■ 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 )錯誤地認為氫能源汽車(chē)是靠?jì)热紮C驅動(dòng)的車(chē)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(chē)的準確名稱(chēng)應該叫做氫燃料電池汽車(chē)。它的工作原理是氫氣在陽(yáng)極通過(guò)擴散層，在催化劑作用下生成氫離子，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達陰極，并在催化劑作用下與氧氣生成水。這個(gè)反應過(guò)程中產(chǎn)生的電流將被輸送至外電路，靠電能驅動(dòng)汽車(chē)。
也就是說(shuō)，氫燃料電池車(chē)本質(zhì)上是電動(dòng)車(chē)，加注氫氣的目的是為了制取電能，這與增程式電動(dòng)車(chē)屬于同一種驅動(dòng)思路。
此外，氫燃料電池車(chē)并不是新鮮事物。上世紀70年代石油危機時(shí)，汽車(chē)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、續航里程長(cháng)、加氫速度快等優(yōu)點(diǎn)。
特別是氫燃料電池汽車(chē)的最終生成物是清潔無(wú)污染的水，因此很多人都將這項技術(shù)比作新能源汽車(chē)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，增加了一次能量轉換，造成了不必要的能量損耗，因此這項技術(shù)反對者同樣不少，且其中不乏汽車(chē)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CEO赫伯特·迪斯同樣對氫燃料電池技術(shù)的應用前景不看好，他認為在未來(lái)十年時(shí)間內，氫燃料電池技術(shù)都不太可能被應用在乘用車(chē)上。
■“一枝獨秀”的日韓氫能源乘用車(chē)
迪斯并不看好的氫能源乘用車(chē)，是一個(gè)怎樣的發(fā)展現狀呢?
實(shí)際上，目前也確實(shí)只有日本和韓國的少數車(chē)企聚焦于量產(chǎn)氫燃料電池乘用車(chē)。其中比較有代表性的如豐田Mirai、本田Clarity、現代NEXO等。
即使這僅有的幾款車(chē)型，也沒(méi)有交出令人滿(mǎn)意的市場(chǎng)成績(jì)單。以豐田氫燃料電池乘用車(chē)Mirai為例，該車(chē)于2014年正式推出，并于2020年推出第二代車(chē)型。但6年時(shí)間里累計銷(xiāo)量?jì)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(xiāo)售總量相比，僅約占0.1%左右。
日韓車(chē)企之所以“逆勢”布局氫燃料電池乘用車(chē)，與各自國家能源結構有著(zhù)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(lài)進(jìn)口。尤其是2011年福島核事故之后，日本將占電力結構30%的核電全部停運，更加劇了日本能源問(wèn)題。
2014年，日本制定了氫氣生產(chǎn)、儲存、運輸和應用的戰略路線(xiàn)圖，其中交通領(lǐng)域的氫能替代任務(wù)十分艱巨。按照規定目標，2025年日本將有20萬(wàn)輛氫燃料電池車(chē)上路行駛，2030年這一數字將擴大至80萬(wàn)輛，同時(shí)加氫站數量將達到900個(gè)——而截至2020年底，全球加氫站總數也僅為544座。
除政策層面外，以豐田、本田為代表的日本車(chē)企已經(jīng)積累了大量氫燃料電池技術(shù)和專(zhuān)利，豐田甚至規劃建立一座占地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(chē)圈其他玩家都不在這條賽道上共同下注，那么豐田、本田包括現代所擁有的技術(shù)和專(zhuān)利再多，也無(wú)法轉化成實(shí)際的商業(yè)效益，這也成為上述車(chē)企持續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(chē)領(lǐng)域
同日本和韓國相比，我國目前氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展仍舊集中在商用車(chē)領(lǐng)域。
中汽協(xié)相關(guān)數據顯示，2020年我國氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量分別為1204輛和1182輛，全部為商用車(chē)。截至2020年底，我國累計推廣氫燃料電池汽車(chē)共約7200輛，其中絕大部分為物流車(chē)和客車(chē)。
那么，被國內各主要車(chē)企多次提及的氫燃料電池乘用車(chē)，離我們究竟還有多遠呢?
答案恐怕并不樂(lè )觀(guān)。首先，與純電動(dòng)車(chē)核心部件為電機、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，國內企業(yè)目前在這些核心部件方面并不具備優(yōu)勢，不存在電動(dòng)車(chē)那種短期內彎道超車(chē)的可能性。
此外，催化劑在氫燃料電池內部起著(zhù)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，全球目前探明儲量?jì)H為十余萬(wàn)噸。同時(shí)，我國企業(yè)對鉑催化劑的使用效率也低于海外競爭對手。有資料顯示，豐田對于鉑的單位用量可達到0.2g/kW，而國內企業(yè)的鉑單位用量則為0.4g/kW。
由此可見(jiàn)，即使國內主流車(chē)企看好氫燃料電池的發(fā)展，但商用車(chē)仍將是未來(lái)相當長(cháng)一段時(shí)間內該技術(shù)的主要應用場(chǎng)景。除技術(shù)瓶頸外，占我國汽車(chē)保有量12%的商用車(chē)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。此外還要考慮建設加氫站的成本問(wèn)題。一座加氫站的建設成本接近1200萬(wàn)元，而一個(gè)加油站的建設成本約為200萬(wàn)元。由于商用車(chē)運營(yíng)模式和路線(xiàn)較為固定，只需在沿線(xiàn)建立相對少的加氫站即可滿(mǎn)足使用量要求，并將成本降至合理水平。
■ 氫能源乘用車(chē)還要等多久
氫燃料電池乘用車(chē)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，藍氫產(chǎn)生的溫室氣體排放相對較少。綠氫則是通過(guò)可再生能源制造氫氣，如最常見(jiàn)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。
由于我國已經(jīng)制定了明確的碳達峰和碳中和時(shí)間表，為了助力實(shí)現目標，上述三種制氫方法中，綠氫顯然成為最合理的選擇。
從我國目前能源結構和分布狀況來(lái)看，未來(lái)將有望建成一個(gè)由光伏發(fā)電-特高壓輸電-儲能設備-新能源汽車(chē)的全新能源大閉環(huán)。在這個(gè)閉環(huán)中，從我國西北地區通過(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)濟活躍地區。這些電能達到東南部地區后，一部分通過(guò)儲能電池的形式儲存起來(lái)，由于氫氣的儲能時(shí)間和儲能密度遠遠高于電池，因此將有相當一部分電能會(huì )以電解水制氫的形式，也就是綠氫被儲存下來(lái)。
此時(shí)，被車(chē)企心心念念的新能源乘用車(chē)作為能源閉環(huán)的最后一個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)，將終于有了用武之地。同時(shí)，在相關(guān)技術(shù)越發(fā)成熟和加氫站建設成本降低的雙重加持下，氫燃料電池乘用車(chē)才會(huì )顯現大規模普及的機會(huì )，成為未來(lái)出行的主角。
