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2022年3月18日,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)发布《燃料电池重型交通(HDV)技术路线图》(以下简称“《路线图》”)。《路线图》描述燃料电池重型交通推广应用现状,制定到2030年和2040年的具体目标以及技术开发课题。《路线图》为产业、学术研究机构等提供技术攻关方向,将加速燃料电池重型交通的高效研发。
日本国内运输业二氧化碳总排放量为2.06亿吨,其中重型交通约占52.6%,尚处于引进初始阶段。日本当前以燃料电池公交车(约110辆)、叉车(约330辆)先行示范,卡车、铁路、船舶正处于技术验证和试运行初始阶段。
《路线图》指出,至2030年,日本燃料电池重型交通在8吨以下新增商用车中渗透率达到20-30%,先行引进5000台8吨以上的商用车,在国内外主要国家的卡车、船舶、货车、工程机械和农机等应用场景中全面推广,进入燃料电池重型交通全面普及阶段;到2040年,燃料电池重卡全球部署量达到150万辆,实现燃料电池重型交通领域碳中和,并为实现2050年交通领域碳中和做出贡献。
《路线图》给定了不同阶段燃料电池产品性能目标,并基于重卡、船舶、铁路、液压挖掘机、农用拖拉机和叉车等应用场景制定个性化指标。
《路线图》提出,燃料电池产品性能目标方面,到2030年燃料电池系统体积功率密度达到0.60千瓦/升,最低启动温度-30℃,最高工作温度达到105℃,成本低于9,000日元/千瓦;电堆寿命达到5万小时(重卡和铁路)、60,000 小时(内河货轮)、10,000 小时(液压挖掘机),成本低于4,500日元/千瓦;铂载量达到0.19克/千瓦。
到2040年,燃料电池系统效率进一步提升,支持宽温度范围运行,最高工作温度达到105℃以上,并提高冷却性能使包括散热器在内的系统实现小型化;在与寿命指标兼容情况下,通过提高功率密度使燃料电池系统小型化;进一步降低燃料电池系统成本,实现与柴油动力系统平价目标;进一步减少铂载量并降低资源回收成本。上述目标相较美国DOE和欧洲FCH JU制定的 2030 年目标更加激进。
为实现以上目标,基础材料特性方面,NEDO综合考量当前技术水平和未来增长潜力,通过模拟计算,对催化剂、电解质、气体扩散层(GDL)、双极板等材料所需性能指标进行估算,提出催化剂活性、电解质电导率、气体扩散率相较技术现状提高大约2-3倍,同时需构建最大承温为120℃的燃料电池材料体系。
技术开发课题方面,NEDO围绕前沿探索/基础研究、关键技术研究、实用技术研究、基础技术(评价、分析技术等)四个方面在膜电极、电解质材料、电极催化剂、双极板、气体扩散层、配套设备等方面进行技术开发。
此外,《路线图》还提出,NEDO 后续将持续研讨面向2040年目标的燃料电池重型交通研发课题,推进基于产学研合作的高效研究开发,为日本2050碳中和愿景实现做出贡献。
日本政府于2020年10月宣布“2050年碳中和”,并提出到2050年温室气体的排放整体为零的目标。同年12月,日本经济产业省(METI)发布了《2050年实现碳中和的绿色增长战略》。为实现大幅度加速能源及产业部门的结构转换和大胆投资革新等,2021年3月,日本经产省在NEDO创建了总额2万亿日元的“绿色创新基金”,以支持从事研发的实体,并推进绿色创新基金的目标。今年2月,NEDO基于“绿色创新基金”框架启动了“钢铁行业利用氢能项目”,目标是到2030年实现钢铁行业50%的碳减排。
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