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万钢:发展燃料电池汽车前景

  发表时间:09/08/2004 阅读次数:10223

  从世界汽车工业的发展趋势看,中国汽车工业的自主研发水平实现跨越发展,赶上世界先进的步伐有没有机会?当记者把这样的大话题抛出时,新任同济大学校长、我国著名的汽车专家万钢教授的回答可谓滔滔不绝,显然是早有所思。
  今年6月,由万钢教授领衔,国家863燃料电池轿车专项团队联合研制的我国第二代燃料电池轿车“超越二号”成功进行了公开试车,使人们看到了中国科学家自主研发燃料电池车的实力。凭着多年在海外著名汽车公司的工作经验和对世界汽车科技进步的熟谙,万钢教授以精辟、概括而富有哲理的语言,分析了燃料电池汽车产业化的必然趋势。

  怎样认识石油工业与汽车工业之间的关系?
  前不久,国际原油价格第一次超过50美元一桶。涨价是有人欢喜有人愁。石油价格暴涨是因为伊拉克、委内瑞拉的问题,根本就不是中国石油进口太多的缘故。中国买油多,石油价格肯定会贵,但中国买油多是长期的趋势,是明摆着的,并不会造成石油投机生意,也不可能造成石油危机。
  大家所说的工业经济,实际上是石油经济。工业的增长、价格的变化,都和石油的价格有关系。石油涨价,什么人赚钱?是跨国石油公司。有人说汽车工业是最庞大的工业,实际不对。应该说石油工业才是最庞大的工业,石油工业掌握汽车工业。

  人类使用能源的演变过程与汽车工业有什么联系?
  石油之所以能取代煤,是因为石油的能量密度较高,排放比煤还稍低点。整个能源的变更过程实际上是脱碳的过程。我们看到,烧柴的含碳量是煤的十倍,煤的含碳量又是石油的十倍。到后来人类开始用天然气作为能源使用,此时碳和氢的比例是1:2,氢的含量多了。但最终的目的是脱碳,可再生能源的特点就是脱碳。从科学的角度来说,能源的革命是脱碳的革命,这个革命的最高点是用氢。
  从经济角度而言,每次能源的更替引起一个很大的经济动荡。近3000年的世界文明史,前面的2500年都是烧炭的农耕经济,一旦进入烧煤的蒸汽机时代,文明的演变速度就开始变快了。从煤到油的过程,世界经济确实发展很快,但对环境和资源造成了一些不可逆转的情况。人跟自然最和谐的时候应该是在氢时代,并不是现在这个过渡时代。这个目标很遥远,但汽车的发展也遵循着这一条规律。

  从使用能源的角度看,汽车技术进步表现出什么样的趋势?
  汽车发展的前120多年,都在解决内燃机的功率和效率问题,所有的精力都放在提高发动机功率密度上,发动机体积越小、分量越轻、马力越大、效率越高越好。那时衡量汽车的唯一指标就是马力指数。这也就是F1所追求的,人类要突破速度的极限。
  后二三十年,大家的精力放到了对内燃机排放物的处理上。现在衡量汽车有了新的指标,就是排放洁净的指标,最主要的目的是燃烧干净,造大马力发动机已经不稀奇了。
  美国刚开始的时候限定油耗是对能源的节约,现在则要求汽车排放越来越干净,但它最终还是解决不了二氧化碳排放的问题。
  这与我们传统的燃烧概念相关。燃料电池是一种特殊的燃烧,它是在60℃到80℃的工作环境的冷燃烧。如果我们把氢和氧化合的过程、聚合的过程所产生的能量的释放作为燃烧的定义,这就对了。
  燃料电池车的原理就是利用氢和氧结合时产生的电来驱动电机,从而驱动汽车,而氢和氧的低温催化排放的只是纯水。这就把整个传统的燃烧概念全改变了,是人类对燃烧的更新的认识。因为没有高温,也不会产生氮氧化合物污染环境。

  追求高效、环保的要求怎样在汽车上充分体现?
  现在全世界都在酝酿CDM(清洁发展机制),即从二氧化碳的排放量来控制,逼着你降低二氧化碳的排放量。否则,就会对你所有的出口加一个二氧化碳税。二氧化碳排放量不好测量,有人提出以石油进口量来判断。所以,世界汽车发展的趋势,就是开发洁净排放的燃气汽车和燃料电池汽车。
  有了氢气,汽车就不一定要靠汽油才能开动。煤也可以转换氢气,11吨煤可生成一吨氢气。现在我们的“超越一号”车用1.03公斤氢气开100公里。折算一下,1公斤氢气相当于3.8升汽油,车子开1万公里,实际上用100公斤氢气。按照私人轿车使用来换算,一辆车一年最多只要1.5吨煤就够了。用同样的煤换成油的话,需要4吨煤换成1吨油。可见,用氢气车可以节约很多。因此,世界汽车发展的出路在三步跳:一是怎样使现在的汽、柴油机的排放更洁净;二是怎样用天然气补充石油的不足;最终走向使用氢气汽车。

  氢能汽车普及可行吗?
  今后的发展,走向氢气的过程要解决三大问题:能源结构怎么变化,有了氢气可以由各种各样的能量来做成氢气;除了燃料电池,还有个是燃氢发动机。燃氢发动机一大问题是产生氮氧化合物,这个很难处理。
  第二还有个汽车技术的问题,从内燃机通过燃气进入燃氢发动机,中间有个重要的技术也就是混合动力。混合动力技术反映在产品上可能是燃油或燃气发动机与电机的组合,它的真谛在于下坡、空档和刹车的时候把空耗的动能回收过来。这是很高的技术。但作为动力源来看,燃料电池是最终的结论,这已经是公认的结果,是发展趋势。
  第三就是加氢的设备问题。前不久在日本开了一个世界燃料电池高级峰会,我作为会议代表在东京2个小时内参观了6个加氢站。整个东京地区已经有12个加氢站了。这些加氢站的好处在于能通过各种各样的办法来制氢,有从制氢厂送管道过来、从工业副产的氢气里进行纯化、从天然气进行重整、从城市垃圾处理产生的沼气中重整,各有各的特点,而且这些都是国家投资兴建的。
  生产氢气的过程也会产生二氧化碳。但有一点肯定的是,制氢厂可以同时治理二氧化碳,二氧化碳本身是化工原料,本身不是废物,收集起来还可以再使用。而燃氢汽车在跑的时候是不会产生二氧化碳的,这是关键的区别。

  普及以氢气为燃料的电动汽车会对世界经济产生什么影响?
  第一,从能源结构上说,如果氢气可以从任何一种能源产生,而且可以分散产生,那么现在石油巨头控制石油来控制经济的局面就打乱了,就多元化了。这就打破了一种格局,石油经济的垄断局面被打破。
  第二,在汽车上,一辆汽车的动力系统的成本占整个汽车成本的三分之一,同样,汽车公司在动力系统的资产占整个汽车公司资本的三分之一。如果动力系统改变,内燃机换成燃料电池,原有的资本沉没了,新的资本要投进去,总共会引起60%资本的固定资产的变化,这是多么大的效应。技术已经开发出来了,各种各样实验都做了,但汽车公司不敢声张,不敢推广就是有这个顾虑。
  第三,基础设施的变化,现在基础设施加油站都控制在石油公司手里,将来的基础设施是分散的。将来你高兴的话可以去买氢气,也可以自己晚上在家里利用波谷电制氢,不一定要依赖谁。这样整个基础设施的结构就变化了,这是多少大的经济动荡。这些不但是工业机构的变化,经济结构的变化,也会形成国家政治外交格局的变化。中国汽车业的发展现在处于什么状态,如何解决能源紧缺问题?
  我国的汽车工业发展,特别是上海汽车工业的发展,走了一条高起点、国际化的道路,至少在石油经济基础上的减排放阶段我们已经跳过去了。实际上新车的推广,不知不觉中已经帮我们节约了不少的油。
  照现在这样发展,到了2020年,中国会有1.3亿辆汽车,国家一年共需要4.5亿吨原油,其中汽车用油占国家整个石油用量的55%。我们的奋斗目标是一年省掉1亿吨汽车用油。无论从谁的利益角度考虑,中国汽车工业前进的方向就是发展清洁能源汽车。这一步作为上海必须要先走,在别人没看好的时候自己已经看好的时候,在世界上已看好却甩不掉沉重的包袱的情况下,上海要立即行动,不动就会丧失机遇。

  我们在燃料电池车上的水平如何,有没有可能实现产业化?
  当初开发“超越号”的时候就走了产学研结合这步棋。第一年专项团队只有8个企业。一起做关键零部件,做燃料电池、电机、控制技术。我们选择了走自己的路,整个系统都是我们自己做的,涌现出一批中青年技术骨干和项目带头人。上海汽车工业共有30多家零部件企业参加我们的设计,最核心的悬挂系统、转向系统、行驶系统都是自己的东西。燃料电池车的总体方案、总体设计和知识产权全部都是我们自己的。
  国际上燃料电池车已发展到了第三代,我们的“超越二号”相当第二代的水平。要实现产业化,明年我们第三代技术攻克后,在重量上的水平就达到了。从体积上看,我们的车已经可以提供后厢了。就燃料电池汽车的自主开发来说,我们最关键的东西已经做出来了,问题在于怎么组合起来,其他的技术可以在现有的条件下开发,是非常成熟的东西。
  “超越号”第三代明年将是模块化的,明年底我们就可以组成小车队在马路上跑了。今年10月,专项研制的样车将参加在上海举行的“2004年世界清洁能源汽车挑战赛”。

  您个人对发展燃料电池汽车有什么看法?
  我们的“超越二号”燃料电池车的技术距离正在迅速缩短。怎样从同济大学走出去,从研发型企业走出,去走到产业化里面去,作为社会的资产发挥作用,这是让人最关心的问题。我们是不是有决心2005年开始就进行商业化示范运作,在奥运会、世博会上开上几十到几百辆,最后变成产业。这不是个人的事情,也不只是科学家的事情。这将成为上海率先实现现代化的一个标志,是上海汽车工业作为全国汽车产业中心的问题。
  国外都说燃料电池汽车产业化要从2015年开始,我们没有包袱,能不能在2005年就起步,在2015年做到别人2020年才想做的事情?这样,我们将来就会有发言权。
  可持续发展,对汽车工业来讲就是要在氢能源、在洁净、可循环经济上作出表率。我个人认为,上海要敢做别人不敢做的事,冒别人不敢冒的风险,要引领世界潮流,率先就是要承担风险。燃料电池汽车产业化,看上去风险很大,实际上没有多少风险。
  你花上几个亿就可以成为新能源汽车产业化的导火线,引爆这个产业,世界新能源的技术和资本就会迅速集中过来,别人马上就会有大量资本跟进,我认为现在形势已经促成。你跳进水里,可能游过去,也可能沉下去,就看谁先游到对岸,把桥搭起来。
  (9月8日《新民晚报》)

 
 

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