Was ist die Zukunft chinesischer Brennstoffzellenfahrzeuge?

Derzeit werden die globalen Energie- und Umweltprobleme immer ernster. Alle Länder der Welt suchen aktiv nach Lösungen. Gleiches gilt für den Zweck, neue Energiefahrzeuge im Automobilbereich energisch zu fördern. Es gibt verschiedene Arten von neuen Energiefahrzeugen, von denen FuelCell Cars (FCV) nicht nur eine vollständige Substitution von Kraftstoff in Kraftstoff erreichen kann, sondern auch als eine der wichtigen Richtungen für die nachhaltige Entwicklung der Automobilindustrie in der Zukunft angesehen wird . Es ist auch eine der idealen Lösungen für globale Energie- und Umweltprobleme.

Gegenwärtig ist die Technologie für Brennstoffzellenfahrzeuge noch nicht ausgereift, aber die Aufmerksamkeit verschiedener Länder nimmt ständig zu, was einen Trend zu zunehmenden Fortschrittsbemühungen zeigt. Japan, die USA, die Europäische Union und Südkorea haben viel Geld und Arbeitskräfte in die Forschung an Brennstoffzellenautos investiert. Toyota, Honda, GM, Ford, Mercedes-Benz, Hyundai und andere Unternehmen haben Brennstoffzellenmodelle entwickelt und die Funktionsweise in der Anfangsphase der Anwendung demonstriert.

Für China nehmen die Energie- und Umweltbelastungen der Autoindustrie zu, da der Autobesitz weiter zunimmt:

Einerseits hat die Abhängigkeit von Öl von ausländischen Quellen von Jahr zu Jahr zugenommen, von 26% zu Beginn dieses Jahrhunderts auf über 65% im Jahr 2016. Dies stellt eine ernsthafte Herausforderung für die Energiesicherheit dar und muss dringend umgesetzt werden Energiesubstitution.

Andererseits spielt fossile Energie eine absolute Rolle in der Energiestruktur, und der Umweltschutzdruck ist enorm. Es ist auch dringend erforderlich, die Energiestruktur zu optimieren.

Wasserstoffenergie hat einen hohen Heizwert, reiche Reserven, vielfältige Quellen und breite Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere weist es eine ausgezeichnete Umweltfreundlichkeit auf. Es ist eine mögliche Aussicht für die menschliche Energie, sich in Wasserstoff zu entkohlen und Kohlenstoffemissionen vollständig zu vermeiden. Es ist einer der idealen langfristigen Kandidaten für alternative Energien.

Unter dem Gesichtspunkt der Wasserstoffanwendung sind Brennstoffzellenfahrzeuge eine der Hauptrichtungen. Wenn Wasserstoff in großem Maßstab eingesetzt werden kann und die Automobilindustrie stark beeinflusst, wird dies tiefgreifende Auswirkungen haben. Mit anderen Worten, die Entwicklung von Brennstoffzellenfahrzeugen hat eine besondere strategische Bedeutung für die Verbesserung der Energiestruktur Chinas, die Förderung einer kohlenstoffarmen Transformation im Verkehr und die Verbesserung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit der Schlüsselindustrien und der technologischen Innovation. Aus diesem Grund hat die chinesische Regierung in programmatischen Dokumenten wie "Made in China 2025" einen klaren Entwicklungsplan für Brennstoffzellenfahrzeuge und verwandte Technologien vorgelegt, und der Grad der Aufmerksamkeit hat weiter zugenommen.

In Anbetracht dessen werden in diesem Papier die Kerntechnologie, Schlüsselthemen und der Entwicklungsstatus von Brennstoffzellenfahrzeugen zusammengefasst, insbesondere die Merkmale der Brennstoffzellen-Automobilindustrie in China analysiert und diskutiert und einige relevante Entwicklungsvorschläge in dieser Phase vorgelegt.

Fortschritte bei der Anwendung der Brennstoffzellenfahrzeugtechnologie

1, kurze Einführung in die Brennstoffzellenautotechnik

Eine Brennstoffzelle ist eine Energieumwandlungsvorrichtung, die die chemische Energie von Brennstoff (Wasserstoff) und Oxidationsmittel (Luft) durch elektrochemische Reaktion in elektrische Energie umwandelt. In den 1830er Jahren schlugen die Menschen das ursprüngliche Konzept von Brennstoffzellen vor. Seitdem wurden mit der Entwicklung der Technologie verschiedene Ebenen von Brennstoffzellen eingeführt und schrittweise von militärischen zu zivilen Gebieten erweitert, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts haben große Autohersteller an Brennstoffzellenfahrzeugen geforscht, wobei Japan am führenden ist. Derzeit gibt es weltweit viele leistungsstarke Brennstoffzellen-Automobilprodukte, die zunächst in die Kommerzialisierung eingetreten sind. Entsprechend den verschiedenen Elektrolyten können Brennstoffzellen in alkalische Brennstoffzellen, Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen, Phosphorsäure-Brennstoffzellen, geschmolzene Carbonat-Brennstoffzellen, Festoxid-Brennstoffzellen usw. unterteilt werden. Der verwendete Brennstoff und die Anwendungsszenarien für die Anpassung sind anders. Die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle bietet die Vorteile einer hohen spezifischen Leistung, eines schnellen Starts, eines nicht korrosiven Zustands, einer niedrigen Reaktionstemperatur und eines geringen Oxidationsmittelbedarfs. Es ist derzeit die erste Wahl für Brennstoffzellenfahrzeuge.

Brennstoffzellenfahrzeuge nutzen Wasserstoff an Bord als Energiequelle. Die Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie von Wasserstoff in Elektrizität um und treibt das Fahrzeug dann mit Elektromotoren an. Dabei handelt es sich offensichtlich um zwei völlig neue Elemente: das Brennstoffzellenauto selbst und die Wasserstoff-Energieversorgung:

Brennstoffzellenfahrzeuge umfassen neue Elemente wie Wasserstoffspeichersysteme im Fahrzeug, Brennstoffzellensysteme, elektrische Antriebssysteme, Fahrzeugsteuerungssysteme und Hilfsenergiespeichervorrichtungen;

Die Wasserstoff-Energieversorgung umfasst den gesamten Prozess des Wasserstoffs von der Herstellung, Speicherung, dem Transport bis zur Abfüllung und Verwendung. Die Förderung und Anwendung von Brennstoffzellenfahrzeugen deckt ein breites Spektrum von Bereichen ab, sei es für das Fahrzeug selbst oder für die Vorbereitung, Lagerung, den Transport und die Anwendung von Wasserstoff. Es gibt höhere Anforderungen: Die Herstellung von Wasserstoff umfasst hauptsächlich die Kohlevergasung zur Erzeugung von Wasserstoff, die Wasserelektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff, das Erdgasreformierungsgas zur Erzeugung von Wasserstoff, das Cracken von Methanol zur Erzeugung von Wasserstoff und andere Verfahren; Die Speicherung von Wasserstoff umfasst hauptsächlich die Speicherung von gasförmigem Hochdruck, die Speicherung von festem Hydrid, die Speicherung von flüssigem Wasserstoff bei niedriger Temperatur usw. Entsprechend umfassen die Transportmethoden hauptsächlich den Transport von Fahrzeugen und Schiffen sowie den Transport von Pipelines;

Auf der Ebene der Wasserstoffanwendung steht der Bau von Wasserstofftankstellen und anderer Infrastruktur im Mittelpunkt der künftigen Entwicklung. Das Brennstoffzellenauto selbst ist eine interdisziplinäre Disziplin in vielen Bereichen wie Maschinen, Chemie, Materialien und elektronische Steuerung, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die Länder sind bestrebt, die Leistung schrittweise zu verbessern und die Kosten zu senken, um die Förderung von Anwendungen zu beschleunigen.

Brennstoffzellenfahrzeugtechnik und ihre Industrialisierung

Aufgrund der vielversprechenden Zukunft von Brennstoffzellenfahrzeugen widmen die Länder ihnen zunehmend Aufmerksamkeit (siehe Tabelle 1). Als eine der strategischen Richtungen des Landes misst es der Entwicklung der Wasserstoff- und Brennstoffzellenindustrie große Bedeutung bei. Die Regierung, wissenschaftliche Forschungseinrichtungen und Unternehmen haben weiterhin viel in die Entwicklung und Anwendung von Brennstoffzellen- und Brennstoffzellen-Automobiltechnologien investiert. Mirai, entwickelt von der Toyota Motor Corporation und Clarity von Honda Motor Company, sind die weltweit führenden Brennstoffzellen-Limousinenprodukte.

Die Vereinigten Staaten legen auch großen Wert auf die Entwicklung von Brennstoffzellen- und Brennstoffzellen-Automobiltechnologien. Bereits 2005 wurde Wasserstoff in die gängigen Energieoptionen aufgenommen, und Wasserstoff- und Brennstoffzellenprogramme wurden nacheinander veröffentlicht. Die Vereinigten Staaten haben hauptsächlich die Anwendung von Brennstoffzellenfahrzeugen in speziellen Bereichen wie dem Materialtransport gefördert. Bis 2015 wurden in 34 Unternehmen mehr als 8.000 Brennstoffzellenstapler in Betrieb genommen und eine gute Kommerzialisierung erreicht. Gleichzeitig wurden auch Straßendemonstrationsfahrzeuge eingesetzt.

Die Europäische Union hat mit Impulsen von Organisationen wie der Europäischen Industriekommission und der Europäischen Forschungsgemeinschaft eine Vielzahl von Forschungs- und Demonstrationsanwendungen für Brennstoffzellen und Brennstoffzellenfahrzeuge durchgeführt. Gleichzeitig wurde eine systematische Planung für die Investition von Mitteln für Brennstoffzellen und Brennstoffzellenfahrzeuge, die Förderung von Brennstoffzellenflottenprojekten und den Bau von Wasserstofftankstellen durchgeführt.

Im Allgemeinen befinden sich Brennstoffzellenfahrzeuge in einer Phase des Übergangs von der Technologieentwicklung zur Kommerzialisierung, wobei die Aufmerksamkeit und die Investitionen in die Technologie zunehmen. Im Gegensatz dazu treibt die Regierung die Brennstoffzellen- und Brennstoffzellenautotechnologie noch aggressiver und technischer voran, und ihre fortschrittlichen Brennstoffzellen-Pkw-Modelle wurden zunehmend kommerzialisiert und sind weltweit führend bei Brennstoffzellenfahrzeugen.

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