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2006年,诺贝尔化学奖得主、著名有机化学家乔治·奥拉写了一本书,名叫《跨越油气时代———甲醇经济》。书中,乔治围绕全球面临的能源危机,提出了一个解决能源问题的新概念:甲醇经济。


他提到,未来在油气之后,人类的燃料就是甲醇。总体而言,煤、天然气、石油、电能等等都可以用来生产甲醇,是目前人类见到的生产原料最为丰富的燃料产品。“甲醇是一个取之不尽的,它是一个能源载体。”南方科技大学清洁能源研究院院长、澳大利亚国家工程院外籍院士刘科曾在公开场合这样评价甲醇。


除了“取之不尽”,甲醇的也是国际上公认的清洁燃料:易于充分燃烧,燃烧后的产物主要是二氧化碳和水,而二氧化碳也可制备甲醇,它是完全可以实现碳中性循环的低碳燃料。作为全球最大的甲醇生产国和消费国,数据显示,2022年上半年,我国甲醇产量约为3835万吨,较去年同期同比增长2.43%。


2020年9月,中国在第75届联合国大会上正式提出2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标。时代大背景,让甲醇再次进入人们的视野。虽然甲醇仍然未被纳入国家能源体系,但绿色甲醇的的探索已经在加速推进。


而汽车产业,则成为了甲醇在助力碳中和之路上的一方绝佳试验田。


“下一步将围绕推广甲醇汽车、支持甲醇汽车产业发展、探索绿色甲醇汽车新模式等方面,加大工作力度,推动甲醇经济发展,将加快推广甲醇汽车,支持晋中市等试点地区因地制宜,进一步加快推广甲醇乘用车、甲醇重卡等商用车。”近日,工信部在对十三届全国人 大五次会议第2276号建议的答复中这样表示。


一时之间,对于“甲醇汽车是否靠谱?甲醇燃料电池能否借此机会迎来快速发展?”众说纷纭。


“国家在氢能规划中已经明确把甲醇燃料电池列入规划,叠加目前甲醇汽车政策,会推动甲醇汽车及甲醇燃料电池产业高速发展。”元航资本合伙人周清哲对钛媒体App表示。当然,也有人认为甲醇汽车不是未来汽车发展的主流方向,技术还处于产业化早期阶段,短期市场更多是情绪炒作。



质疑与讨论都无可厚非,因为甲醇燃料电池并非新鲜事物,很长一段时间并未得到主流认可,担任的不过是“备用”角色。时隔多年,再次被推到前台,甲醇燃料电池到底经历了什么,在碳中和的呼声中,甲醇燃料电池确能担此重任吗?


早年经历:


1999年,中国体育界发生了一件大事:女足世界杯上,孙雯率队打进决赛。


捕捉到热点的南孚电池迅速将孙雯签约成代言人,并把广告投放到了CCTV的黄金时段。


也是在同一年,大连化物所与安徽天成电器有限责任公司成立了直接甲醇联合实验室,开展了有关DMFC(直接甲醇燃料电池)关键材料及其制备技术的研究工作,并取得了一些进展。


双方的交集发生在两年后,2001年,直接甲醇联合实验室与南孚电池签订了一份为期四年的R&D合作计划,目标是小型移动电源的研制,合同总金额为1000万元人民币。


彼时,南孚电池早已稳坐国内碱性电池市占率第一的宝座,它选择与大连化物所共同研发甲醇燃料电池的一个背景就是:远在大洋彼岸的一家名为Manhattan Scientifics的公司,注册了一个Micro-Fuel Cell商标,目的是生产用于手机电源的微型直接甲醇燃料电池,而以这个电池为电源的手机可待机6个月,连续通话一个星期。


这释放出一个信号———甲醇燃料电池已经开始应用在手机等通讯产品上。更进一步地,与所有电池一样,甲醇燃料电池的应用不仅仅局限于手机上,笔记本电脑、摄像机这类需要用到电的便携式电子产品都能够实现应用。


2004年大连化物所的孙公权团队曾成功开发了“国内第一套笔记本电脑用直接甲醇燃料电池范样品”。孙公权是在2001年从美国归来,作为杰出人才受聘大连化物所,加入衣宝廉院士团队,进行甲醇燃料电池研究。


甲醇燃料电池在便携式电子产品上的应用优点突出,但同时也有不可回避的天生缺陷。比如甲醇是易燃品,很多场合不允许携带,这多多少少带来了一些使用上的不便。因此,甲醇燃料电池只出现过很短的时间,便迅速淡出了人们的视野。


在便携式电子产品上的折戟,并不意味着甲醇燃料电池的全盘失败。同样来自大洋彼岸的另一家公司,已经找到了一条更长的跑道。


1997年,德国奔驰公司提出甲醇重整燃料电池A级轿车方案。2001年11月,戴姆勒克莱斯勒公司在柏林发布了以甲醇为燃料的燃料电池车NeCar 5,并将其定位为全球第一个达到试用阶段的甲醇重整燃料电池汽车。


第二年,为了系统地测试NeCar 5在日常运行状态中的技术极限,奔驰NeCar 5从美国旧金山出发,经高温的加利福尼亚、低温和多雪的内华达山脉和落基山脉,海拔2640米的山口,交通拥挤的大城市,历时14天抵达华盛顿,创造了甲醇燃料电池汽车5250公里的长途行驶纪录。


在研发上同样热忱的汽车厂商本田也在1996-2004年间,就甲醇重整制氢做了相应的研究,并推出了相关车型。


不过,囿于种种限制,甲醇重整制氢研发随后进入低谷,鲜有汽车企业推出相关产品,只是在一些特定领域,人们开始用甲醇重整制氢作为备用电源。


两条路线


从上世纪九十年代末开始的近十年间,甲醇燃料电池虽在研发和应用上向前跨了一步,有星星之火,但并未形成燎原之势。


这个时间段,中国对甲醇汽车同样兴趣寥寥,仅有零星企业下场研发,直到2009年新能源政策的推动,才将行业带入了探索、试点的阶段。


简单来说,汽车行业在新能源化的道路上,可以分为两大路径:


一条路径是以抛弃内燃机为目标的方案,如主张纯电动技术路线、燃料电池技术路线和混合动力技术路线。


另一条路径是以继续使用内燃机,寻求替代燃料为目的的方案,如天然气、甲醇、乙醇、二甲醚等。


2005年,吉利倔强地选择了第二种路径,也就是用甲醇燃料发动机取代传统内燃机的路线,开始了甲醇汽车的产品研发。


新能源汽车的发展依赖政策的推动。在2009年,作为全国政 协委员的李书福便提交了一份题为“关于尽快出台甲醇车国家标准的提案”,呼吁国家发改委、国家工信部、国家标准化管理委员会尽快完成甲醇汽车的国家标准的制定工作。


很快这份提案就有了回应。同年,工信部有关司局调集汽车和内燃机行业专家开展了甲醇作为车用燃料的调研工作。


通过市场调研和基础验证,全面梳理甲醇作为车用燃料在应用中存在的问题,针对甲醇燃料的特性,工信部于2012会同有关部委先后在山西、陕西、上海、甘肃和贵州等5省10市组织开展甲醇汽车试点工作。


与吉利的路线相似,当时政策的重点主要是,在技术路线上走“甲醇作为替代燃料的内燃机”路线,而没有选择“抛弃内燃机的甲醇燃料电池系统”。


同时期的中国新能源汽车市场,电动汽车开始跨过培育阶段走向成长阶段。尤其是2014年,中国第一批Model S车主从特斯拉CEO马斯克的手中拿到“车钥匙”,这标志着特斯拉开始正式进入中国市场,同时也加速了中国市场的智能电动汽车的发展进程。


两条路径同时向前,但从后面的实践来看,抛弃内燃机的方案明显更胜一筹。因此,国家有关部门的支持重点也转向电动汽车,对甲醇应用研究的政策支持并不多。


政策方面无利好,资本市场给予的关注也有限。2010年,放弃光鲜的美国绿卡,卖房举家回国的欧阳洵创办了氢璞创能,主要做燃料电池电堆和甲醇制氢核心部件产品,但直到公司成立的第四年,氢璞创能才终于迎来了天使轮投资1000多万元。


行业混沌,外力有限,但这并未打消吉利汽车的坚持。2017年、2019年全国两会期间李书福继续两次提案,要求对甲醇汽车的问题给予政策性的关注。


2019年3月,工信部连同国家发改委、科技部、公安部等八部委,联合发布《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》,预示着我国甲醇汽车开始由探索、试点进入了一个新的发展阶段。



政策催动,吉利汽车不再是甲醇汽车领域的“孤勇者”。


2019年爱驰汽车注资丹麦甲醇燃料电池系统开发商Blue World Technologies公司。2020年8月,爱驰汽车的甲醇重整制氢燃料电池项目在山西高平开工建设。随后,又与中科院大连化物所签署关于甲醇燃料电池的战略合作协议。


与吉利的甲醇发动机路线不同的是,甲醇重整燃料电池是先用甲醇制造氢源,再将氢源的化学能转变为电能驱动车辆前进,可以理解为由甲醇重整系统和氢燃料电池两部分构成的电池。这种路线成本更高,设备更复杂,但是拥有更高的能源利用效率。


2021年,生态环境部正式打开公告申报端口,吉利等企业满足国六排放标准的甲醇车辆开始投放市场,预示着甲醇汽车正式进入市场推广阶段。


捷径还是弯路?


“甲醇是清洁的含氧液体燃料,储运用便捷,资源丰富,用途广泛,绿色甲醇是全球公认的碳中和必由之路。”李书福曾在2021年9月召开的太原能源低碳发展论坛上大谈甲醇汽车的优点。

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不过,如果从2012年工信部启动五省十城试点工作算起,甲醇汽车推广至今已有十年的时间,但一个明显的问题是:发展到现在,全国保有量也仅有3万台左右。


除吉利、爱驰汽车之外,仅有远程新能源商用车、宇通客车以及一汽等几家企业披露了相关的产品动态。


海马汽车7月20日在投资者互动平台表示,“公司氢能汽车正在研发过程中,公司不排除甲醇制氢研究路线”,但整体来看,市场上推广甲醇产品的车企并不多。


2018年在如皋举办的第三届国际氢能与燃料电池汽车大会上,威马汽车曾展出过直接采用甲醇燃料电池电动概念车,但后续便没有了消息。


为何会中途放弃?威马汽车内部人员曾在接受媒体采访时表示,之所以在后来没有实质性技术落地计划,正是考虑到市场推广等因素。


今年3月份,恒久科技在互动平台上回答投资者提问时也提到,目前旗下奥加华公司的直接甲醇燃料电池研发进入商业化阶段,在家用乘用车、物流车上进行过应用、测试,取得过不错的效果,但从性价比角度车厂没有采用。


为什么性价比低?钛媒体App了解到,关键的一点在于,甲醇至今没有被纳入国家的能源体系中,这就意味着甲醇燃料的生产、销售以及加注站的审批建设等缺乏政策依据,也导致国内很多区域对于甲醇加注站未能普及。


“桥”没搭好,车厂自然不敢真金白银地大规模投入。工信部甲醇汽车推广应用专家指导委员会秘书长魏安力在接受媒体采访时曾表示,一方面这些车企出于经济考量,甲醇汽车暂时的收益并不高;另一方面,当前甲醇加注站建设不完善,推出甲醇汽车后销量也不会太好。


传导到消费者这一侧,“在科普程度远不及纯电车的背景下,消费群体对甲醇汽车不甚了解,自然会抱有观望态度。”一位车厂工作人员对钛媒体App说道。


尽管面临的挑战繁杂,但周清哲仍然认为,若从能源载体的角度看,说甲醇技术路线不是未来汽车主流发展方向,结论下的为时过早。


当然,他也坦诚“目前甲醇燃料电池还处于起步阶段,标的较少,大部分还是处于示范性工程阶段。供应链的建设、燃料电池和发动机的成熟度还待提高。”不过,他也表示,甲醇方案虽然有少量的碳排放,但在存储,运输方面可以完全复用目前的化石燃料的供应链,整体的社会建设成本非常低。


也有一种观点认为,评价甲醇经济,还要先找准出发点。“在传统化工领域,甲醇代表的是存量市场。在能源领域,甲醇代表着增量市场”,2022年太原能源低碳发展论坛中科院上海高等研究院副院长黄伟光分析,他认为,从能源这一增量市场的角度,随着甲醇作为清洁燃料的大规模应用,有望实现爆发式增长。


数据显示,2022年上半年,甲醇表观需求量达到4425.72万吨,较去年同期增长2.83%。


但任何技术在发展初期,具体发展道路都是曲折的、迂回的,成熟技术的魅力在于经过了时间的检验。“现在甲醇汽车及甲醇燃料电池类似10年前锂电在汽车产业的发展阶段”,周清哲说。


在这个阶段,“技术路线尚处于探索阶段,同时,业界、政 府部门对甲醇作为能源载体的属性的理解和认知尚不及纯氢的路线”,因此“国家政策和政 府引导非常关键。”


延伸阅读:


一文读懂甲醇燃料电池


氢燃料电池应用降本需求迫切,糅合了甲醇低成本即时制氢与燃料电池基因的甲醇燃料电池引发关注,并吸引了国内外企业展开布局。


国际方面,韩国完成潜艇甲醇重整燃料电池AIP系统研发、全球最大航运公司马士基宣布将推出首艘使用绿色甲醇燃料电池的港口拖船等。在国内,佛山南海丹灶仙湖“嘉鸿01”高温甲醇燃料电池示范游船已顺利首航投营;摩氢科技交付中国铁塔的MPT-5kW长寿命甲醇燃料电池发电站……


氢燃料电池发展热潮下,企业为何布局发展甲醇燃料电池?甲醇燃料电池产业链技术、材料、核心产品等方面进展如何?又有着怎样的市场机遇?


甲醇燃料电池逐步“被看见”


甲醇燃料电池的应用其实并不是一门新技术,1997年奔驰公司推出了第一台以甲醇作为燃料的FCV,Necar 3,它通过甲醇水蒸气重整技术将甲醇重整,得到氢气并将氢气导入电堆发电,此过程中氢气即产即用。它配有38升的甲醇箱可以支持这辆A级车连续行驶300km以上。


在随后近20年的时间里,德国戴姆勒克莱斯勒、日本本田、丹麦Serenergy等汽车生产商也相继开发出甲醇燃料电池车型,并促使丹麦建设了第一个甲醇加注站。


而国内对甲醇燃料电池的探索起源于2001年,由大连化物所孙公权带领的科研团队针对甲醇燃料电池的关键材料、核心部件、系统集成、过程监控、产品应用等基础与工程全链条自主创新。


2015年,苏州氢洁电源科技有限公司成功将一辆6米南京金龙纯电动商务车,改装为甲醇重整氢燃料电池“电-电”混合动力车,一次加注甲醇运行1008公里;2016年,全国首辆高温甲醇燃料电池乘用车在大连物化所试运行;2017年12月,国内首台甲醇燃料电池车型EQ5050XXYTFCEV2登陆工信部第303批次整车公告,甲醇燃料电池汽车正式迈入中国汽车产业的发展舞台。


发展至今,我国在甲醇燃料电池领域也有了进展。山西、上海、陕西、贵州、甘肃等省市先后开展了甲醇汽车试点运行工作。目前吉利在甲醇燃料电池及甲醇汽车等领域已经拥有了近百项专利。


另从资源角度来看,我国发展甲醇燃料电池汽车的优势也不小。甲醇燃料可通过煤、天然气、生物质、太阳能等多种原料制取获得。2020年我国新增甲醇产能542万吨,总产能约为9914万吨,较2019年增长11.8%。目前用于制氢的甲醇占到甲醇总量的5~6%。甲醇产量的逐年提升对甲酵燃料电池汽车的发展起到了良好的促进作用。


资源禀赋的巨大发展空间下,随着技术的突破进步,甲醇燃料电池汽车在产品成熟度、系统技术等方面已经有了长足的进步,甲醇燃料和甲醇汽车相关的主要标准规范也随之完善建立:2021年9月,生态环境部于正式受理甲醇汽车的环保认证,甲醇汽车被纳入国家汽车工业统一管理范畴。


同年11月,工信部在《“十四五”工业绿色发展规划》中提出,推进二氧化碳耦合制甲醇等降碳技术的推广应用,将甲醇汽车纳入绿色产品,大力发展和推广新能源汽车,促进甲醇汽车等替代燃料汽车推广。


由于多重力量的共同推进,甲醇燃料电池的发展机遇被看见,当前以中科嘉鸿、上海博氢、苏州氢洁、广东能创、上海舵克、摩氢科技、吉利汽车、爱驰汽车、潍柴动力、南岳电控、华菱星马、达菲特等为代表的企业已经针对甲醇燃料电池领域展开深耕,甲醇燃料电池产业链规模化推广的阵营正逐步壮大。



产业链现状与前景


从技术路线来看,甲醇燃料电池主要分为直接甲醇燃料电池(DMFC)、低温甲醇重整制氢燃料电池(RMFC)、高温甲醇燃料电池(HTMFC)三种技术路线,各自的反应原理和擅长的应用场景也有所不同:


其中,直接甲醇燃料电池(DMFC)不依赖于氢的产生,是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一种变种路线,直接使用纯甲醇而不需要预先重整制氢。


而低温甲醇燃料电池(RMFC)与高温甲醇燃料电池(HTMFC)技术体系类似,包括关键材料、核心部件、系统集成、智能控制,以及多能源组合利用等,根据反应温度和对氢气反应纯度的需求不同,采用的反应材料和系统附件也略有不同,如RMFC的电堆采用低温PEMFC电堆,吃“精粮”,系统需要配套气体纯化设备和高压缓冲储氢装置,而HTMFC反应温度高达120~800度,可以吃“粗粮”,但对系统热管理及控制策略提出了更高的要求。


从供应链水平来看,由于入局的企业偏少,基本呈现自主开发,部分需求向供应商采购的模式。其中直接甲醇燃料电池较早运用于军工领域,系统结构相对简单,部分企业已经可以实现材料及系统辅件的自主化生产;而低温甲醇燃料电池和高温甲醇燃料电池由于结构相对复杂,除了阀门等对精度要求较高的器件,国内企业基本可以实现系统各部件的供应。


在生产设备上,国产化率达到70%,在部分检测设备上依然优先采用精度较高的进口设备。


技术性能方面,国内企业已经基本掌握了关键材料、部件及模块的制备技术。


直接甲醇燃料电池把系统效率和稳定性的提升希望寄托在反应温度的提升上。“当前在200度左右的反应温度,系统效率大概在65%左右,如果温度可以提升到300-400度,系统效率可以提高到80%,因此‘原材料’膜电极和催化剂是突破的重点。对于我们做直接甲醇燃料电池的企业来说,就是不骄不躁,坚持把产品性能搞好。”上海舵克工程师俞荣表示。



而低温甲醇燃料电池(RMFC)与高温甲醇燃料电池(HTMFC)均拥有甲醇重整、氢燃料电池电堆等技术含量较高的模块。在甲醇制氢模块上,国内以广东能创、苏州氢洁为代表的企业拥有较为领先的核心技术。


以广东能创为例,其M60车载甲醇重整制氢燃料电池动力总成系统的甲醇重整系统产氢量提升至650L/min-1200L/min,同等发电量的情况下,产氢机的体积相当于氢罐体积的三分之一。


成本方面,在入局企业规模相对较小的情况下,直接甲醇燃料电池的系统成本在5000-6000元/kW;低温甲醇燃料电池(RMFC)与高温甲醇燃料电池(HTMFC)多出了一整套重整制氢系统,与氢燃料电池相当,甚至更高。但由于氢源的成本较低,后期的运维成本上较低。


应用方面,由于甲醇燃料电池汽车市场保有量过少,使得消费者对甲醇燃料电池汽车的认识还不够清晰,因此对甲醇燃料电池汽车的安全、性能等存在疑虑,同时由于缺少实际运营的数据支撑,甲醇燃料电池车在推广方面也存在不小的阻力。


“在氢燃料电池的储运暂时没有较好的解决方案的情况下,甲醇燃料电池越来越引发业界的关注。整个氢能产业正壮大发展,无论是氢燃料电池,还是甲醇燃料电池,共同诉求都是更便捷的氢源、更高的反应效率,更稳定的动力系统,共同的诉求将促使甲醇燃料电池、氢燃料电池在多元化的应用中形成发展合力。”苏州氢洁研发总监余皎认为。


对于何时能实现规模化应用,业内人士推断:甲醇在储运加注方面有着现阶段氢气/液氢无法超越的成本、技术等方面的优势,但从技术研发、基础配套设施等方面,以及市场化运作的程度来看,都有很长一段路要走,要商业化大概需要5年时间。




来源:钛媒体App、高工氢燃料电池

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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