2023博世科技日：博世科技覆蓋氫能全價值鏈

氣候中立的實現(xiàn)離不開綠氫。無論是在交通、建筑還是制造領域，綠氫幾乎能應用在每個行業(yè)中。博世已準備好迎接氫能，而且在燃料電池技術等領域是一個早期開拓者。在整個氫能的價值鏈上，博世正在開發(fā)氫能相關的制造、壓縮、儲存和應用等技術。在2023年博世科技日期間，公司將分享在產(chǎn)品和服務組合的見解。

2023年博世科技日展品概述如下：

質(zhì)子交換膜（PEM）電堆 – 助力交通領域?qū)崿F(xiàn)碳中和的氫能技術

質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池電堆是車用燃料電池系統(tǒng)的核心。PEM全稱是Proton Exchange Membrane。車用燃料電池電堆由多個獨立的單體電池組成。根據(jù)所需的輸出功率，其可能會包含幾百個燃料電池單體。在這些燃料電池中，氫氣與氧氣通過化學反應產(chǎn)生電力和水。燃料電池內(nèi)部的膜會阻斷電子在陽極和陰極之間流動，并防止氫氣穿過膜，透到氧氣一側(cè)。這種膜是導通質(zhì)子的，可以使氫離子穿過。在制造雙極板時，博世采用自身獨有的工藝——高速激光焊接技術。其在每個電堆中產(chǎn)生1200米的氫氣密封焊接點。該電堆已在博世位于德國的班貝克工廠和中國的無錫工廠投產(chǎn)。2022年底，該電堆已實現(xiàn)量產(chǎn)。我們也計劃在包含美國工廠在內(nèi)的其他制造工廠進行生產(chǎn)。

針對質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池使用壽命的防老化解決方案

在使用燃料電池時，其會經(jīng)歷一個老化過程：鉑顆粒和碳載體會產(chǎn)生氧化并退化——鉑顆粒增大，催化層變薄。為了解決這個問題，博世的研究人員開發(fā)了一種特殊的涂層以減緩老化過程。此外，通過系統(tǒng)控制策略的優(yōu)化，避免高電位的產(chǎn)生以及由此導致的衰減，從而進一步延長質(zhì)子交換膜燃料電池的使用壽命至30000個工作小時。此外，針對某些可逆的老化過程，博世的研發(fā)人員已開發(fā)出對應的恢復性處理流程。

氫氣內(nèi)燃機 – 已具備發(fā)展基礎，運行過程具備碳中和優(yōu)勢

除了氫燃料電池，車輛也可通過氫氣內(nèi)燃機獲得氫能動力。氫氣內(nèi)燃機對于長途重載的重型卡車而言尤為適用，并可應用于長途貨運、建筑和農(nóng)業(yè)機械?，F(xiàn)有的內(nèi)燃機和動力總成系統(tǒng)能為氫氣內(nèi)燃機的研發(fā)奠定良好基礎，因為前者的諸多部件可直接應用于氫氣內(nèi)燃機，如空氣供給系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)等基本結構。博世正在開發(fā)兩種適用于氫氣內(nèi)燃機的系統(tǒng)——進氣道噴射和直接噴射系統(tǒng)。其中，直噴系統(tǒng)的噴嘴必須在沒有任何燃料潤滑的情況下運行，并需在卡車的整個生命周期內(nèi)具備開關數(shù)達十億次的可靠性水平。氫氣內(nèi)燃機除了大量的水，排放物只有少量的氮氧化物。而經(jīng)由成熟的尾氣后處理系統(tǒng)處理后，它不會對空氣質(zhì)量造成明顯影響。首批搭載氫氣內(nèi)燃機的車預計將于2024年上路。

儲氫罐 – 兼具緊湊型空間設計和創(chuàng)新性的乘用車解決方案

目前，搭載燃料電池的乘用車所用的氫氣以700巴的高壓存儲在大容量碳纖維加固儲氫罐中。博世的研發(fā)人員已開發(fā)出一種具備兩大新特性的儲氫罐。其一，由鋼制氣罐組成。其二，它是一種板下儲氫罐，可裝載于原本用于組裝電池的空間中。外觀上看，該系統(tǒng)類似于傳統(tǒng)的鋼制儲氣罐。但氫氣可能會導致鋼材變脆。該產(chǎn)品作為一個公共資助項目的一部分，目前原型系統(tǒng)已構建，全面符合對于高壓儲氣罐系統(tǒng)嚴格的國際規(guī)定。該儲氫罐的材料具有成本優(yōu)勢，并可回收利用。

IVECO重型燃料電池電動車輛（FCEV） – 面向歐洲市場需求的氫動力卡車

IVECO重型燃料電池車（FCEV）是一款面向歐洲市場需求的氫動力半掛車。通過其搭載的燃料電池總成與綠氫，該款半掛車能夠在當?shù)厥袌鰧崿F(xiàn)凈零排放。搭載約70公斤的氫氣，這款車型可在無需加注燃料的情況下行駛超過800公里。目前，IVECO重型燃料電池車的燃料加注過程大約為20分鐘，這使其能夠應用于包含長途運輸在內(nèi)的多種場景。

eDistanceTruck動力總成解決方案 – 博世助力卡車實現(xiàn)碳中和

博世為重型長途運輸提供多樣化的動力總成解決方案，包括燃料電池、電池和混動。而當負載越重、路程越長時，燃料電池動力總成的優(yōu)勢就越明顯，比如能短時間完成燃料加注和運輸里程更長等。如果燃料電池動力總成使用的氫氣來自可再生能源，那么燃料電池的運行便是符合“氣候中立”的。博世不僅能提供電池動力系統(tǒng)、燃料電池和儲氫系統(tǒng)的單個組件，也可提供完整的氫動力模塊。該模塊可擴展，并且除了電堆，還結合了所有的氫氣供應、空氣供應和電流拉載的子模塊。一個復雜的系統(tǒng)已經(jīng)簡化為一個易于集成的解決方案。

加氫站 – 壓縮氫氣的驅(qū)動裝置解決方案

為了能夠快速簡便地給車輛加氫，氣體必須被壓縮至達900巴的壓力。配備高效率、易維護的博世力士樂驅(qū)動系統(tǒng)的氫氣壓縮機在氫能基建中扮演重要角色。例如，博世力士樂攜手麥格思維特（Maximator Hydrogen）共同開發(fā)了可用于加氣站、儲氣罐和管道的高效氫氣壓縮解決方案。到2030年，麥格思維特計劃生產(chǎn)約4000套壓縮機系統(tǒng)。為了確保氫氣壓縮機的高能效運行，博世力士樂提供了一種易維護、可擴展的系統(tǒng)解決方案?？蓴U展的驅(qū)動裝置額定功率目前最高可達250

千瓦，可為加氣站經(jīng)營者嘗試氫氣技術時提供低成本的選擇。與市場上的其他方案相比，新的、基于集裝箱式的壓縮機解決方案可將經(jīng)營商的總成本減半。

電堆和智能電解模塊 – 氫電解槽技術

博世不僅計劃啟用氫能，還將為氫能生產(chǎn)提供相應的智能技術。為此，博世正在開發(fā)電解槽系統(tǒng)的核心部件——電解池。該電解池由100多個可利用電力將水分解成氧氣和氫氣的電解單元組成，輸出功率為1.25兆瓦，每小時可產(chǎn)出23公斤氫氣。在氫氣一側(cè)，所產(chǎn)生的壓力超過30巴。博世的電解池不僅可應用在生產(chǎn)規(guī)模為1兆瓦及以上的小型工廠，也可滿足千兆瓦級別的工廠的需求。該電解池預計在2025年投入市場。與客戶合作的首批試點項目也正在籌備中，并將于明年啟動。此外，博世計劃將電解池與控制單元、電機和各種傳感器整合，進而構建一個“智能電解模塊”。這些部件將具備兼容性和緊湊性，并可對系統(tǒng)的效率、可靠性、易安裝性及易設置性等方面進行優(yōu)化。

固體氧化物燃料電池系統(tǒng) – 需求驅(qū)動式發(fā)電

博世的固體氧化物燃料電池（SOFC）系統(tǒng)是一種分布式發(fā)電設備，可應用于商用建筑、工業(yè)廠房和計算中心。一個固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的輸出功率為100千瓦，根據(jù)功率需求，可通過組合多個系統(tǒng)實現(xiàn)兆瓦級的輸出。固體氧化物燃料電池系統(tǒng)使用傳統(tǒng)燃料（如生物甲烷或天然氣，并可能在未來使用氫氣）產(chǎn)生熱能與電力，綜合能效可達90%。博世將在制造車輛氧傳感器時所積累的功能陶瓷方面專業(yè)知識，應用在生產(chǎn)固定式燃料電池電堆之中。該系統(tǒng)預計于2025年投入生產(chǎn)。

燃料電池電堆中鉑的回收利用

質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池電堆的制造需要包含鉑在內(nèi)的貴重原材料。若能從報廢的電堆中回收鉑，將使這一制造過程變得更加可持續(xù)且經(jīng)濟。為此，博世開發(fā)了新的合同模式，即有權回購用于出行領域的電堆。這一舉措構造了可預測且穩(wěn)定的供應鏈，并在提升資源利用率的同時，顯著降低了碳排放。此外，博世的研發(fā)人員開發(fā)出了更加環(huán)保且基于化學反應的鉑回收解決方案。博世已為上述化學反應申請了超20項專利。資源的回收也不僅限于產(chǎn)品壽命周期的末端，在電堆運行過程中，博世計劃通過數(shù)字孿生技術，監(jiān)測車用和固定式應用中的電解裝置和燃料電池組件的使用壽命和性能，以便提前規(guī)劃維護、修復及回收工作。

制造與測試技術 – 燃料電池的制造過程

博世智能制造解決方案事業(yè)部是博世負責核心工藝及非標設備研發(fā)制造的部門。從單個部件到整套系統(tǒng)，博世智能制造解決方案事業(yè)部為燃料電池的生產(chǎn)提供先進的制造設備和測試技術。總體而言，博世能夠自給50%以上用于生產(chǎn)燃料電池的制造設備。例如，德國費爾巴哈的測試臺便由博世智能制造解決方案洪堡事業(yè)部（原Moehwald）開發(fā)。而在測試電堆、系統(tǒng)及下線檢測時, 會通過模擬真實環(huán)境，對質(zhì)子交換膜燃料電池進行檢測。模擬環(huán)境下的氣體成分、溫度、壓力和濕度與實際車輛中的環(huán)境保持一致。

氫能兼容型工業(yè)鍋爐 – 可助力氣候中立的供暖及工藝過程供熱

憑借前瞻性的工業(yè)鍋爐系統(tǒng)，博世助力全球的制造業(yè)國家降低能源成本并實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標 —— 甚至助其達成熱處理過程中的氣候中立。全球范圍內(nèi)，工業(yè)領域的碳排放量約占總量的20%，其中的部分碳排放便來自蒸汽、熱能和熱水的產(chǎn)出過程。氫能和綠電在工業(yè)制熱和過程熱方面具有巨大潛力。博世的蒸汽發(fā)生器和熱發(fā)生器可100%基于綠氫、綠電或生物燃料靈活運行，并且，諸多傳統(tǒng)系統(tǒng)已準備好升級成為可再生燃料適用的系統(tǒng)?；旌蟿恿﹀仩t系統(tǒng)是另一項頗具前景的技術。該系統(tǒng)采用電力供暖元件和燃燒器，可同時使用包含綠電和氫能在內(nèi)的不同種類燃料，不僅具備更強的靈活性與更好的供能保障，也實現(xiàn)了對化石能源的低依賴性。首批試點系統(tǒng)于2022年投入運營，累計減少相當于4500個家庭的平均碳排放量。

氫能兼容型家用壁掛爐 – 氣候友好型供暖的技術中立性解決方案

博世的氫能兼容型家用壁掛爐最初將使用天然氣運行，但在情況允許時可輕松轉(zhuǎn)換為氫能供能。作為一款“氫就緒”產(chǎn)品，在不進行改裝的情況下，該壁掛爐目前可使用20%混氫能源，不僅能夠為綠建低碳住宅實現(xiàn)多居室的舒適采暖需求，還有效減少了碳排放。在未來，當燃燒能源由天然氣轉(zhuǎn)換為100%純氫氣時，這款混氫壁掛爐只需1小時改造就能獲得氫氣適配性，燃燒100%純氫燃料，實現(xiàn)真正的零碳排放。氫能兼容型家用壁掛爐所占用的空間極小，因此對于空間有限的老舊建筑而言，該壁掛爐將是一個頗具吸引力的迭代選擇