2023年,21世纪新汽车研究院再次推出“21金引擎·探寻新样本”系列策划,展示企业在改革创新、科学管理、低碳战略、智能智造、研发技术等方面的成果,全面呈现新时期下中国汽车产业高水平质量的发展新样本!
在全球应对气候平均状态随时间的变化的大背景下,氢能被誉为终极的清洁能源,其具有无污染、储量丰富、储运灵活等优点,在能源、交通、工业等多领域具有非常明显的减排效应,特别是从制备到使用全生命周期零碳排放的绿氢,在助力全球减碳目标实现的道路上大有可为。
目前,全球多国正在稳步推进氢能研发技术,尝试建立全球化氢能供应链;诸多相关领域的供应链企业也纷纷抢滩布局与氢能相关的市场,力争在氢能领域抢占技术与市场先机。
近日,总部在德国斯图加特的博世宣布——博世正加速迈向移动出行的氢能时代。在其位于斯图加特-费尔巴哈的工厂内,氢动力模块慢慢的开始量产,该模块将首先搭载在美国Nikola公司的燃料电池电动卡车(8级卡车)上,该电动卡车计划于2023年第三季度在美国市场首次亮相。
“在博世历史最为悠久的斯图加特-费尔巴哈工厂,氢能的未来马上就要来临,”博世集团董事会主席史蒂凡·哈通博士在2023博世科技日上表示,“博世全面掌握氢技术,同氢能产业共发展。”博世正围绕氢能全价值链开展业务,并开发供给端和应用端的氢能技术。到2030年,博世计划凭借着氢能技术实现约50亿欧元的销售额。
而氢能同样作为中国战略性新兴起的产业和未来产业重点发展趋势,在实现“双碳”目标的道路上扮演的角色日益重要。为此,博世在华持续投资、布局氢能领域。今年,博世与无锡签署了战略合作协议,一同推动氢和商用车电动化的本土化开发和商业化应用。在氢技术领域,博世与庆铃汽车成立的合资公司将于2023年在重庆投入到正常的使用中,推进氢燃料电池系统在本土市场的研发技术和产业化进程。
在上海国际车展期间,博世首次展出了190千瓦氢动力模块,是博世继75千瓦和134千瓦后又推出的一款全新的氢动力模块。这款单系统、大功率氢动力模块适用于49吨重型卡车,额定输出功率高达190千瓦,产品配备的网联控制单元可以在一定程度上完成系统与零部件的健康监测和预诊断功能,还可通过云计算、数字孪生以及人工智能技术实时优化氢耗。目前,面向下一代重卡的250千瓦氢动力模块,以及高效、紧凑的重型电驱桥正在开发中,以助力逐步提升未来电动车的效率,降低运营成本。
伴随着氢动力系统产品不断扩容和升级,为了更快、更灵活满足中国市场的客户的真实需求,在核心部件领域,博世也在持续加快本土创新的脚步。博世的电堆、电子空气压缩机、氢喷阀组件、多功能功率控制器以及超级热管理系统均由本土开发,并陆续投放市场。以电堆为例,博世正逐步实现从最早的产品进口、组装,再到膜电极和双极板等核心部件国产化生产的全面转型。博世全球第一条高产量膜电极生产线于今年年初在无锡正式投入到正常的使用中。同时,双极板的产线建设也正在积极筹备中,预计将于2025年正式投产。
无论是在交通、建筑还是制造领域,绿氢几乎能应用在每个行业中。作为世界领先的技术及服务供应商,博世业务涵盖汽车与智能交通技术、工业技术、消费品以及能源与建筑技术,也自然成为氢能时代的早期开拓者。
在氢能生产领域,2023年初起博世开始构建使用质子交换膜的电解槽样机,即车用燃料能量转换方式的逆向过程。为此,博世正在开发电解槽系统的核心部件——电解池。该电解池由100多个可利用电力将水分解成氧气和氢气的电解单元组成,输出功率为1.25兆瓦,每小时可产出23公斤氢气。在氢气一侧,所产生的压力超过30巴。博世的电解池不仅可应用在生产规模为1兆瓦及以上的小型工厂,也可满足千兆瓦级别的工厂的需求。该电解池预计在2025年投入市场。博世计划在2023年秋季推出1.25兆瓦的原型机供试点应用,并有望在2025年实现量产。
同时,博世也正在积极探索氢能的多种应用方式。例如,博世的固体氧化物燃料(SOFC)系统是一种分布式发电设备,可应用于商用建筑、工业生产厂房和计算中心。一个固体氧化物燃料电池系统的输出功率为100千瓦,根据功率需求,可通过组合多个系统实现兆瓦级的输出。固体氧化物燃料电池系统使用传统燃料(如生物甲烷或天然气,并可能在未来使用氢气)产生热能与电力,综合能效可达90%。
除了燃料电池动力总成外,博世也在为氢气内燃机研发进气道喷射和直接喷射系统。该技术对于重载卡车尤为适用。“氢气内燃机不仅可实现柴油机的所有功能,更为关键的是能实现‘碳中和’。它能助力实现快速且经济的氢能出行。”博世集团董事会成员及博世智能交通业务主席马库斯?海恩博士表示。在氢气内燃机的技术方案上,博世的核心优势是已具备90%的有关技术。博世预计于2024年将氢气内燃机解决方案投入市场,截至目前,已从主要经济地区获得了四个量产项目的订单,并预计到2030年达到超10万套销量。
而在氢气储存方面,博世力士乐已开发出用于加氢站的氢气压缩器解决方案。为了可以快速简便地给车辆加氢,气体必须被压缩至达900巴的压力。为了确认和保证氢气压缩机的高能效运行,博世力士乐提供了一种易维护、可扩展的系统解决方案。可扩展的驱动装置额定功率目前最高可达250千瓦,可为加气站经营者尝试氢气技术时提供低成本的选择。与市场上的其他方案相比,新的、基于集装箱式的压缩机解决方案可将经营商的总成本减半。
博世依托自身的全球制造网络和德国业务基地的实力,构建面向氢能经济的解决方案。
全链路正在打通,规模化箭在弦上。据悉,博世在德国班贝克的工厂将为费尔巴哈工厂提供燃料电池电堆,而电子空气压缩机和循环泵等重要部件则由博世在德国洪堡的工厂提供。“博世是极少数具备量产如燃料电池电堆这样复杂解决方案的公司之一。我们不仅拥有所需的系统专业相关知识,还具备快速将新技术扩展至大规模生产的能力,”海恩博士表示。
除了德国的费尔巴哈工厂,氢动力模块还在中国重庆投入量产,并由无锡工厂提供所需的部件。“博世是首家在中国和德国都生产这些模块的企业,”哈通博士表示。此外,博世还计划在美国南卡罗来纳州的安德森工厂生产用于出行领域的电堆。博世预计到2030年,全世界内每五辆重达六吨或以上的新卡车中就有一辆配备燃料电池动力总成。
氢能作为新兴起的产业,成熟技术应用大多分布在在交通运输、能源存储和工业制造等领域。其中,交通运输领域中的氢燃料电池车被认为是氢能应用的突破口。近日,依维柯宣布计划生产依维柯品牌的重型电动汽车和氢能电池卡车。据了解,IVECO重型燃料电池车(FCEV)配备博世燃料电池系统,是一款面向欧洲市场需求的氢动力半挂车。
通过其搭载的燃料电池总成与绿氢,该款半挂车能够在当地市场实现净零排放。搭载约70公斤的氢气,这款车型可在无需加注燃料的情况下行驶超过800公里。目前,IVECO重型燃料电池车的燃料加注过程大约为20分钟,这使其能够应用于包含长途运输在内的多种场景。
意识到氢能时代的来临势不可挡,博世正在加大对氢能的投资。博世计划在2021年至2026年期间对氢技术的研发与制造投资约25亿欧元,相较此前2021年至2024年的资本预算追加了10亿欧元。氢能也为博世带来了巨大的商业机遇,并增加了对专业人才的需求。目前,博世已有超过3000名员工从事与氢能技术相关的工作,其中超过半数在欧洲。
然而,氢能业务的发展前途与政策相关。哈通博士强调,欧洲必须作出更多努力,以应对别的地方的加快速度进行发展,例如美国。具体而言,哈通博士对德国及欧洲的政策制定者提出了四项呼吁:“首先,必须提升欧盟的氢能生产速度。其次,需打造该产业的全球供应链;第三,氢能源应在各经济领域中投入到正常的使用中。”第四点,哈通博士强调了加速建设欧洲地区的氢能储运基础设施建设很重要。