Mingming du marché de la culture automobile a son petit cercle dans le domaine de la consommation automobile. Ce qui les préoccupe le plus dans l'industrie de l'hydrogène, c'est de savoir si les véhicules à pile à combustible présentent des avantages ? Quand sera-t-il aussi populaire que les voitures à batterie lithium-ion ? Ceci est un article destiné aux consommateurs.
Etant au service de l'industrie de la culture automobile depuis de nombreuses années, après être passé à l'industrie de l'énergie hydrogène, j'aborderai encore des sujets liés à l'automobile avec quelques amis autour de moi, ainsi j'évoquerai les perspectives de développement des véhicules à pile à combustible dans l'automobile du futur marché de temps à autre. Cependant, étant donné que les véhicules à batterie au lithium sont relativement populaires sur le marché aujourd'hui, lorsque je mentionne les véhicules à pile à combustible, de nombreux amis ont encore tendance à confondre le concept de véhicule à pile à combustible avec le principe de fonctionnement des véhicules à batterie au lithium. En réponse à ce phénomène, nous parlerons cette fois brièvement du principe de fonctionnement des véhicules à pile à combustible et des composants de base associés, ainsi que des différences entre eux et les moteurs à combustion interne et les batteries au lithium.
Les piles à combustible ne sont pas des "batteries"
Oui, à proprement parler, bien que les piles à combustible soient appelées batteries, elles ne sont pas réellement des "batteries" que nous comprenons comme étant purement pour le stockage d'énergie comme les batteries au plomb et les batteries au lithium. Littéralement, " Une "batterie" est un "réservoir" d'électricité, un appareil qui stocke l'énergie électrique.
Le principe de fonctionnement de la pile à combustible est un dispositif qui convertit l'énergie chimique du combustible en énergie électrique par le biais de réactions redox. Contrairement aux batteries ordinaires qui stockent et libèrent de l'énergie en se chargeant et en se déchargeant, les piles à combustible peuvent atteindre une décharge continue en ajoutant continuellement du carburant. L'effet, en termes simples, de son processus de travail est de générer de l'électricité en ajoutant du carburant pour continuer la réaction d'oxydo-réduction. Le combustible le plus couramment utilisé est l'hydrogène, et l'hydrogène et l'oxygène aux électrodes positive et négative produisent des réactions d'oxydoréduction à travers l'électrolyte. Au cours du processus, des électrons sont conduits de l'anode à la cathode, formant ainsi un courant.
Par conséquent, on peut également dire qu'un véhicule à pile à combustible combine les caractéristiques d'un véhicule à moteur à combustion interne et d'un véhicule à batterie au lithium. Il peut non seulement maintenir la durée de vie de la batterie en réapprovisionnant rapidement le carburant (hydrogène), mais aussi parce qu'il génère principalement de l'électricité, et les émissions sont l'électrolyse de l'hydrogène et de l'oxygène. L'eau formée par la réaction rétrograde de l'eau peut donc atteindre une charge rapide et efficace, et peut également répondre aux véritables exigences de protection de l'environnement zéro émission, compensant les lacunes des moteurs à combustion interne et des batteries au lithium.
Le processus de développement des piles à combustible
En 1839, le physicien britannique William Grove (William Robert Grove) a produit la première pile à combustible. La théorie dans le magazine, Grove a vérifié et perfectionné la théorie l'année suivante après l'avoir vue, et a publié le croquis de conception de la pile à combustible dans le "Philosophical Journal and Journal of Science" en 1842
La conception de Grove utilisait une solution d'acide sulfurique comme électrolyte, sous une forme plus similaire aux batteries plomb-acide d'aujourd'hui. Ce n'est qu'en 1955, après le perfectionnement de W. Thomas Grubb, ingénieur chimiste en électricité générale, qu'une pile à combustible utilisant une membrane échangeuse d'ions en polystyrène sulfoné comme électrolyte voit vraiment le jour, et trois ans plus tard, son collègue de General Electric Leonard Niedrach a en outre introduit du platine dans la membrane d'échange en tant que catalyseur de la réaction de réduction, et l'a nommé "pile à combustible Grubb-Niedrach", jusqu'à présent posé le prototype de base de la pile à combustible PEM moderne.
Dans le cadre du développement conjoint de la NASA et de General Electric au cours de la dernière période, les piles à combustible ont également été appliquées dans de nombreux projets commerciaux et projets aérospatiaux. La source d'eau. En 1991, le scientifique américain Roger E. Billings (Roger E. Billings) a fabriqué avec succès le premier véhicule à pile à combustible à hydrogène, LaserCel 1, qui a officiellement ouvert le prélude aux véhicules à pile à combustible à hydrogène. .
Le premier véhicule à pile à combustible fabriqué par Roger Billings - LaserCel 1, on peut voir que le prototype est une Ford Fiesta originale
À ce stade, l'application de la technologie des piles à combustible dans le monde est entrée dans la phase de développement de l'industrialisation, mais la plus largement utilisée est la cogénération domestique de chaleur et d'électricité. Au Japon, ce produit s'est vendu à plus de 400 000 unités, et il est déjà économique. Ce sont Toyota Mirai et Hyundai NEXO qui ont vraiment amené les véhicules à pile à combustible à l'industrialisation. En 2014, Toyota a annoncé que le coût global des piles à combustible était tombé à 1/20 de celui de 2008, ce qui est devenu un tournant dans l'industrialisation mondiale des véhicules à pile à combustible. La Chine en est encore au stade de la vérification des piles à combustible, tandis que les États-Unis vérifient grâce à l'application à grande échelle de chariots élévateurs.
Avantages et inconvénients des piles à combustible
Se débarrasser des contraintes de ressources et des contraintes environnementales est l'objectif central du développement des nouvelles énergies. Tout d'abord, l'hydrogène a une large gamme de sources et n'est pas limité par les ressources. À l'heure actuelle, le catalyseur de pile à combustible utilise des ressources en platine, mais par rapport aux 30 kg de carbonate de lithium requis pour chaque véhicule de batteries au lithium, la consommation de platine des piles à combustible est calculée en grammes et la récupération du platine atteint plus de 90 %, et le coût de récupération est inférieur aux coûts d'extraction des ressources, de sorte que les piles à combustible ne sont fondamentalement pas soumises à des contraintes de ressources.
Deuxièmement, du point de vue du pic de carbone, l'utilisation d'électricité verte pour produire de l'hydrogène vert peut véritablement permettre des déplacements écologiques. Les véhicules à pile à combustible consomment de l'hydrogène et excrètent de l'eau, et il n'y a presque aucune pollution dans le processus de récupération du platine.
Troisièmement, les consommateurs sont plus préoccupés par l'expérience de conduite. Il faut environ 3 à 5 minutes pour ajouter de l'hydrogène à un véhicule à pile à combustible (véhicules utilitaires dans les 15 minutes), et cela peut durer environ 600 à 800 km, et il peut démarrer normalement en dessous de moins 30 degrés, et il n'y a pas de problème de batterie perte de pouvoir. De toute évidence, dans les régions froides réduit beaucoup d'anxiété. Le plan initial pour les Jeux olympiques d'hiver de Pékin n'était pas un véhicule à pile à combustible. Il a été remplacé par un plan de véhicule à pile à combustible car les batteries au lithium n'étaient pas adaptées aux basses températures à Yanqing et Zhangjiakou. Cette fois, les 1 200 véhicules à pile à combustible ont bien vérifié cette performance.
Le quatrième est la sécurité. La pile à combustible elle-même ne stocke pas d'énergie, de sorte que la sécurité dans la voiture est relativement élevée.
L'inconvénient est que l'énergie hydrogène est le gaz le plus léger, ce qui est très difficile à gérer, et les exigences de sécurité dans le processus de stockage et de transport sont également élevées, et les coûts de stockage et de transport correspondants sont relativement élevés. C'est le plus grand inconvénient du développement de l'industrie de l'énergie hydrogène. Cela a également favorisé le développement de diverses technologies de stockage d'hydrogène, notamment l'hydrogène liquide, le stockage d'hydrogène à l'état solide et le stockage d'hydrogène composé organique.
Situation actuelle et trajectoires divergentes des véhicules à pile à combustible
Les scénarios d'application des piles à combustible sont assez riches, tels que les navires, les chariots élévateurs, les fusées, les avions, les alimentations électriques distribuées, etc. La raison pour laquelle les véhicules à pile à combustible ont reçu plus d'attention est que leur marché commercial est relativement large. Une fois mature, la vitesse de mise en œuvre et de vulgarisation Il est relativement rapide et peut avoir un impact énorme sur l'ensemble de l'industrie.
Bien que l'énergie hydrogène et les piles à combustible aient été développées et soient entrées dans le domaine commercial depuis de nombreuses années, elles sont encore loin des consommateurs quotidiens. Les véhicules à pile à combustible à hydrogène peuvent effectivement raccourcir cette distance et améliorer l'opinion inhérente des consommateurs sur l'énergie hydrogène.
Cependant, il existe des différences dans les trajectoires de développement des différents pays. Les prototypes développés par les grands constructeurs automobiles au début sont tous des voitures particulières, et les modèles produits en série au Japon et en Corée du Sud sont également des voitures particulières, mais la Chine et les États-Unis sont principalement des véhicules utilitaires.
Depuis que Billings a produit le premier véhicule à pile à combustible, de nombreux fabricants ont également vu les perspectives de marché et le potentiel de protection de l'environnement de l'énergie hydrogène. Après être entrés dans le 21e siècle, les principaux fabricants ont également lancé des concept-cars de véhicules à pile à combustible à hydrogène ou une voiture d'essai, mais dans la période ultérieure en raison du développement vigoureux du marché des batteries au lithium, de nombreux fabricants ont dû suspendre temporairement ou annuler la pile à combustible. projet de véhicule.
Avec l'augmentation du coût des ressources en lithium, certains constructeurs automobiles grand public sont progressivement revenus dans le domaine des véhicules à pile à combustible ces dernières années, tels que Toyota, Honda, Nissan, Daimler, BMW, Hyundai, Kia, GM, etc., ont annoncé un plan de développement. pour les véhicules à pile à combustible.
Selon les statistiques du magazine "Car and Drive", en 2022, il y a actuellement environ 15 000 véhicules à pile à combustible à hydrogène sur la route en Californie, et avec le développement de stations de ravitaillement en hydrogène et de systèmes de stockage et de transport d'énergie hydrogène, il est pense que les véhicules à pile à combustible augmenteront progressivement.
Outre le Japon, la Californie est actuellement le plus grand marché de Mirai
C'est aussi l'un des deux marchés au monde où les véhicules à pile à combustible se sont vendus à plus de 10 000 unités.
Notre exploration des véhicules à hydrogène ne se limite pas aux piles à combustible. BMW et Mazda ont lancé des modèles hybrides à hydrogène et les ont lancés en tant que modèles produits en série à petite échelle. Cependant, pour des raisons techniques et les conditions difficiles de ravitaillement en hydrogène à cette époque, ces modèles ne peuvent être immergés que dans le grand marché automobile avec une production annuelle de dizaines de millions.
Mais ces dernières années, avec la démonstration et l'application de la filière hydrogène énergie, qu'il s'agisse de progrès technologiques ou de la construction de stations de ravitaillement en hydrogène, l'engouement pour ces voies techniques autrefois abandonnées a été ravivé. Le 15 juin 2021, Honda a annoncé la fermeture de l'usine de Sayama au Japon et l'arrêt du véhicule à pile à hydrogène CLARITYFUELCELL. La voiture électrique sera produite dans son centre de fabrication hautes performances situé dans l'Ohio, aux États-Unis.
Toyota a également testé en permanence des modèles de moteurs à combustion interne à hydrogène ces dernières années en tant que réserve technique. Bien sûr, nous parlons principalement de véhicules à pile à combustible cette fois-ci. En ce qui concerne les moteurs à combustion interne à hydrogène ou les hybrides à hydrogène, si cela vous intéresse, nous pouvons trouver une autre occasion de parler en détail.
BMW et Mazda ont lancé des modèles hybrides à hydrogène. Parmi eux, l'Hydrogen 7 de BMW a lancé des versions à deux générations E38/E65, tandis que le RX8 Hydrogen RE de Mazda a produit en série 30 unités. La première voiture de l'auteur est la RX8 de Mazda, alors quand la version à hydrogène a été lancée, j'y ai prêté une attention particulière pendant un certain temps.
Moteur à combustion interne à hydrogène V8 développé conjointement par Toyota et Yamaha
Cela peut donner à de nombreux amis qui aiment les véhicules à carburant de grande cylindrée l'espoir qu'ils pourront encore conduire des véhicules de grande cylindrée à l'avenir
Après avoir changé de carrière et commencé à comprendre l'industrie de l'énergie hydrogène, en discutant avec mes amis, de nombreuses personnes m'ont demandé pourquoi il nous est difficile de voir des véhicules à pile à combustible maintenant. Je leur donne généralement des explications unilatérales. La direction du développement des véhicules à pile à combustible est principalement les véhicules utilitaires plutôt que les véhicules de tourisme. En fait, si vous faites attention à certaines villes de démonstration de l'énergie hydrogène, bien que les véhicules de tourisme à pile à combustible ne soient pas encore vus, il peut y avoir des véhicules d'assainissement, des bus, des ordures Les véhicules à pile à combustible des véhicules utilitaires tels que les camions et les véhicules logistiques sont déjà sur la route .
En outre, étant donné que les stations de ravitaillement en hydrogène et la construction du réseau de canalisations d'énergie hydrogène de mon pays ne peuvent pas répondre aux besoins du marché des voitures particulières, les voitures particulières ne sont que partiellement testées dans le Guangdong et Shanghai. Avec l'infrastructure actuelle, les voitures particulières seront largement promues Les conditions ne sont pas encore disponibles. Selon les statistiques, le volume des ventes de véhicules à pile à combustible dans mon pays de janvier à octobre de cette année est d'environ 3 000, dont le volume des ventes de véhicules de tourisme est inférieur à 5 %. Par conséquent, accumuler d'abord une expérience technique dans l'industrie grâce aux véhicules utilitaires et augmenter les investissements dans la construction d'infrastructures, sera plus propice au développement futur du marché des voitures particulières à pile à combustible.
Les piles à combustible à hydrogène ont non seulement les caractéristiques d'une longue durée de vie de la batterie, mais également sa durée de vie n'est pas affectée par la température et l'environnement. Il peut être utilisé comme méthode de conduite idéale pour les outils de production. Cependant, en raison du prix actuellement élevé de l'hydrogène, un important soutien politique est encore nécessaire pour stimuler le marché.
Bien que certains constructeurs de voitures particulières de mon pays aient lancé des modèles de piles à combustible, la direction actuelle du développement du pays est principalement les véhicules utilitaires, tels que SAIC, Weichai, Foton, Yutong, Zhongtong, Jiangling, Mercedes-Benz, etc., développent activement l'hydrogène- véhicules utilitaires motorisés. En regardant l'amont et l'aval de la chaîne industrielle, bien que certaines technologies dans mon pays soient relativement en retard par rapport aux mêmes industries en Europe et aux États-Unis, parce que la politique de marché actuelle de mon pays est plus encline aux véhicules utilitaires, le seuil technique à franchir est plus élevé . Avec l'expansion progressive du marché, dans la technologie Tout en mûrissant progressivement, le coût diminuera progressivement.
Goulot d'étranglement de l'industrialisation des véhicules à pile à combustible
Comme mentionné ci-dessus, le principal goulot d'étranglement des véhicules à pile à combustible à ce stade reste l'approvisionnement en hydrogène. Nous pouvons prendre comme exemple le nombre actuel de stations-service et le kilométrage routier à Pékin. À l'heure actuelle, le kilométrage routier à Pékin est d'environ 22 300 kilomètres et il y a environ 1 030 stations-service. Seules 14 stations de ravitaillement en hydrogène sont actuellement en service. Une station-service peut être trouvée tous les 21,6 kilomètres, tandis qu'une station de ravitaillement en hydrogène doit être trouvée tous les 1592 kilomètres.
À l'heure actuelle, la plupart des stations de ravitaillement en hydrogène de Pékin sont situées dans les banlieues, qui abritaient autrefois des installations pour les Jeux olympiques d'hiver. Bien que Pékin ait actuellement un plan pour construire et mettre en service 74 stations de ravitaillement en hydrogène d'ici 2025, par rapport au nombre de stations-service Encore plus qu'un ordre de grandeur pire.
La Corée du Sud est le pays où la promotion des véhicules à pile à combustible est la plus rapide au monde. À l'heure actuelle, la Corée du Sud compte plus de 23 000 véhicules à pile à combustible en service, tandis que mon pays compte environ 5 000 véhicules en service. Jusqu'à présent, mon pays compte 290 stations de ravitaillement en hydrogène, tandis que la Corée du Sud ne compte que plus de 120 stations de ravitaillement en hydrogène. Au troisième trimestre de cette année, les ventes cumulées dans mon pays étaient de 11 027, et les ventes cumulées en Corée du Sud étaient de 31 596. Calculé par le rapport des ventes cumulées de véhicules à pile à combustible aux stations de ravitaillement en hydrogène, la proportion de véhicules dans mon pays est de 38,02:1, et le rapport des stations en Corée du Sud est de 263,3:1.
Mais un problème pratique est que notre pays a une grande superficie. Les 290 stations de ravitaillement en hydrogène prévues par le gouvernement local sont réparties dans 27 provinces sur un territoire de 960 kilomètres carrés à travers le pays. La superficie moyenne desservie par chaque station de ravitaillement en hydrogène est de 33 100 kilomètres carrés. , même si les stations de ravitaillement en hydrogène sont réparties dans des zones relativement développées économiquement, nous calculons sur la base de 50% de la superficie du pays, et le rayon de rayonnement moyen de chaque station de ravitaillement en hydrogène est de 16 550 kilomètres carrés; tandis que les 120 stations de ravitaillement en hydrogène de la Corée du Sud sont réparties sur 103 300 kilomètres carrés. Sur le territoire national, la zone moyenne rayonnée par chaque station de ravitaillement en hydrogène n'est que de 860 kilomètres carrés.
la province du Guangdong de mon pays a 179 700 kilomètres carrés, ce qui dépasse la superficie totale de la Corée du Sud. On peut voir que même la province du Guangdong, qui compte le plus de stations de ravitaillement en hydrogène, ne peut pas atteindre la densité des stations de ravitaillement en hydrogène de la Corée du Sud. À l'origine, les stations de ravitaillement en hydrogène de la province du Guangdong étaient principalement concentrées dans la ville de Foshan. La densité des stations de ravitaillement en hydrogène dans cette zone est déjà très élevée, mais il y a une pénurie à la fois de production d'hydrogène d'énergie fossile et d'hydrogène de sous-produit industriel, et la production d'hydrogène à partir d'énergie renouvelable n'a pas encore commencé. Le coût de l'hydrogène est trop élevé, ce qui entraîne la perte de véhicules en fonctionnement, et l'énorme déficit d'approvisionnement en hydrogène ne peut pas répondre à la demande de travail à pleine charge des stations de ravitaillement en hydrogène.
De plus, étant donné que le degré de commercialisation global de la chaîne mondiale de l'industrie des piles à combustible n'est pas élevé et que l'échelle n'est pas assez grande, le coût relatif est relativement élevé. Et si la pile à combustible veut atteindre autant que possible la norme idéale de protection de l'environnement à zéro émission, en plus de la source d'hydrogène doit être de l'hydrogène vert produit par de l'électricité verte, l'électricité verte doit également être utilisée autant que possible dans la production processus de l'équipement.
Bien que les projets actuels d'énergie éolienne et d'énergie verte photovoltaïque de mon pays se développent rapidement par rapport à l'énergie thermique, il existe encore une certaine différence de prix de l'électricité dans certaines régions où l'énergie éolienne et le photovoltaïque sont sous-développés. Il n'y aura peut-être pas beaucoup de différence pour un usage personnel, mais dans la production industrielle, cela augmentera encore le coût de production global.
L'avenir des véhicules à pile à combustible
À l'heure actuelle, bien que certaines entreprises de mon pays, telles que Guangzhou Automobile, Hongqi, Changan, Haima, SAIC, etc., développent des véhicules de tourisme à pile à combustible, et Toyota a également commencé les ventes de Mirai II en Chine, le prix est généralement supérieur à celui des véhicules à batterie au lithium, et le plus important est que les consommateurs doivent faire face au point douloureux des difficultés de ravitaillement en hydrogène.
Bien que les véhicules à pile à combustible ne se soient pas encore ouverts sur le marché des véhicules à énergies nouvelles, l'augmentation des ventes dépend davantage de l'évolution des politiques, mais il s'agit en soi d'un véhicule à énergies nouvelles dès l'entrée en vigueur.
Le processus qui doit être expérimenté sur le marché consiste à résoudre progressivement les infrastructures de support pertinentes grâce à l'essai de véhicules utilitaires sur un itinéraire relativement fixe, et à continuer d'augmenter la densité.
Du point de vue de pays développés tels que l'Europe, les États-Unis, le Japon et la Corée du Sud, ils ont tous commencé avec des véhicules à pile à combustible à un stade précoce, mais ont rencontré des goulots d'étranglement dans l'approvisionnement en hydrogène pendant le processus de développement, puis ont fait marche arrière. investir dans des projets de production, de stockage et de transport d'hydrogène . La situation actuelle dans mon pays est similaire. Au cours des deux dernières décennies, l'attention et les investissements se sont concentrés sur les piles à combustible, mais les projets de stations de ravitaillement en hydrogène et d'électrolyseurs se sont considérablement accélérés au cours des deux dernières années.
Dans le même temps, avec les progrès technologiques et le développement à grande échelle, le coût de production de l'amont et de l'aval de la chaîne industrielle peut être fortement réduit. Les véhicules à pile à combustible reposent sur leur protection de l'environnement, leur réapprovisionnement énergétique pratique et de nombreux avantages qui ne sont pas affectés par les facteurs environnementaux. Lorsque les conditions de l'infrastructure sont matures, la situation peut être ouverte.
À en juger par les plans hydrogène énergie émis par différentes régions, la période de démonstration dans la plupart des régions est encore dominée par les véhicules utilitaires jusqu'en 2025, et les plans pour 2030 dans certaines régions concernent les véhicules de tourisme. Cependant, nous pensons que le développement des véhicules de tourisme à pile à combustible est davantage un marché dominé par les constructeurs automobiles après que l'infrastructure est relativement mature et que le coût répond aux attentes du marché. D'ici 2030, le coût des piles à combustible passera des 4 000 yuans/kW actuels à moins de 1 000 yuans/kW, le coût de l'hydrogène est réduit à 25 yuans/kg. Avec les avantages de performance supérieurs des piles à combustible, nous avons de bonnes attentes pour ses perspectives d'application.
Quant à savoir si les piles à combustible ou la combustion interne d'hydrogène deviendront l'avenir, il n'y a pas beaucoup de conflit entre ces deux produits à la base. Je pense que le résultat final du marché de consommation doit encore être décidé par les consommateurs.
