■ 褒貶不一的氫燃料電池技術(shù)

許多不了解氫能源技術(shù)的人，會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為氫能源汽車是靠?jī)?nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車型，只是燃料由汽油或柴油換成了氫氣。實(shí)際上，氫能源汽車的準(zhǔn)確名稱應(yīng)該叫做氫燃料電池汽車。它的工作原理是氫氣在陽(yáng)極通過(guò)擴(kuò)散層，在催化劑作用下生成氫離子，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，并在催化劑作用下與氧氣生成水。這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的電流將被輸送至外電路，靠電能驅(qū)動(dòng)汽車。

也就是說(shuō)，氫燃料電池車本質(zhì)上是電動(dòng)車，加注氫氣的目的是為了制取電能，這與增程式電動(dòng)車屬于同一種驅(qū)動(dòng)思路。

此外，氫燃料電池車并不是新鮮事物。上世紀(jì)70年代石油危機(jī)時(shí)，汽車業(yè)界就曾經(jīng)掀起過(guò)一次氫燃料電池技術(shù)研究熱潮。在支持者眼中，氫燃料電池具有能量密度高(為鋰電池的100倍以上)、低溫性能好、續(xù)航里程長(zhǎng)、加氫速度快等優(yōu)點(diǎn)。

特別是氫燃料電池汽車的最終生成物是清潔無(wú)污染的水，因此很多人都將這項(xiàng)技術(shù)比作新能源汽車的“終極發(fā)展方案”。

不過(guò)由于氫燃料電池與純電動(dòng)技術(shù)相比，增加了一次能量轉(zhuǎn)換，造成了不必要的能量損耗，因此這項(xiàng)技術(shù)反對(duì)者同樣不少，且其中不乏汽車業(yè)界的重磅人物。特斯拉CEO埃隆·馬斯克就曾明確表示“氫燃料電池沒(méi)有未來(lái)”，大眾集團(tuán)CEO赫伯特·迪斯同樣對(duì)氫燃料電池技術(shù)的應(yīng)用前景不看好，他認(rèn)為在未來(lái)十年時(shí)間內(nèi)，氫燃料電池技術(shù)都不太可能被應(yīng)用在乘用車上。

■“一枝獨(dú)秀”的日韓氫能源乘用車

迪斯并不看好的氫能源乘用車，是一個(gè)怎樣的發(fā)展現(xiàn)狀呢?

實(shí)際上，目前也確實(shí)只有日本和韓國(guó)的少數(shù)車企聚焦于量產(chǎn)氫燃料電池乘用車。其中比較有代表性的如豐田Mirai、本田Clarity、現(xiàn)代NEXO等。

即使這僅有的幾款車型，也沒(méi)有交出令人滿意的市場(chǎng)成績(jī)單。以豐田氫燃料電池乘用車Mirai為例，該車于2014年正式推出，并于2020年推出第二代車型。但6年時(shí)間里累計(jì)銷量?jī)H為1.1萬(wàn)輛，與豐田每年在全球市場(chǎng)超千萬(wàn)輛的銷售總量相比，僅約占0.1%左右。

日韓車企之所以“逆勢(shì)”布局氫燃料電池乘用車，與各自國(guó)家能源結(jié)構(gòu)有著緊密關(guān)系。同樣以日本為例，由于一次能源極度匱乏，工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的能源大量依賴進(jìn)口。尤其是2011年福島核事故之后，日本將占電力結(jié)構(gòu)30%的核電全部停運(yùn)，更加劇了日本能源問(wèn)題。

2014年，日本制定了氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和應(yīng)用的戰(zhàn)略路線圖，其中交通領(lǐng)域的氫能替代任務(wù)十分艱巨。按照規(guī)定目標(biāo)，2025年日本將有20萬(wàn)輛氫燃料電池車上路行駛，2030年這一數(shù)字將擴(kuò)大至80萬(wàn)輛，同時(shí)加氫站數(shù)量將達(dá)到900個(gè)——而截至2020年底，全球加氫站總數(shù)也僅為544座。

除政策層面外，以豐田、本田為代表的日本車企已經(jīng)積累了大量氫燃料電池技術(shù)和專利，豐田甚至規(guī)劃建立一座占地175英畝的“未來(lái)城市”，該城市將主要由氫燃料電池供電。如果全球汽車圈其他玩家都不在這條賽道上共同下注，那么豐田、本田包括現(xiàn)代所擁有的技術(shù)和專利再多，也無(wú)法轉(zhuǎn)化成實(shí)際的商業(yè)效益，這也成為上述車企持續(xù)推廣氫燃料電池技術(shù)的動(dòng)力之一。

■ 氫能源目前更適合商用車領(lǐng)域

同日本和韓國(guó)相比，我國(guó)目前氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展仍舊集中在商用車領(lǐng)域。

中汽協(xié)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年我國(guó)氫燃料電池汽車產(chǎn)銷量分別為1204輛和1182輛，全部為商用車。截至2020年底，我國(guó)累計(jì)推廣氫燃料電池汽車共約7200輛，其中絕大部分為物流車和客車。

那么，被國(guó)內(nèi)各主要車企多次提及的氫燃料電池乘用車，離我們究竟還有多遠(yuǎn)呢?

答案恐怕并不樂(lè)觀。首先，與純電動(dòng)車核心部件為電機(jī)、電控、電池不同的是，氫燃料電池的核心部件為膜電極和空壓機(jī)，國(guó)內(nèi)企業(yè)目前在這些核心部件方面并不具備優(yōu)勢(shì)，不存在電動(dòng)車那種短期內(nèi)彎道超車的可能性。

此外，催化劑在氫燃料電池內(nèi)部起著舉足輕重的作用。目前氫燃料電池電堆用的催化劑仍是鉑，這是一種十分稀少的貴金屬，全球目前探明儲(chǔ)量?jī)H為十余萬(wàn)噸。同時(shí)，我國(guó)企業(yè)對(duì)鉑催化劑的使用效率也低于海外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。有資料顯示，豐田對(duì)于鉑的單位用量可達(dá)到0.2g/kW，而國(guó)內(nèi)企業(yè)的鉑單位用量則為0.4g/kW。

由此可見，即使國(guó)內(nèi)主流車企看好氫燃料電池的發(fā)展，但商用車仍將是未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)該技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景。除技術(shù)瓶頸外，占我國(guó)汽車保有量12%的商用車目前制造了道路交通56%的碳排放，氫能可以作為柴油的有效替代方案。此外還要考慮建設(shè)加氫站的成本問(wèn)題。一座加氫站的建設(shè)成本接近1200萬(wàn)元，而一個(gè)加油站的建設(shè)成本約為200萬(wàn)元。由于商用車運(yùn)營(yíng)模式和路線較為固定，只需在沿線建立相對(duì)少的加氫站即可滿足使用量要求，并將成本降至合理水平。

■ 氫能源乘用車還要等多久

氫燃料電池乘用車我們還要等多久?要解答這個(gè)問(wèn)題，有必要了解一下灰氫、藍(lán)氫和綠氫的概念。

灰氫指的是通過(guò)化石燃料燃燒產(chǎn)生的氫氣，這種制氫技術(shù)最為簡(jiǎn)單且成本低，但生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳排放。藍(lán)氫是指將天然氣通過(guò)蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制氫，與灰氫相比，藍(lán)氫產(chǎn)生的溫室氣體排放相對(duì)較少。綠氫則是通過(guò)可再生能源制造氫氣，如最常見的電解水制氫，在生產(chǎn)綠氫的過(guò)程中將不會(huì)產(chǎn)生碳排放。

由于我國(guó)已經(jīng)制定了明確的碳達(dá)峰和碳中和時(shí)間表，為了助力實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，上述三種制氫方法中，綠氫顯然成為最合理的選擇。

從我國(guó)目前能源結(jié)構(gòu)和分布狀況來(lái)看，未來(lái)將有望建成一個(gè)由光伏發(fā)電-特高壓輸電-儲(chǔ)能設(shè)備-新能源汽車的全新能源大閉環(huán)。在這個(gè)閉環(huán)中，從我國(guó)西北地區(qū)通過(guò)光伏發(fā)電產(chǎn)生的大量電能，將通過(guò)特高壓輸電技術(shù)被送往東南部經(jīng)濟(jì)活躍地區(qū)。這些電能達(dá)到東南部地區(qū)后，一部分通過(guò)儲(chǔ)能電池的形式儲(chǔ)存起來(lái)，由于氫氣的儲(chǔ)能時(shí)間和儲(chǔ)能密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電池，因此將有相當(dāng)一部分電能會(huì)以電解水制氫的形式，也就是綠氫被儲(chǔ)存下來(lái)。

此時(shí)，被車企心心念念的新能源乘用車作為能源閉環(huán)的最后一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將終于有了用武之地。同時(shí)，在相關(guān)技術(shù)越發(fā)成熟和加氫站建設(shè)成本降低的雙重加持下，氫燃料電池乘用車才會(huì)顯現(xiàn)大規(guī)模普及的機(jī)會(huì)，成為未來(lái)出行的主角。