【技術干貨】氫燃料電池是電動汽車發(fā)展的未來之星

在朝向環(huán)保的綠色未來轉變中，除了采用鋰離子電池驅動的電動汽車之外，采用將氫氣轉化為電能的燃料電池系統(tǒng)，也是一個熱門的發(fā)展方向，目前已有許多支持綠氫的創(chuàng)新產品不斷推出，其中包括高效電解槽、用于能源管理的先進電力電子設備，以及將氫氣轉化為電能的燃料電池系統(tǒng)。特別是在運輸和能源存儲領域，在2021年的全球氫氣市場規(guī)模為11.4億美元，預計到2026年將飆升至151億美元。

氫氣通常被稱為未來的燃料，但根據生產過程和相關的環(huán)境影響，它可標示成不同的顏色，像是灰氫、藍氫和綠氫，以下將為您介紹一下它們的特性、生產方法和對環(huán)境的影響。

氫氣是一種廣泛用于工業(yè)和運輸的氣體，傳統(tǒng)上是由化石燃料生產的，會產生大量的二氧化碳排放。每生產一公斤氫氣，生產過程就會排放約10公斤二氧化碳。

灰氫是目前產量最多的形式，通過稱為蒸汽甲烷重整（SMR）的過程從天然氣中提取。不幸的是，這種方法會產生大量二氧化碳（CO₂），導致溫室氣體排放。雖然它仍然被廣泛使用，但由于其碳排放量較大，它也被認為是最不環(huán)保的氫氣生產方式。

藍氫則是通過相同的蒸汽甲烷重整工藝生產，但集成了碳捕獲和儲存（CCS）技術。這涉及捕獲二氧化碳排放并將其儲存在地下，或在其他工業(yè)過程中利用二氧化碳，從而減少總體排放量。藍氫旨在減少與氫氣生產相關的碳足跡，盡管如此，CCS的有效性和泄漏的可能性，仍在被積極研究和爭論當中。

綠氫則是利用風能、太陽能或水力發(fā)電等可再生能源，通過電解過程生產的。通過對水（H₂O）通電，電解將其分解為氫氣（H₂）和氧氣（O₂），從而實現零直接排放。由于電解過程需要非常高的直流電（DC），因此，必須首先將電網提供的交流電（AC）轉換為直流電以進行整流過程。AC/DC轉換則需要高功率半導體器件，當電解過程的輸入功率由太陽能電池板產生時，來自光伏或儲能系統(tǒng)的直流輸入，也必須轉換為適當的直流電壓水平。

隨著世界努力向低碳未來轉型，對綠氫的需求預計將穩(wěn)步增長。不斷取得的技術進步和對降低成本所做的努力，正在釋放綠氫作為清潔能源解決方案的巨大潛力，適用于交通、工業(yè)和能源存儲等各個領域。

盡管具有諸多優(yōu)點，但基于電解的綠氫生產目前僅占全球氫氣產量的5%。其中超過70%的大部分仍然是從天然氣中獲得，從而導致二氧化碳排放持續(xù)存在。這凸顯了迫切需要加速電解和可再生能源在制氫中的采用，以擴大綠氫規(guī)模，并推動各行業(yè)脫碳。

隨著不斷的進步和降低成本的努力，綠氫作為各行業(yè)的清潔能源解決方案具有巨大的潛力。對脫碳和可再生能源的日益關注，可能會在未來幾年推動綠氫的加速采用，從而導致其廣泛整合并進一步降低成本。

在清潔能源技術投資增加和減少碳排放努力的推動下，亞太地區(qū)（APAC）氫燃料電池市場有望大幅增長。日本、韓國和中國等國家在汽車、固定發(fā)電和便攜式電子產品等各個領域率先采用氫燃料電池。這些燃料電池具有零排放、高能效和安靜運行等優(yōu)點，對需要可持續(xù)能源解決方案的應用極具有吸引力。

根據報導，2023年亞太地區(qū)氫燃料電池市場價值為16.721億美元，預計到2033年將達到112.257億美元，2023年至2033年復合年增長率（CAGR）為20.97%。氫燃料電池的價值主要在于其環(huán)境可持續(xù)性和效率，提供傳統(tǒng)燃料能源的更清潔的替代品。若計算像是Plug Power、Doosan Fuel Cell、Ballard Power Systems等目前全球最大的前10家氫燃料電池公司的市值，則將高達50.5億美元。

此外，印度也是電動汽車的新興市場，在降低對化石燃料的依賴和轉向綠色能源模式方面正在迅速取得進展。印度政府制定了到2030年生產500萬噸綠氫的雄心勃勃目標，并宣布了國家綠氫使命，初始投資為23億美元（1974.4億印度盧比），該任務是為了實現在2070年實現碳中和的目標。

在中國，隨著對環(huán)境保護的重視，氫燃料電池逐漸成為重點研究領域，氫燃料電池已在客車、叉車等領域得到應用，并驗證了其優(yōu)越的環(huán)保性能，目前已逐步應用于船舶動力中作為船用電池。包括中國國內前10名氫燃料電池企業(yè)在內的一些中國企業(yè)，已經掌握了氫燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)技術，相關產品的冷啟動、功率密度等性能顯著提升，并實現了量產，年產能10,000臺。

在政府舉措、氫基礎設施發(fā)展激勵措施，以及公共和私營部門之間的合作伙伴關系，正在加速整個亞太地區(qū)的市場擴張。不過，氫能源也須面對許多挑戰(zhàn)，包括基礎設施投資的需求、氫氣生產的可擴展性，以及與傳統(tǒng)技術相比的成本競爭力。盡管如此，隨著技術和支持政策的不斷進步，亞太地區(qū)氫燃料電池市場預計將在該地區(qū)向低碳經濟轉型中發(fā)揮關鍵作用。

英飛凌看好氫燃料電池市場的發(fā)展，已經投入眾多心力，通過幫助開發(fā)人員滿足當前和未來的環(huán)境法規(guī)和客戶要求，支持下一代燃料電池電動汽車傳動系統(tǒng)。電動汽車燃料電池技術的核心是氫燃料電池堆，英飛凌的功率半導體解決方案和智能控制IC可實現多目標優(yōu)化，以降低系統(tǒng)成本、提高功率密度、提高應用效率和實現模塊化設計。英飛凌并提供專門的軟件和設計公司合作伙伴、參考設計、評估板和布局資源，以加快客戶的開發(fā)過程。

燃料電池汽車實際上是電池供電電動汽車的明智補充選擇，因為這兩種技術都為即將到來的減少二氧化碳排放的嚴峻挑戰(zhàn)提供了解決方案。然而，氫燃料電池技術未來的成功，在很大程度上取決于加氫站的廣泛建設，和消費者擁有汽車的總成本。英飛凌半導體解決方案可在綠氫生產和消耗的制造中，實現最低功率損耗和最高整體效率，并有助于為汽車和能源行業(yè)的氫燃料電池技術奠定基礎。

氫燃料電池系統(tǒng)可以拆解成許多子系統(tǒng)，英飛凌的元器件也將在這些車輛燃料電池技術工作中發(fā)揮關鍵作用，其中包括燃料電池電動空氣壓縮機、燃料電池泵和風扇、燃料電池DC/DC升壓轉換器、燃料電池控制單元、安全和安保、牽引逆變器、高壓牽引電池等系統(tǒng)，英飛凌都可提供相關的產品支持。

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