氫燃料電池應(yīng)用降本需求迫切，糅合了甲醇低成本即時(shí)制氫與燃料電池基因的甲醇燃料電池引發(fā)關(guān)注，并吸引了國(guó)內(nèi)外企業(yè)展開(kāi)布局。
國(guó)際方面，韓國(guó)完成潛艇甲醇重整燃料電池AIP系統(tǒng)研發(fā)、全球最大航運(yùn)公司馬士基宣布將推出首艘使用綠色甲醇燃料電池的港口拖船等。在國(guó)內(nèi)，近日吉利第4代帝豪醇電混動(dòng)轎車上市，吉利完全正向研發(fā)的遠(yuǎn)程甲醇重卡在貴陽(yáng)同步交付;佛山南海丹灶仙湖 “嘉鴻01”高溫甲醇燃料電池示范游船已順利首航投營(yíng);摩氫科技交付中國(guó)鐵塔的MPT-5kW長(zhǎng)壽命甲醇燃料電池發(fā)電站……
氫燃料電池發(fā)展熱潮下，企業(yè)為何布局發(fā)展甲醇燃料電池?甲醇燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)、材料、核心產(chǎn)品等方面進(jìn)展如何?又有著怎樣的市場(chǎng)機(jī)遇?
>>甲醇燃料電池逐步“被看見(jiàn)”
甲醇燃料電池的應(yīng)用其實(shí)并不是一門新技術(shù)，1997年奔馳公司推出了第一臺(tái)以甲醇作為燃料的FCV，Necar 3，它通過(guò)甲醇水蒸氣重整技術(shù)將甲醇重整，得到氫氣并將氫氣導(dǎo)入電堆發(fā)電，此過(guò)程中氫氣即產(chǎn)即用。它配有38升的甲醇箱可以支持這輛A級(jí)車連續(xù)行駛300km以上。
在隨后近20年的時(shí)間里，德國(guó)戴姆勒克萊斯勒、日本本田、丹麥Serenergy等汽車生產(chǎn)商也相繼開(kāi)發(fā)出甲醇燃料電池車型，并促使丹麥建設(shè)了第一個(gè)甲醇加注站。
而國(guó)內(nèi)對(duì)甲醇燃料電池的探索起源于2001年，由大連化物所孫公權(quán)帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)甲醇燃料電池的關(guān)鍵材料、核心部件、系統(tǒng)集成、過(guò)程監(jiān)控、產(chǎn)品應(yīng)用等基礎(chǔ)與工程全鏈條自主創(chuàng)新。
2015年，蘇州氫潔電源科技有限公司成功將一輛6米南京金龍純電動(dòng)商務(wù)車，改裝為甲醇重整氫燃料電池“電-電”混合動(dòng)力車，一次加注甲醇運(yùn)行1008公里;2016年，全國(guó)首輛高溫甲醇燃料電池乘用車在大連物化所試運(yùn)行;2017年12月，國(guó)內(nèi)首臺(tái)甲醇燃料電池車型EQ5050XXYTFCEV2登陸工信部第303批次整車公告，甲醇燃料電池汽車正式邁入中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展舞臺(tái)。
發(fā)展至今，我國(guó)在甲醇燃料電池領(lǐng)域也有了進(jìn)展。山西、上海、陜西、貴州、甘肅等省市先后開(kāi)展了甲醇汽車試點(diǎn)運(yùn)行工作。2019年，吉利旗下新能源商用車品牌遠(yuǎn)程汽車便發(fā)布了全球首款甲醇重卡;2021年，遠(yuǎn)程汽車推出了13L國(guó)六甲醇發(fā)動(dòng)機(jī);今年3月，由吉利控股集團(tuán)研發(fā)生產(chǎn)的甲醇轎車和遠(yuǎn)程甲醇重卡，開(kāi)啟了在丹麥奧爾堡的測(cè)試和示范運(yùn)行。
今年6月30日，全球首款甲醇混合動(dòng)力轎車—吉利第4代帝豪醇電混動(dòng)轎車上市，正式成為第十一屆貴州省運(yùn)會(huì)賽事指定用車，與吉利完全正向研發(fā)的遠(yuǎn)程甲醇重卡在貴陽(yáng)同步交付。目前吉利在甲醇燃料電池汽車領(lǐng)域已經(jīng)擁有了近百項(xiàng)專利，已開(kāi)發(fā)20余款甲醇動(dòng)力車型，涵蓋了從乘用到商用的兩大領(lǐng)域，甲醇汽車?yán)塾?jì)投放量達(dá)到2.7萬(wàn)，總運(yùn)行里程接近100億公里。
另從資源角度來(lái)看，我國(guó)發(fā)展甲醇燃料電池汽車的優(yōu)勢(shì)也不小。甲醇燃料可通過(guò)煤、天然氣、生物質(zhì)、太陽(yáng)能等多種原料制取獲得。2020年我國(guó)新增甲醇產(chǎn)能542萬(wàn)噸，總產(chǎn)能約為9914萬(wàn)噸，較2019年增長(zhǎng)11.8%。目前用于制氫的甲醇占到甲醇總量的5~6%。甲醇產(chǎn)量的逐年提升對(duì)甲酵燃料電池汽車的發(fā)展起到了良好的促進(jìn)作用。
資源稟賦的巨大發(fā)展空間下，隨著技術(shù)的突破進(jìn)步，甲醇燃料電池汽車在產(chǎn)品成熟度、系統(tǒng)技術(shù)等方面已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，甲醇燃料和甲醇汽車相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也隨之完善建立：2021年9月，生態(tài)環(huán)境部于正式受理甲醇汽車的環(huán)保認(rèn)證，甲醇汽車被納入國(guó)家汽車工業(yè)統(tǒng)一管理范疇。
同年11月，工信部在《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中提出，推進(jìn)二氧化碳耦合制甲醇等降碳技術(shù)的推廣應(yīng)用，將甲醇汽車納入綠色產(chǎn)品，大力發(fā)展和推廣新能源汽車，促進(jìn)甲醇汽車等替代燃料汽車推廣。
由于多重力量的共同推進(jìn)，甲醇燃料電池的發(fā)展機(jī)遇被看見(jiàn)，當(dāng)前以中科嘉鴻、上海博氫、蘇州氫潔、廣東能創(chuàng)、上海舵克、摩氫科技、吉利汽車、愛(ài)馳汽車、濰柴動(dòng)力、南岳電控、華菱星馬、達(dá)菲特等為代表的企業(yè)已經(jīng)針對(duì)甲醇燃料電池領(lǐng)域展開(kāi)深耕，甲醇燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?；茝V的陣營(yíng)正逐步壯大。
>>產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀與前景
從技術(shù)路線來(lái)看，甲醇燃料電池主要分為直接甲醇燃料電池(DMFC)、低溫甲醇重整制氫燃料電池(RMFC)、高溫甲醇燃料電池(HTMFC)三種技術(shù)路線，各自的反應(yīng)原理和擅長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景也有所不同：
其中，直接甲醇燃料電池(DMFC)不依賴于氫的產(chǎn)生，是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的一種變種路線，直接使用純甲醇而不需要預(yù)先重整制氫。吉利的甲醇燃料電池汽車即采用該技術(shù)路線。
而低溫甲醇燃料電池(RMFC)與高溫甲醇燃料電池(HTMFC)技術(shù)體系類似，包括關(guān)鍵材料、核心部件、系統(tǒng)集成、智能控制，以及多能源組合利用等，根據(jù)反應(yīng)溫度和對(duì)氫氣反應(yīng)純度的需求不同，采用的反應(yīng)材料和系統(tǒng)附件也略有不同，如RMFC的電堆采用低溫PEMFC電堆，吃“精糧”，系統(tǒng)需要配套氣體純化設(shè)備和高壓緩沖儲(chǔ)氫裝置，而HTMFC反應(yīng)溫度高達(dá)120~800度，可以吃“粗糧”，但對(duì)系統(tǒng)熱管理及控制策略提出了更高的要求。
從供應(yīng)鏈水平來(lái)看，由于入局的企業(yè)偏少，基本呈現(xiàn)自主開(kāi)發(fā)，部分需求向供應(yīng)商采購(gòu)的模式。其中直接甲醇燃料電池較早運(yùn)用于軍工領(lǐng)域，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，部分企業(yè)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)材料及系統(tǒng)輔件的自主化生產(chǎn);而低溫甲醇燃料電池和高溫甲醇燃料電池由于結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，除了閥門等對(duì)精度要求較高的器件，國(guó)內(nèi)企業(yè)基本可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部件的供應(yīng)。
在生產(chǎn)設(shè)備上，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到70%，在部分檢測(cè)設(shè)備上依然優(yōu)先采用精度較高的進(jìn)口設(shè)備。
技術(shù)性能方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)基本掌握了關(guān)鍵材料、部件及模塊的制備技術(shù)。
直接甲醇燃料電池把系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性的提升希望寄托在反應(yīng)溫度的提升上。“當(dāng)前在200度左右的反應(yīng)溫度，系統(tǒng)效率大概在65%左右，如果溫度可以提升到300-400度，系統(tǒng)效率可以提高到80%，因此‘原材料’膜電極和催化劑是突破的重點(diǎn)。對(duì)于我們做直接甲醇燃料電池的企業(yè)來(lái)說(shuō)，就是不驕不躁，堅(jiān)持把產(chǎn)品性能搞好。”上海舵克工程師俞榮表示。
而低溫甲醇燃料電池(RMFC)與高溫甲醇燃料電池(HTMFC)均擁有甲醇重整、氫燃料電池電堆等技術(shù)含量較高的模塊。在甲醇制氫模塊上，國(guó)內(nèi)以廣東能創(chuàng)、蘇州氫潔為代表的企業(yè)擁有較為領(lǐng)先的核心技術(shù)。
以廣東能創(chuàng)為例，其M60車載甲醇重整制氫燃料電池動(dòng)力總成系統(tǒng)的甲醇重整系統(tǒng)產(chǎn)氫量提升至650L/min-1200L/min，同等發(fā)電量的情況下，產(chǎn)氫機(jī)的體積相當(dāng)于氫罐體積的三分之一。
成本方面，在入局企業(yè)規(guī)模相對(duì)較小的情況下，直接甲醇燃料電池的系統(tǒng)成本在5000-6000元/kW;低溫甲醇燃料電池(RMFC)與高溫甲醇燃料電池(HTMFC)多出了一整套重整制氫系統(tǒng)，與氫燃料電池相當(dāng)，甚至更高。但由于氫源的成本較低，后期的運(yùn)維成本上較低。
應(yīng)用方面，由于甲醇燃料電池汽車市場(chǎng)保有量過(guò)少，使得消費(fèi)者對(duì)甲醇燃料電池汽車的認(rèn)識(shí)還不夠清晰，因此對(duì)甲醇燃料電池汽車的安全、性能等存在疑慮，同時(shí)由于缺少實(shí)際運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)支撐，甲醇燃料電池車在推廣方面也存在不小的阻力。
“在氫燃料電池的儲(chǔ)運(yùn)暫時(shí)沒(méi)有較好的解決方案的情況下，甲醇燃料電池越來(lái)越引發(fā)業(yè)界的關(guān)注。整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)正壯大發(fā)展，無(wú)論是氫燃料電池，還是甲醇燃料電池，共同訴求都是更便捷的氫源、更高的反應(yīng)效率，更穩(wěn)定的動(dòng)力系統(tǒng)，共同的訴求將促使甲醇燃料電池、氫燃料電池在多元化的應(yīng)用中形成發(fā)展合力。”蘇州氫潔研發(fā)總監(jiān)余皎認(rèn)為。
對(duì)于何時(shí)能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，業(yè)內(nèi)人士推斷：甲醇在儲(chǔ)運(yùn)加注方面有著現(xiàn)階段氫氣/液氫無(wú)法超越的成本、技術(shù)等方面的優(yōu)勢(shì)，但從技術(shù)研發(fā)、基礎(chǔ)配套設(shè)施等方面，以及市場(chǎng)化運(yùn)作的程度來(lái)看，都有很長(zhǎng)一段路要走，要商業(yè)化大概需要5年時(shí)間。
