氫燃料電池應(yīng)用降本需求迫切，糅合了甲醇低成本即時制氫與燃料電池基因的甲醇燃料電池引發(fā)關(guān)注，并吸引了國內(nèi)外企業(yè)展開布局。
國際方面，韓國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。在國內(nèi)，近日吉利第4代帝豪醇電混動轎車上市，吉利完全正向研發(fā)的遠程甲醇重卡在貴陽同步交付;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;摩氫科技交付中國鐵塔的MPT-5kW長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)品等方面進展如何?又有著怎樣的市場機遇?
>>甲醇燃料電池逐步“被看見”
甲醇燃料電池的應(yīng)用其實并不是一門新技術(shù)，1997年奔馳公司推出了第一臺以甲醇作為燃料的FCV，Necar 3，它通過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級車連續(xù)行駛300km以上。
在隨后近20年的時間里，德國戴姆勒克萊斯勒、日本本田、丹麥Serenergy等汽車生產(chǎn)商也相繼開發(fā)出甲醇燃料電池車型，并促使丹麥建設(shè)了第一個甲醇加注站。
而國內(nèi)對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)的科研團隊針對甲醇燃料電池的關(guān)鍵材料、核心部件、系統(tǒng)集成、過程監(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米南京金龍純電動商務(wù)車，改裝為甲醇重整氫燃料電池“電-電”混合動力車，一次加注甲醇運行1008公里;2016年，全國首輛高溫甲醇燃料電池乘用車在大連物化所試運行;2017年12月，國內(nèi)首臺甲醇燃料電池車型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汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展舞臺。
發(fā)展至今，我國在甲醇燃料電池領(lǐng)域也有了進展。山西、上海、陜西、貴州、甘肅等省市先后開展了甲醇汽車試點運行工作。2019年，吉利旗下新能源商用車品牌遠程汽車便發(fā)布了全球首款甲醇重卡;2021年，遠程汽車推出了13L國六甲醇發(fā)動機;今年3月，由吉利控股集團研發(fā)生產(chǎn)的甲醇轎車和遠程甲醇重卡，開啟了在丹麥奧爾堡的測試和示范運行。
今年6月30日，全球首款甲醇混合動力轎車—吉利第4代帝豪醇電混動轎車上市，正式成為第十一屆貴州省運會賽事指定用車，與吉利完全正向研發(fā)的遠程甲醇重卡在貴陽同步交付。目前吉利在甲醇燃料電池汽車領(lǐng)域已經(jīng)擁有了近百項專利，已開發(fā)20余款甲醇動力車型，涵蓋了從乘用到商用的兩大領(lǐng)域，甲醇汽車?yán)塾嬐斗帕窟_到2.7萬，總運行里程接近100億公里。
另從資源角度來看，我國發(fā)展甲醇燃料電池汽車的優(yōu)勢也不小。甲醇燃料可通過煤、天然氣、生物質(zhì)、太陽能等多種原料制取獲得。2020年我國新增甲醇產(chǎn)能542萬噸，總產(chǎn)能約為9914萬噸，較2019年增長11.8%。目前用于制氫的甲醇占到甲醇總量的5~6%。甲醇產(chǎn)量的逐年提升對甲酵燃料電池汽車的發(fā)展起到了良好的促進作用。
資源稟賦的巨大發(fā)展空間下，隨著技術(shù)的突破進步，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)有了長足的進步，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，促進甲醇汽車等替代燃料汽車推廣。
由于多重力量的共同推進，甲醇燃料電池的發(fā)展機遇被看見，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、愛馳汽車、濰柴動力、南岳電控、華菱星馬、達菲特等為代表的企業(yè)已經(jīng)針對甲醇燃料電池領(lǐng)域展開深耕，甲醇燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模化推廣的陣營正逐步壯大。
>>產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀與前景
從技術(shù)路線來看，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)原理和擅長的應(yīng)用場景也有所不同：
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)備和高壓緩沖儲氫裝置，而HTMFC反應(yīng)溫度高達120~800度，可以吃“粗糧”，但對系統(tǒng)熱管理及控制策略提出了更高的要求。
從供應(yīng)鏈水平來看，由于入局的企業(yè)偏少，基本呈現(xiàn)自主開發(fā)，部分需求向供應(yīng)商采購的模式。其中直接甲醇燃料電池較早運用于軍工領(lǐng)域，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，部分企業(yè)已經(jīng)可以實現(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)相對復(fù)雜，除了閥門等對精度要求較高的器件，國內(nèi)企業(yè)基本可以實現(xiàn)系統(tǒng)各部件的供應(yīng)。
在生產(chǎn)設(shè)備上，國產(chǎn)化率達到70%，在部分檢測設(shè)備上依然優(yōu)先采用精度較高的進口設(shè)備。
技術(shù)性能方面，國內(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。對于我們做直接甲醇燃料電池的企業(yè)來說，就是不驕不躁，堅持把產(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，后期的運維成本上較低。
應(yīng)用方面，由于甲醇燃料電池汽車市場保有量過少，使得消費者對甲醇燃料電池汽車的認(rèn)識還不夠清晰，因此對甲醇燃料電池汽車的安全、性能等存在疑慮，同時由于缺少實際運營的數(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。
“在氫燃料電池的儲運暫時沒有較好的解決方案的情況下，甲醇燃料電池越來越引發(fā)業(yè)界的關(guān)注。整個氫能產(chǎn)業(yè)正壯大發(fā)展，無論是氫燃料電池，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。
對于何時能實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，業(yè)內(nèi)人士推斷：甲醇在儲運加注方面有著現(xiàn)階段氫氣/液氫無法超越的成本、技術(shù)等方面的優(yōu)勢，但從技術(shù)研發(fā)、基礎(chǔ)配套設(shè)施等方面，以及市場化運作的程度來看，都有很長一段路要走，要商業(yè)化大概需要5年時間。
