推荐点此看视频版:点此看视频版
在很多人的印象里,日本掌握了氢燃料电池技术的绝大部分专利,中国因为起步太晚,所以铁定没戏。如果你要这么想,那你就大错特错了。目前中国燃料电池系统的国产化程度,已经从2017年的30%,提升到目前的90%,甚至国产龙头亿华通的新一代自主氢燃料电池发动机,零部件国产化率高达100%!以目前的国产化速度,我可以大胆预测一下,未来氢燃料电池,最先实现产业化的一定是中国,并且3年之内,氢燃料电池系统有望完全实现国产化供应,最重要的一个原因就是,我们有“集中力量办大事”的制度优势,基建狂魔可不是白叫的!
聊技术之前,我们有必要了解一下巴拉德是谁?很多人都误以为丰田氢能车的技术全球第一,其实丰田的优势也仅限于乘用车等小型动力市场,而在公交、卡车、火车和海运等重型、中型动力市场,巴拉德占据领先位置,是全球最早将氢燃料电池技术商业化的公司,尤其是在质子交换膜燃料电池PEMFC 的技术上,全球第一。
目前国内燃料电池的技术转让也大都来自巴拉德,而非日本。潍柴动力成立合资公司,花9000万美元的技术转让费,拿到了巴拉德最新一代LCS电堆在中国独家生产和组装的权利,现在是巴拉德的第一大股东。
这9000万美元的转让费到底值不值?虽说是最新一代的电堆技术,但目前拿到的仅仅只是一个尚未成型的产品技术,也就是说潍柴提前承担了该项产品技术,在未来商业化道路上的所有风险,你再看一下它的技术转让,同一个产品多家授权,看着这几家企业打价格战,自己在一边坐收渔利,而且技术类型还都是以组装为主,感觉潍柴有被割韭菜的风险,花11亿成为第一股东,肯定是想在未来拿到巴拉德燃料电池的核心技术,可现在看的话,巴拉德始终把核心的膜电极技术握在手里,并不开放。所以这就引出来我今天的主题了,关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的!必须以自力更生为主!争取外援为辅!
接下来就进入正题,给大家汇报一下国内氢燃料电池产业链,核心部件的最新进展和突破,燃料电池系统,是氢能车上最核心的部件,就如同燃油车里的发动机,在整车成本中的占比超过 60%。燃料电池系统又包括燃料电池堆和辅助系统(辅助系统简称 BOP,包含氢气循环系统、空压机、水热管理系统等),其中电堆、氢气循环系统、空气压缩机、膜电极、双极板、催化剂、碳纸、质子交换膜,是整个系统中最核心的部件。一辆氢燃料电池大客车的造价是普通柴油大客车的三四倍,为什么这么贵?就是因为这些核心部件,尚未实现大规模国产化替代。
先说一下电堆,电堆是燃料电池发动机的动力来源,更是整个燃料电池产业链中成本和技术的核心部分。我们看一下2021年,电堆的市场份额排名,清能股份,以25%的份额稳居第一名,巴拉德和神力科技,以16%的份额,并列第二名。清能股份主要走的是大功率电堆的技术路线,自主研发关键零部件和原材料,单堆150kW及以上电堆,配套重卡出货量超200台,而且国外市场出货量占比超30%。
接着说膜电极,膜电极是实现化学能-电能转换的场所。头部企业鸿基创能,是国内首家将膜电极国产化并规模化生产的公司,巴拉德的氢能巴士、物流车、叉车都有在用,目前鸿基创能的年产能达到30万平米、1000万片,可满足每年约3万辆氢能车膜电极的需求。
膜电极再细分一下,又是由催化剂、质子交换膜、碳纸组成。先说催化剂,催化剂层是氢气和氧气发生电化学反应产生电流的场所,这个材料市场目前被日本田中贵金属、英国庄信万丰、比利时优美科垄断,所以目前比较依赖进口,唯一的催化剂上市公司贵研铂业,还处于实验室研究阶段。
膜电极的另外一个关键材料--质子交换膜,这玩意性能的好坏,直接决定了氢燃料电池的性能和使用寿命。丰田 MIRAI、现代 NEXO 、本田 CLARITY,还有国内大部分企业,用的都是美国戈尔的,国内头部企业是东岳集团,市场份额排在美国戈尔和科慕之后,拥有国内唯一的全氟酸质子膜树脂合成生产线,并且实现了量产,目前产品已经打入了奔驰公司的供应链。
膜电极的最后一个关键材料--气体扩散层的碳纸,国内碳纸类材料的实验室技术,可对标国外部分先进产品的水平,相信没几年就能进入产业化阶段。
然后再看一下辅助系统里的空压机,也就是空气循环系统,通过对进堆空气进行增压,为电堆提供适量适压的氧气。国内头部企业雪人股份,通过并购参股瑞典SRM公司,拥有了全球领先的燃料电池空压机和氢循环泵技术,目前已向国内 21 家整车和发动机企业供货。可以说,空压机我们已经实现了全功率段国产化,目前国产化率接近100%。
再看一下氢气循环系统,氢气循环系统的作用,是将电堆未反应的氢气,再次循环到电堆的氢气入口,从而提升氢气的利用率及涉氢安全。2020年之前,国内的氢气循环泵市场,是被德国普旭垄断的,到了2020年之后,国内龙头上海政飞打破垄断,研发的产品在功率、流量、温度范围等方面,优于德国普旭的产品,所以搞的普旭混不下去了,现在基本退出了国内市场。
最后再看一下储氢罐,高压气态储氢方案因为技术成熟,所以我们用得比较多,但是液态储氢的运输能力,是高压气态氢气的十倍以上,非常适合重卡这种有长续航、重负载要求的汽车。所谓液氢也就是氢气在零下253度时保持的液体形态,国外液氢技术相对比较成熟,国内的话因为高成本和安全问题得不到解决,所以目前还没有大规模民用,只有航天领域常用,前段时间航天六院打破国外垄断,成功研制出了氢气液化系统,设备卡脖子问题算是解决了。
整机来看的话,亿华通是国内龙头,国内67款燃料电池车都安装了亿华通的燃料电池系统,新一代自主氢燃料电池发动机,零部件国产化率高达100%!
电堆和膜电极可以自己造,在低温启动和效率方面略有优势。国产电堆已实现批量供应,双极板和膜电极接近国际先进水平,部分指标落后。空压机和氢气循环泵接近或达到国际先进水平,国产质子交换膜进入小批量商用阶段,在氢能重卡、公交等领域开启示范运营。现在主要是催化剂和碳纸材料尚未实现国产化,还处于研发或送样测试验证阶段,还有储氢罐液氢技术,尚未实现大规模民用。
总之,不论是燃料电池系统还是电堆,目前国产化率基本达到90%,一些辅助系统的性价比,甚至明显超过国外,以目前的技术进步和基础设施建设速度,预估到2025年,氢能车就可以实现较高的技术成熟度。2030 年氢能车的价格,就可以达到柴油车的水准。我大胆预测一下,未来氢燃料电池,最先实现产业化的一定是中国!尤其是氢能重卡!
联系客服