來(lái)越高。這最終也會(huì)刺激替代能源商業(yè)化的大幅提速,如現(xiàn)在鋰電池車的發(fā)展就已經(jīng)如火如荼,因此經(jīng)濟(jì)意義上的石油枯竭恐怕還會(huì)來(lái)的更早。未來(lái)誰(shuí)能全面替代石油,成為新一代的車用燃料就成為非常關(guān)鍵的問(wèn)題。

  燃料電池vs鋰電池誰(shuí)將勝出

  目前替代石油車的主流技術(shù)路線就是鋰電池和燃料電池。燃料電池最大優(yōu)勢(shì)就是能量密度高,是鋰電池的120倍。但鋰電池起步早,商業(yè)化程度更高,整車成本也更低,且充電可以利用現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng),相比燃料電池整個(gè)加氫和供氫的配套網(wǎng)絡(luò)都要從頭建設(shè),成本也要更低。因此這兩者的競(jìng)爭(zhēng)核心就是能量密度vs成本的競(jìng)爭(zhēng)。成本下降是個(gè)工程問(wèn)題,可以通過(guò)商業(yè)化來(lái)解決,而能量密度面對(duì)的卻是基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的瓶頸,基本上是無(wú)解。因此本質(zhì)上兩者的區(qū)別是“道與術(shù)”的區(qū)別,長(zhǎng)期看,燃料電池?zé)o疑潛力更大,也最有望成為下一代車用基礎(chǔ)能源。

  能量密度提升是主線邏輯

  人類歷史上每一次成功的能源變革,都有一個(gè)清晰的主線邏輯,就是能量密度出現(xiàn)數(shù)量級(jí)上的躍升。如煤炭比木柴高160倍,石油比煤炭也要高2倍。新能源只有具備能量密度上碾壓性的優(yōu)勢(shì),才有能力顛覆傳統(tǒng)能源憑借著長(zhǎng)期發(fā)展建立起來(lái)的完善的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)配套,并逆轉(zhuǎn)其巨大的使用慣性。這也有些類似英爾特創(chuàng)始人格魯夫在IT領(lǐng)域提出的10倍速原理,即能夠成功顛覆的新技術(shù)一旦出現(xiàn),基本就是星火燎原、勢(shì)不可擋。如汽油車比電動(dòng)車出現(xiàn)要晚20年,早期技術(shù)也更為不成熟,但還是憑借著能量密度高的優(yōu)勢(shì),摧枯拉朽般的替代了電動(dòng)車。

  近幾十年雖然各國(guó)都在大力推廣電動(dòng)車,但其占比依然很低,尚不足1%,核心就在于過(guò)往的電動(dòng)車都違反了能量密度提升這個(gè)能源變革的主線邏輯。哪怕是最新一代的鋰電池車,其能量密度極值也只有汽油的1/40,行業(yè)自然遲遲無(wú)法出現(xiàn)10倍速的改進(jìn)。但燃料電池的出現(xiàn)卻徹底改變了這一現(xiàn)狀。其以氫氣為原料,基礎(chǔ)能量密度是汽油的3倍,電動(dòng)機(jī)的做功效率還是內(nèi)燃機(jī)的2倍,實(shí)際密度是汽油的6倍,優(yōu)勢(shì)明顯。而且從人類過(guò)去百年的能源進(jìn)化史看,其本質(zhì)上就是碳?xì)浔鹊恼{(diào)整史,氫含量越高,能量密度越高,未來(lái)從碳能源轉(zhuǎn)向氫能源是大勢(shì)所趨,因此采用氫能源的燃料電池?zé)o疑更能代表歷史發(fā)展的方向,最有望成為下一代的基礎(chǔ)能源。

  機(jī)動(dòng)車性能主要為續(xù)航能力、充電/充氫時(shí)間、輸出功率和安全性等。燃料電池能量密度遠(yuǎn)高于鋰電池,相應(yīng)電池容量,快充能力和續(xù)航里程就具備了天然的優(yōu)勢(shì),即使是和鋰電池的頂級(jí)豪車Tesla相比也是大幅領(lǐng)先。但其功率密度不高,最大輸出功率取決于輔助的動(dòng)力電池系統(tǒng),相應(yīng)最高時(shí)速和百公里加速指標(biāo)和鋰電池相差不大。為了便于比較,我們下文選取目前主流的2L排氣量汽油車,對(duì)應(yīng)45度鋰電池車和輸出功率100KW燃料電池車作為分析基準(zhǔn)。

  能量密度比較

  鋰電池作為蓄電池的一種,是個(gè)封閉體系,電池只是能量的載體,必須提前充電才能運(yùn)行,其能量密度取決于電極材料的能量密度。由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極,所以提高能量密度就要不斷升級(jí)正極材料,如從鉛酸、到鎳系、再到鋰電池。但鋰已經(jīng)是原子量最小的金屬元素,比鋰離子更好的正極材料理論上就只有純鋰電極,但能量密度其實(shí)也只有汽油的1/4,而且商業(yè)化的技術(shù)難度極大,幾十年內(nèi)都無(wú)望突破。因此鋰電池能量密度提升受制于理論瓶頸,空間非常有限,最多也就是從目前的160Wh/KG提高至300Wh/KG,即使達(dá)到也只有燃料電池的1/120,可謂輸在起跑線上。

  體積能量密度比較

  燃料電池的原料氫氣主要缺點(diǎn)就是體積能量密度不高,現(xiàn)在基本上是采用加壓來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。按照現(xiàn)行的700個(gè)大氣壓的加壓模式,其體積能量密度是汽油1/3。同樣跑300公里,燃料電池儲(chǔ)氫罐體積為100L,重量為30KG,對(duì)應(yīng)汽油車油箱為30L,但電動(dòng)機(jī)體積比內(nèi)燃機(jī)小80L,總體積相差不大。鋰電池車分為三元和磷酸鐵鋰兩種主流技術(shù)路線,代表企業(yè)為T(mén)esla和比亞迪。三元能量密度更高,但安全性差,需要輔助的安全保護(hù)設(shè)備,跑300公里所需的兩種電池體積分別為140L和220L,重量為0.4噸和0.6噸,都遠(yuǎn)高于燃料電池。展望未來(lái)如果儲(chǔ)氫合金和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)能夠突破,燃料電池體積能量密度將分別增加1.5倍和2倍,優(yōu)勢(shì)會(huì)更為明顯。

  功率密度比較

  燃料電池本質(zhì)上可以理解為以氫氣為原料的化學(xué)發(fā)電系統(tǒng),因此輸出功率比較穩(wěn)定,為了最大提高放電功率必須附加動(dòng)力電池系統(tǒng),如豐田Mirai就是配套鎳氫電池。但作為一個(gè)開(kāi)放的動(dòng)力系統(tǒng),其能量來(lái)自于外部輸入,附加的鎳氫電池不需要考慮儲(chǔ)能的問(wèn)題,只要5-8度就能滿足需求,對(duì)電池壽命的要求也不高,在真實(shí)工況下的使用限制很少。鋰電池雖然理論放電效率很高,但為了不傷害電池壽命,使用限制很多。在充滿電的情況下不能大倍率放電,快速放電只適用0-80%這個(gè)區(qū)間。即使如此,以5C倍率放電,實(shí)驗(yàn)室中的電池循環(huán)壽命也會(huì)縮短到只有600次,真實(shí)工況下會(huì)進(jìn)一步降至400次,如Telsa即使最大功率可達(dá)310KW,但實(shí)際放電倍率也只有4C。而且鋰電池作為能量密度不高的封閉儲(chǔ)能體系,高功率放電和高續(xù)航里程基本很難兼容,除非大幅提升電池重量。即使Tesla采用了目前能量密度最好的三元電池,其電池組件重量都接近半噸。

  安全性比較

  除了上述指標(biāo),安全性對(duì)于機(jī)動(dòng)車來(lái)說(shuō)無(wú)疑也非常關(guān)鍵。鋰電池作為封閉的能量體系,從原理上高能量密度和安全性就很難兼容,否則就等同于炸彈。因此現(xiàn)在主流工藝路線中,能量密度低的磷酸鐵鋰安全性卻較好,電池溫度達(dá)到500-600度時(shí)才開(kāi)始分解,基本不需要太多的保護(hù)輔助設(shè)備。Telsa采用的三元電池能量密度雖高,但不耐高溫,250-350度就會(huì)分解,安全性差。其解決方法是并聯(lián)了超過(guò)7000節(jié)電池,大幅降低了單個(gè)電池漏液,爆炸帶來(lái)的危險(xiǎn),即使如此也還需要結(jié)合一套復(fù)雜的電池保護(hù)設(shè)備。并且前期發(fā)生的幾次事故,雖然得益于Telsa的安全設(shè)計(jì)并沒(méi)有出現(xiàn)人員傷亡,但就事故本身而言,其實(shí)都是非常輕微的碰撞,車身也沒(méi)有收到什么傷害,但電池卻著火了,也側(cè)面反映了其安全性上天然的劣勢(shì)。

  燃料電池由于原料氫氣易燃易爆,市場(chǎng)普遍擔(dān)心其安全性問(wèn)題。但如我們下表的數(shù)據(jù),相比汽油蒸汽和天然氣這兩種常見(jiàn)的車用可燃?xì)怏w,氫氣的安全性并不差,甚至還略好。現(xiàn)在車用儲(chǔ)氫裝置都采用碳纖維材料,在80KM/h速度多角度碰撞測(cè)試中都可以做到毫發(fā)無(wú)損。即使車禍導(dǎo)致泄露,由于氫氣爆炸要求濃度高,在爆炸前一般就已經(jīng)開(kāi)始燃燒,反而很難爆炸。而且氫氣重量輕,溢出系統(tǒng)的氫氣著火后會(huì)迅速向上升起,反而一定程度上保護(hù)了車身和乘客。而汽油為液態(tài),鋰電池為固態(tài),很難在大氣中上升,燃燒都在車艙底部,整車會(huì)迅速著火報(bào)廢。氫氣儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)其實(shí)和LNG非常類似,只是所需壓力更大,隨著商業(yè)化推進(jìn),其整體安全性也還是可控的。

  電池車的成本主要分為整車成本、原料成本、配套成本。目前對(duì)燃料電池詬病最多就是成本太高,但用發(fā)展的眼光看,隨著技術(shù)進(jìn)步和商業(yè)化程度提高,其成本下降的空間很大。而鋰電池如果考慮到電網(wǎng)端擴(kuò)容的成本,其實(shí)綜合配套成本還高于燃料電池,具體測(cè)算如下:

  整車成本比較

  鋰電池、燃料電池和傳統(tǒng)汽油車,整車成本的差異主要體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)成本,其他組件差異不大。2L汽油車發(fā)動(dòng)機(jī)成本在3萬(wàn)元左右,未來(lái)也很難有太大的變化。現(xiàn)有鋰電池的度電成本為1200元/kWh,未來(lái)有望降至1000元/kWh,45度電動(dòng)車,電池成本為4.5萬(wàn)元。燃料電池成本主要是電池組和高壓儲(chǔ)氫罐,現(xiàn)在100kw電池組成本為10萬(wàn)元,預(yù)測(cè)年產(chǎn)50萬(wàn)臺(tái)后,單位成本將降至30美元/KW,即2萬(wàn)元?,F(xiàn)有儲(chǔ)氫罐成本為6萬(wàn)元,未來(lái)有望降至3.5萬(wàn)元,總成本為5.5萬(wàn)元。長(zhǎng)期看三種動(dòng)力體系的成本相差不大,可見(jiàn)整車成本并不是核心問(wèn)題。

  原料成本比較

  2L汽油車百公里耗油為10升,5.8元/L的汽油售價(jià),成本為58元。鋰電池車百公里耗電量為17度,0.65元/度電成本,成本11元。燃料電池百公里消耗氫氣9方,制氫方式主要分為電解水或者化學(xué)反應(yīng),如煤制氫、天然氣制氫等。電解水成本主要是電,平均5度電1方氫氣,成本約為3.8元/方,但可以在加氫站直接電解,省掉運(yùn)輸費(fèi)用。如果采用化石能源大規(guī)模集中生產(chǎn),國(guó)內(nèi)成本最低的是煤制氫氣,約為1.4元/方,北美則可利用廉價(jià)的天然氣,成本在0.9元/方。如果我們以煤制氣成本作為標(biāo)準(zhǔn),百公里原料成本12.6元,和鋰電池差別不大。

  配套成本比較

  加氫站、加油站、充電站成本主要分為土地成本、設(shè)備成本、建設(shè)成本,差別主要體現(xiàn)在設(shè)備成本。加油站基本在300萬(wàn)元,充電站為430萬(wàn)元,加氫站以日本目前的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)為1500萬(wàn)元,整體上加氫站成本要高1000萬(wàn)元左右。按照15年折舊,每年銷氣量1000萬(wàn)方,則折舊成本為0.1元/方。小規(guī)模時(shí)氫氣一般以槽罐車運(yùn)輸,預(yù)計(jì)運(yùn)費(fèi)為0.44元/方,規(guī)模擴(kuò)大后則可采用管網(wǎng)運(yùn)輸,成本會(huì)下降至0.23元/方。

  雖然鋰電池現(xiàn)階段依托于現(xiàn)成的電網(wǎng)系統(tǒng),配套成本很低。但如果大規(guī)模推廣,現(xiàn)有電網(wǎng)的容量冗余基本都將被耗盡,未來(lái)必須要大規(guī)模擴(kuò)容。因此充電站本質(zhì)上是將配套成本外部化給了電網(wǎng),因此計(jì)算其全產(chǎn)業(yè)鏈成本時(shí)還要添加電網(wǎng)端的成本。一般商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的充電站至少都要達(dá)到1小時(shí)快充的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)應(yīng)10個(gè)充電樁組成的充電站的功率都要達(dá)到600千瓦,相當(dāng)于上百戶家庭的用電負(fù)荷,對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的沖擊極大。對(duì)應(yīng)電網(wǎng)需要新增投資120萬(wàn)元來(lái)擴(kuò)容負(fù)荷,但每年新增售電量只有93萬(wàn)度,按照0.65元/度購(gòu)電成本,電網(wǎng)端15年收回投資測(cè)算,則售價(jià)要在成本基礎(chǔ)上增加0.18元/度。

  銷售端成本測(cè)算

  加油站的銷售網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常成熟,其每小時(shí)的利潤(rùn)水平可以作為加注站合理回報(bào)的測(cè)算基準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)加氫站每方價(jià)差為0.51元,鋰電池每度電則為4.9元。該電價(jià)情況下,鋰電池車基本無(wú)法推廣。目前國(guó)家規(guī)定充電站服務(wù)費(fèi)上限為0.4元/度,但其背景是給予了大量補(bǔ)貼。但沒(méi)有任何產(chǎn)業(yè)可以長(zhǎng)期依靠補(bǔ)貼來(lái)發(fā)展,未來(lái)如果鋰電池的充電效率不顯著提升,在加注站這個(gè)環(huán)節(jié),企業(yè)的盈利水平會(huì)大幅低于加油站和加氫站。沒(méi)有合理回報(bào),在目前寸土寸金的大城市,投資者根本沒(méi)有任何激勵(lì)去推廣充電站,產(chǎn)業(yè)自然也無(wú)法發(fā)展。但鋰電池低能量密度過(guò)低,如果強(qiáng)行實(shí)現(xiàn)高充電效率,電池循環(huán)壽命面對(duì)的工程挑戰(zhàn)就會(huì)非常巨大。而且即使能實(shí)現(xiàn)3分鐘快充,但對(duì)應(yīng)單個(gè)充電樁的功率要高達(dá)1200千瓦,每個(gè)充電站都要配套一個(gè)110千伏變電站。其投資高達(dá)5000萬(wàn)元,占地5000平米,且周圍300米還不能有居民樓,對(duì)于現(xiàn)在沿海大城市在操作層面上挑戰(zhàn)也很大。

  總計(jì)成本

  綜合上述所有成本,汽油車、鋰電池車、現(xiàn)階段和充分商業(yè)化后燃料電池車的百公里成本為58、83、23和20元。由于銷售價(jià)差占鋰電池成本比重很高,我們考慮到充電樁設(shè)備投資是加氫站的1/3,將其小時(shí)利潤(rùn)降至1.4元,綜合成本也還有37元,燃料電池車長(zhǎng)期成本優(yōu)勢(shì)仍然非常明顯。其實(shí)這所有的根源還在于燃料電池能量密度最高,同等商業(yè)化情況下,成本自然具備優(yōu)勢(shì)。

  新能源車發(fā)展的一個(gè)重要邏輯就是節(jié)能環(huán)保,這對(duì)我國(guó)無(wú)疑更為重要。目前我國(guó)不但空氣污染嚴(yán)重,而且石油進(jìn)口依存度高達(dá)60%,其中85%還要經(jīng)過(guò)美國(guó)控制的馬六甲海峽,能源安全已成為我們國(guó)家安全的最大軟肋。因此國(guó)家給予新能源車巨額補(bǔ)貼,一個(gè)重要原因就是為了緩解對(duì)石油的進(jìn)口依存度。那么下文我們就從節(jié)能、環(huán)保和資源約束等方面對(duì)兩者進(jìn)行比較,具體如下:

  節(jié)能環(huán)保比較

  燃料電池原料氫氣在我國(guó)目前最經(jīng)濟(jì)的手段是煤制氫,鋰電池的原料電力,在我國(guó)也主要來(lái)自于煤炭發(fā)電。因此這兩者本質(zhì)上能量都來(lái)自于煤炭,碳排放只不過(guò)是轉(zhuǎn)移給了上游,因此是否節(jié)能,主要就是看能量轉(zhuǎn)換效率。目前鋰電池車每百公里耗電17度,對(duì)應(yīng)6.8公斤煤炭;燃料電池每百公里耗氫9方,儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)損耗20%,對(duì)應(yīng)煤炭為7.3公斤;汽油車每百公里耗油10L,碳排放相當(dāng)于10公斤煤炭。其實(shí)新能源車的節(jié)能效果都不明顯,其核心價(jià)值還是在于將一次能源消耗從石油轉(zhuǎn)化為我國(guó)儲(chǔ)量豐富的煤炭,緩解了能源安全問(wèn)題。而從環(huán)??矗剂想姵貛缀鯖](méi)有尾氣排放,鋰電池也只有少量排放,全產(chǎn)業(yè)的污染主要集中在上游。但比起處理分散的汽油車尾氣排放,上游的集中治污無(wú)疑難度要小很多。綜合而言,燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的污染最低,基本可以認(rèn)為是最佳的綠色車用能源。

  資源約束比較

  燃料電池的催化劑要用到貴金屬鉑,市場(chǎng)普遍擔(dān)心其資源約束。2015年鉑全球總需求為270噸,主要下游為汽車尾氣清潔催化劑、首飾、工業(yè),占比為44%、34%、22%。Mirai單車鉑消耗量約為20g,比汽油車消耗要高10-15g。假設(shè)燃料電池車占全球5%的年產(chǎn)量,年均消費(fèi)增量為56噸左右,看似沖擊很大。但是同樣假設(shè)下,鋰資源的年均消費(fèi)增量為8萬(wàn)噸,對(duì)應(yīng)每年4萬(wàn)噸的產(chǎn)量其實(shí)沖擊更大,這已經(jīng)從今年的鋰礦石價(jià)格暴漲得到側(cè)面證明。而且豐田中期優(yōu)化目標(biāo)為鉑單耗降低75%,并實(shí)現(xiàn)催化劑的鉑回收。上述任何一個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn),鉑資源約束基本就得到解決。

  商業(yè)化程度比較

  從商業(yè)化程度上看,燃料電池和鋰電池車大體差了5年,現(xiàn)在還處于商業(yè)化的前夕,預(yù)計(jì)爆發(fā)點(diǎn)在2020年左右。目前全球技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家為日本和美國(guó),尤其是日本在乘用車領(lǐng)域幾乎是一枝獨(dú)秀,2015年量產(chǎn)的Mirai基本達(dá)到了商業(yè)化的入門(mén)標(biāo)準(zhǔn)。相比之下,我國(guó)在燃料電池產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域就建樹(shù)寥寥,只有北汽福田和上汽為08年奧運(yùn)會(huì)和10年世博會(huì)生產(chǎn)過(guò)燃料電池大客車,還停留在技術(shù)示范階段。但我國(guó)的優(yōu)勢(shì)是經(jīng)濟(jì)體量大,隨著燃料電池技術(shù)的成熟,具備快速追趕的能力。

  能源的未來(lái)和工業(yè)體系的重構(gòu)

  目前全球能量整體還是來(lái)自于太陽(yáng)核聚變產(chǎn)生的邊緣能量,總輸出功率為1.8*1013。依照卡爾達(dá)肖夫指數(shù),還處于行星級(jí)文明的階段。未來(lái)要繼續(xù)突破,必然要實(shí)現(xiàn)可控核聚變,唯此才能達(dá)到1016的恒星級(jí)文明起步條件。屆時(shí)1公斤氫的同位素就能產(chǎn)生上億度電力,相當(dāng)于1公斤海水就抵得上300升汽油的能量,水變油也將從夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí),能量也將不再成為困擾人類發(fā)展的問(wèn)題。電解水制氫成本將會(huì)極低,可控核聚變+氫能源將成為能源結(jié)構(gòu)的終極組合。石油則可以從燃料這個(gè)低端領(lǐng)域徹底解脫出來(lái),各種石油基原料的成本將會(huì)降至能以想象的程度,也給人類未來(lái)工業(yè)體系的重構(gòu)帶來(lái)了無(wú)限可能,那將會(huì)是一個(gè)非常美好的時(shí)代!

  縱觀人類歷史,每一次能源變革都會(huì)帶來(lái)整個(gè)工業(yè)體系的重構(gòu),甚至是全球領(lǐng)導(dǎo)國(guó)家的易主。第一次工業(yè)革命成就了英國(guó)、第二次工業(yè)革命成就了美國(guó)。如果燃料電池車未來(lái)能全面替代石油車,則配套石油建立的整個(gè)工業(yè)體系都將被顛覆,發(fā)達(dá)國(guó)家在過(guò)去200年內(nèi)燃機(jī)時(shí)代積累起來(lái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的價(jià)值將大幅縮水,這也相應(yīng)給了我國(guó)一個(gè)彎道超車的機(jī)會(huì)。如果我們能夠把握住這個(gè)歷史機(jī)遇,就完全有望成為下一代工業(yè)體系的領(lǐng)導(dǎo)國(guó)家。日本作為最早研發(fā)出鋰電池的國(guó)家,目前卻已基本放棄鋰電池車的研發(fā),全力猛攻燃料電池,其背后的邏輯很值得我們深思。

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