徐宏明：歐盟動(dòng)力系統(tǒng)能源呈現(xiàn)多元化，乘用車趨于電動(dòng)化大方向不可逆轉(zhuǎn)
第三屆車用動(dòng)力系統(tǒng)國(guó)際高峰論壇
“歐盟目前能源出現(xiàn)多元化，未來沒有哪一種動(dòng)力系統(tǒng)能夠像今天的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)那樣可以驅(qū)動(dòng)所有的汽車；乘用車電動(dòng)化已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢(shì)；未來汽車能源使用需要在全生命周期和整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低碳直至零碳化和效率最大化。”以上是英國(guó)伯明翰大學(xué)教授、伯明翰先進(jìn)汽車研究和教育中心主任徐宏明的幾個(gè)主要觀點(diǎn)。
5月18日—19日，第三屆車用動(dòng)力系統(tǒng)國(guó)際高峰論壇在中國(guó)寧波前灣召開。徐宏明發(fā)表了以“未來歐盟汽車動(dòng)力系統(tǒng)能源動(dòng)向與發(fā)展趨勢(shì)展望”為主旨的演講，詳細(xì)闡述了自己的觀點(diǎn)。
純電動(dòng)發(fā)展迅猛 燃料電池發(fā)展“道阻且長(zhǎng)”
據(jù)介紹，2021年，國(guó)際能源署發(fā)布了全球能源戰(zhàn)略的展望，幾個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)包括2021年全球停止批準(zhǔn)開發(fā)新油田和2035年停止銷售燃油車。多年來，歐盟一直在花費(fèi)高額投資研發(fā)包括電動(dòng)汽車技術(shù)在內(nèi)的現(xiàn)代汽車動(dòng)力。據(jù)悉，歐盟汽車占?xì)W洲工業(yè)產(chǎn)業(yè)的65%，研發(fā)費(fèi)用則占了整個(gè)工業(yè)研發(fā)的32%。
在汽車消費(fèi)市場(chǎng)上，過去歐洲柴油車銷量占40%以上，基本上和汽油機(jī)比肩， 近年來柴油車的銷量大幅度下降。 從近十年情況來看，歐盟電動(dòng)汽車市場(chǎng)發(fā)展迅猛，到2021年總銷量占比已經(jīng)和中國(guó)基本在一個(gè)水平上。今年第一季度銷量中，柴油車下跌至15%，汽油車占37%。而與之相反的是，混合動(dòng)力車大幅度上升占了25%，純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力車則占了近20%。
徐宏明表示，歐盟在汽車領(lǐng)域里采取了幾個(gè)重大戰(zhàn)略，主要有以下幾個(gè)方面：1. 通過2025年始行歐7排放標(biāo)準(zhǔn)，限制各類車輛排放，為電動(dòng)化鋪路；2. 采用市場(chǎng)補(bǔ)貼和制造業(yè)補(bǔ)貼等方式強(qiáng)力推動(dòng)電動(dòng)汽車的開；3.大力發(fā)展氫戰(zhàn)略計(jì)劃，推動(dòng)儲(chǔ)能和燃料電池技術(shù)的發(fā)展；4. 在清潔燃料方面，傳統(tǒng)的生物燃料受到資源限制沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，近些年來歐盟鼓勵(lì)支持開發(fā)“電子燃料”（電力合成燃料）。
據(jù)，歐盟27個(gè)國(guó)家為了在2030年前實(shí)現(xiàn)各自制定的目標(biāo)，正在動(dòng)力電池、充電樁、電池能量密度以及電力供應(yīng)發(fā)展等方面發(fā)力，在技術(shù)發(fā)展方面，聚焦電動(dòng)化，特別是在動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展上進(jìn)行了大量投入。 有報(bào)告預(yù)計(jì)歐洲的電池產(chǎn)能到2030年將從2022年的124 兆瓦時(shí)（GWh）增加10倍至的1.5 太瓦時(shí) (TWh)，將占全球電池產(chǎn)量的十分之一。同時(shí)全球各大汽車廠家加大在歐洲市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車新車型的投入。據(jù)悉，從2019年開始，世界上各大汽車廠正在歐盟大規(guī)模投入越來越多的新產(chǎn)品，最近五年發(fā)展態(tài)勢(shì)非常迅猛，預(yù)計(jì)到2025年純電動(dòng)車將達(dá)到170個(gè)不同車型。
除純電動(dòng)以外，歐盟對(duì)燃料電池技術(shù)的發(fā)展也比較重視。雖然目前燃料電池汽車成本最高，預(yù)測(cè)將會(huì)逐步下降，同時(shí)，燃料電池的效率將逐步提高。如果按照預(yù)測(cè)的成本持續(xù)降低幅度則在重型車上續(xù)航里程性能與鋰電池相比有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，但是磷酸鐵鋰電池價(jià)格依然最低。燃料電池在乘用車上應(yīng)用主要是受體積和重量限制，此外還有對(duì)加氫站需求的挑戰(zhàn)。
據(jù)悉，歐盟加氫站數(shù)量近年來在一直不斷增長(zhǎng)。歐洲氫能聯(lián)盟公布的計(jì)劃表明，到2030年歐洲將部署多達(dá)10萬輛氫燃料卡車和1千5百個(gè)加氫站。在為商用車提供的加氫站方面，德國(guó)預(yù)計(jì)將成為領(lǐng)先的歐洲國(guó)家，到 2025 年將達(dá)到約 85 個(gè)加氫站，到 2030 年將達(dá)到約 300 個(gè)，預(yù)計(jì)是排名第二的英國(guó)的兩倍。
“電子燃料”給沿用燃油車帶來可能性 關(guān)鍵在于氫的大規(guī)模使用和碳捕捉等成本問題
今年3月份末，德國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家在歐盟準(zhǔn)備簽署2035年起禁售燃油車的“禁燃令”前夕突然反悔并與之達(dá)成一個(gè)協(xié)議，使歐盟最終同意考慮在2035年后允許使用全生命周期內(nèi)零排放的合成燃料的可能性，這意味著歐盟在電動(dòng)化的戰(zhàn)略上對(duì)使用“電子燃料”的燃油車有可能會(huì)網(wǎng)開一面。
“電子燃料有很多種類和生產(chǎn)制作的路徑，其中目前最受關(guān)注的主要是氫、氨和甲醇，每種燃料都有自己的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，最后的應(yīng)用需要看看具體技術(shù)問題怎么解決。”據(jù)徐宏明介紹，“電子燃料”已經(jīng)被研究了很長(zhǎng)時(shí)間，從原理和概念上講已經(jīng)被證實(shí)可行。他指出，“電子燃料”的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中首先必須要有可再生的綠色能源。氫氣作為“電子燃料”的源頭，是能量載體的主要部分。氫氣可以通過以下主要途徑變成電子燃料：第一，氫直接使用；第二，把氫和氮?dú)夂铣缮砂?；第三，氫和二氧化碳結(jié)合，生成甲烷 （不被看好）；第四，把氫和二氧化碳結(jié)合生成甲醇。還有更進(jìn)一步復(fù)雜的工藝制作其他種類的液體燃料。
據(jù)悉，歐洲很多年前就開始布局研究“電子燃料”。生產(chǎn)“電子燃料”的關(guān)鍵在于能不能大規(guī)模生產(chǎn)綠氫。目前，氫主要來自煉油副產(chǎn)品，如果真正要把氫作為燃料來生產(chǎn)，目前還有很大挑戰(zhàn)。此外，制作液體電子燃料需要捕捉碳，生產(chǎn)中的能耗非常大而且生產(chǎn)規(guī)模有限，在生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、使用三個(gè)環(huán)節(jié)中還有很多問題需要解決。目前“電子燃料”的制作成本非常高，是汽油成本的4倍。今后有繼續(xù)下降的可能性，但可能只會(huì)再下降一半。因此，“電子燃料”效率低、成本高，是兩大挑戰(zhàn)， 此外還有政策、標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際應(yīng)用、可持續(xù)性發(fā)展等方面諸多問題需要解決。
同時(shí)，徐宏明介紹，“電子燃料”是能量載體，不但可以在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中使用，包括做增程式電動(dòng)車和重型卡車的燃料，也可以在燃料電池里面使用，還可以在船用和航空等領(lǐng)域里使用。從解決二氧化碳排放問題的角度來說，“電子燃料”本身確實(shí)有吸引力，特別是在電動(dòng)車大部分采用火電的的情況下，“電子燃料”的優(yōu)勢(shì)更加明顯一些。
作為使用“電子燃料”其中的一種方法，氫發(fā)動(dòng)機(jī)突破的可能性更大一些。他也提到，發(fā)動(dòng)機(jī)在使用甲醇等這些“電子燃料”中的問題，已經(jīng)研究了很多年，期待利用當(dāng)下的新材料、新技術(shù)、新軟件在開發(fā)和控制等方面運(yùn)用新辦法解決老問題。另一方面，燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)面臨燃料電池和動(dòng)力電池技術(shù)持續(xù)進(jìn)步、成本逐漸降低的競(jìng)爭(zhēng)。
徐宏明強(qiáng)調(diào)，對(duì)于各種能量載體而言，能量密度、碳排放等指標(biāo)需要用整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的重量和體積而不是通過子系統(tǒng)單元指標(biāo)測(cè)算來衡量，單個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的能源效率之間比較沒有太大意義，未來汽車能源需要在整個(gè)全生命周期和系統(tǒng)運(yùn)行范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零碳化和效率最大化。根據(jù)國(guó)際能源署的預(yù)測(cè)，氫是未來可再生能源最重要的載體。他指出，氫的全生命周期能源效率最高。從更長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，如果可再生能源燃料能夠大規(guī)模生產(chǎn)并且使用成本下降足夠多，那么從重型車到小型車，氫會(huì)得到越來越多的使用，但是目前和近期還面臨很多亟待解決的挑戰(zhàn)。
能源多樣化也給開發(fā)汽車動(dòng)力技術(shù)的研究人員帶來了挑戰(zhàn)。根據(jù)自己的研究經(jīng)驗(yàn)，徐宏明指出，智能化是汽車技術(shù)發(fā)展的未來趨勢(shì)，過去汽車和能源行業(yè)都是單獨(dú)在實(shí)驗(yàn)室里研究某一種動(dòng)力技術(shù)，今后在開發(fā)各種新能源汽車產(chǎn)品中，需要聯(lián)合有可能和電動(dòng)化汽車結(jié)合使用的各種技術(shù)，在材料硬件、大數(shù)據(jù)以及人工智能三大技術(shù)要素發(fā)展的推動(dòng)下，進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合的協(xié)同研究。這就意味著團(tuán)隊(duì)合作很重要。據(jù)悉，伯明翰先進(jìn)汽車研究中心已經(jīng)聯(lián)合所有的各個(gè)相關(guān)團(tuán)隊(duì)，把這些能源研究技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，以汽車為中心形成一個(gè)平臺(tái)，在聯(lián)合平臺(tái)上研究能源系統(tǒng)或能源動(dòng)力裝置，大力開發(fā)包括設(shè)計(jì)和使用階段的汽車動(dòng)力系統(tǒng)智能化技術(shù)，使未來零碳汽車動(dòng)力在全天候?qū)嶋H道路上使用情況下實(shí)現(xiàn)最大的能源效率。