氫燃料電池汽車和電動車相比 哪種更好用？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-10 20:22
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氫燃料電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度一直很慢，遲遲無法落地，經(jīng)常被放在 2050 年這個(gè)尺度的“遠(yuǎn)景”上去討論。于是我們戲謔：氫燃料電池是未來的完美技術(shù)，但它永遠(yuǎn)只存在于未來！
在過去十年中，由于鋰電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化的突飛猛進(jìn)，氫燃料電池技術(shù)被過度輕視。而最近一兩年，氫燃料電池又重新引起了注意，原因之一就是純電動車遇到了兩個(gè)硬核問題：
續(xù)航卡在下一代鋰電池技術(shù)突破：隨著電動車行業(yè)的迅速崛起，消費(fèi)者的選擇越來越多，相應(yīng)的，對續(xù)航也會在滿足日常使用情況的要求下逐漸提高。假設(shè)若一輛純電車工況續(xù)航能達(dá)到 800 公里，這也許需要依賴于下一代鋰電池技術(shù)的突破。
能量密度卡在物理化學(xué)的極限：鋰電池能量密度太低，若以多堆電池的方法增加續(xù)航，就會造成過多能量浪費(fèi)在運(yùn)輸電池本身的尷尬情況，既不經(jīng)濟(jì)，也不合理。(這一點(diǎn)的深入分析，可以參考之前的一個(gè)回答：愛馳汽車剛推出的 RG 電動超跑號稱續(xù)航 1200km，有可能實(shí)現(xiàn)嗎? 在過去十年中，鋰電池的能量密度已經(jīng)提高了 2.5 倍，就不能再給力一點(diǎn)，再提高 2 倍嗎？ 答案是很困難，因?yàn)檫@種涉及物理化學(xué)原理的東西，不可能遵循摩爾定律，再提升就觸碰到了安全極限，性能與安全不可兼得了。要想解決這個(gè)問題，得在鋰固態(tài)電池的技術(shù)路線上努力了。
氫氣的能量密度比燃油大，比鋰電池高上百倍。我們都知道，燃油與氫氣釋放能量都是一個(gè)氧化過程，要么是原子量為 12 的碳被氧化、要么是原子量為 1 的氫被氧化。汽油柴油都是碳?xì)浠衔铮鴼錃庵缓瑲?，所以能量密度甚至更高。?dāng)然，考慮到比油箱復(fù)雜得多的儲氫系統(tǒng)，情況會不一樣。
加氫與加油都只需要三五分鐘。如此一來，車主就不必到處找充電樁，免去充電等待的時(shí)間了。當(dāng)然，加氫站不像加油站到處都是，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是個(gè)問題。
如此說來，在續(xù)航與充能方面，氫燃料電池車與傳統(tǒng)燃油車，真的很像?。≈徊贿^一個(gè)是燒油，一個(gè)是燒氫。既然這么像，咱們?yōu)樯恫恢苯佑脗鹘y(tǒng)燃油車，還要開發(fā)氫燃料電池車呢？答案就是，相對于傳統(tǒng)燃油車，氫燃料電池車同時(shí)具有節(jié)能減排的新能源車屬性：
減排：氫燃料電池的反應(yīng)方程式非常簡單：氫氣 + 氧氣→水。不僅沒有氮氧化物這種有毒氣體，就連二氧化碳都沒有??！當(dāng)然，這一點(diǎn)與電動車碳排放的爭議相似，從全生命周期的角度來看，制氫是免不了有碳排放的。目前的主流觀點(diǎn)是：即便是考慮 70%的火電，純電動車的碳排放還是優(yōu)于燃油車，氫燃料電池車則與純電動相當(dāng)或更好。
可再生能源：相對地柴油汽油，氫能源最大的優(yōu)勢就是可再生。除了工業(yè)副產(chǎn)品制氫之外，還能通過煤制氫、利用谷電電解水制氫等，全生命周期的能源效率要優(yōu)于汽油柴油。退一萬步講，能源效率還不如汽油柴油，但氫能源作為可再生能源，對石油對外依賴很強(qiáng)的中國、日本來說，依然是很有吸引力的選項(xiàng)。
和電動車相比，氫燃料電池車?yán)m(xù)航足、加氫快；和傳統(tǒng)燃油車比，氫燃料電池車又具有節(jié)能減排的屬性。雖然和兩邊比都有優(yōu)勢，但普遍認(rèn)為燃料電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，要比純電動慢 5-10 年，原因就在于有幾個(gè)待解決的關(guān)鍵問題：
車載儲氫技術(shù)：要論同樣的重量，氫氣的能量密度不低。然而，汽油柴油在自然條件下就是液體，而氫氣要壓縮成液體，還要保證安全，就需要一個(gè)挺大的儲氫系統(tǒng)了。目前 70 兆怕的儲氫系統(tǒng)，能量密度才每升 800Wh。
燃料電池技術(shù)：主要是膜電極與空壓機(jī)技術(shù)。一個(gè)是壽命問題，國內(nèi)還只能做到幾千小時(shí)耐久，日本豐田已經(jīng)可以做到上萬甚至幾萬小時(shí)；另外一個(gè)就是供應(yīng)鏈問題，很多部件還依賴進(jìn)口，成本大大上升。
加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)：純電動車目前面臨充電不便的基礎(chǔ)設(shè)施問題，氫燃料電池車也逃不過，甚至更嚴(yán)峻。純電動車雖然充電慢，但除了超級快充站，在家里、單位里也能慢慢充，勉強(qiáng)可以用。若出行特性比較規(guī)律，甚至還挺方便，畢竟在家充電也省得跑加油站了，用車成本也更低。
氫燃料電池車沒辦法在家里加氫，只能依賴于加氫站；而加氫站成本很高，若用戶規(guī)模不起來，那就得持續(xù)虧本運(yùn)營，這種雞生蛋、蛋生雞的問題就非常難解決。所以普遍認(rèn)為氫燃料電池車應(yīng)該先應(yīng)用在商用車上，因?yàn)樯逃密嚨穆肪€比較規(guī)律，對加氫站數(shù)量的需求就比較小了。
除此之外，當(dāng)前的工業(yè)副產(chǎn)品氫的純度不夠，在進(jìn)一步提純之前，無法直接用于氫燃料電池系統(tǒng)。
電動汽車與氫燃料電池汽車是對立的嗎？
對大多數(shù)人來說，氫燃料電池車可能是于 2018 年第一次進(jìn)入公眾視野。
有媒體將訪問日本豐田事件過度解讀，說國內(nèi)電動汽車技術(shù)路線將改弦更張，幾千億補(bǔ)貼打了水漂之類的，想象力豐富。這種說法，實(shí)際上就是將氫燃料電池與電動汽車兩個(gè)技術(shù)路線對立了起來。實(shí)際情況是這樣嗎？
首先我們看一下氫燃料電池車的工作原理
氫燃料電池發(fā)動機(jī)，雖然叫做發(fā)動機(jī)，但并不直接輸出扭轉(zhuǎn)。更準(zhǔn)確地說，它是一臺“發(fā)電機(jī)”，輸出電能驅(qū)動電機(jī)，同時(shí)也可以給鋰電池充電。
這個(gè)結(jié)構(gòu)圖怎么有點(diǎn)似曾相識？對了，這不就是串聯(lián)式混合動力汽車嗎？事實(shí)上的確如此，包括豐田 Mirai 在內(nèi)，氫燃料電池車都是“鋰電池”+“燃料電池發(fā)動機(jī)”的混合體，區(qū)別只是誰的成分多一點(diǎn)，誰的少一點(diǎn)罷了
如果電池大一點(diǎn)、可外接充電，那不就成了增程式電動汽車，和李想的理想智造 ONE 差不多啦？其實(shí)，就是差不多，只不過李想的增程式是燒油的，而氫燃料電池車的增程器是“燒”氫氣的，這就是最主要的區(qū)別！
所以說，氫燃料電池車很多情況下，也是增程式電動汽車。既然二者在技術(shù)本質(zhì)上就有如此深的淵源，那么貿(mào)然地將兩個(gè)技術(shù)路線置于針鋒相對的位置，肯定是不合理的。
理性的觀點(diǎn)應(yīng)該是，電動汽車路線與氫燃料電池技術(shù)路線是互補(bǔ)的、相輔相成的。目光長遠(yuǎn)的汽車企業(yè)，肯定不會把這兩個(gè)路線對立起來。就拿豐田來說，別看它現(xiàn)在力推氫燃料電池，把專利都免費(fèi)公開了，心窩子都快掏出來了，但在它的戰(zhàn)略規(guī)劃中，氫燃料電池的份額也只是和純電動差不多。
再舉個(gè)例子，對氫燃料電池技術(shù)不太熱衷奧迪(可以一定程度上代表是大眾集團(tuán)的想法)，在它的戰(zhàn)略規(guī)劃中，也是給氫燃料電池車一席之地的。
談起電動汽車，吃瓜群眾立刻就能想到蔚來、威馬、小鵬、榮威等一系列品牌，但談起氫燃料電池車，大家恐怕還沒什么印象。所以在此準(zhǔn)備簡單介紹 3 家典型相關(guān)企業(yè)。
第一家是國企，是國內(nèi)規(guī)模最大、綜合實(shí)力最強(qiáng)的上汽。
上汽啟動氫燃料電池項(xiàng)目較早，與清華、同濟(jì)等高校合作，在世博會上就開始試運(yùn)行了。2016 年的時(shí)候，推出了國內(nèi)唯一一款榮威 950 氫燃料電池乘用車，并采用了先進(jìn)的 70 兆帕儲氫系統(tǒng)。
第二家可能有點(diǎn)出乎意料，這是一家造車新勢力——愛馳汽車。
事實(shí)上，其德國子公司愛馳恭博的 Gumpert Nathalie，就是一輛甲醇燃料電池跑車。這款跑車由奧迪 quattro 之父 Roland Gumpert 親自操刀設(shè)計(jì)，百公里加速 2.5 秒，續(xù)航 1000 公里。
值得說道的是，Gumpert Nathalie 是甲醇燃料電池，而不是氫燃料電池。甲醇燃料電池分兩種：
一種是甲醇重整制氫，相當(dāng)于在氫燃料電池系統(tǒng)前，增加了一個(gè)甲醇制氫裝置。這種甲醇燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度高。
另一種就是直接將甲醇替代氫氣，作為燃料電池系統(tǒng)的燃料。
愛馳 Gumpert Nathalie 采用的是甲醇重整制氫的技術(shù)方案，看似是增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，但在氫氣的制取、運(yùn)輸與儲存等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈問題的解決都還沒有時(shí)間表的情況下，不失為一種快刀斬亂麻的優(yōu)秀方案。
甲醇重整制氫的技術(shù)方案實(shí)際上就是將氫氣的制取、運(yùn)輸與儲存等環(huán)節(jié)，都攬成自己公司的活兒了，這樣做雖然可以不依賴于產(chǎn)業(yè)鏈跑得更快，但系統(tǒng)集成與驗(yàn)證的挑戰(zhàn)性也會更高。近日，愛馳汽車注資丹麥甲醇燃料電池系統(tǒng)開發(fā)商 Blue World Technologies，將大大加快研發(fā)速度。
去年差不多這個(gè)時(shí)候，看到了愛馳推出 Gumpert Nathalie，心想造車新勢力本來就資源有限，怎么還分出精力去搞“只屬于未來的”燃料電池技術(shù)呢。那個(gè)時(shí)候，整個(gè)行業(yè)對氫燃料電池還是偏悲觀，甚至是漠視的。沒想到一年之后，時(shí)來運(yùn)轉(zhuǎn)，氫燃料電池又有成為焦點(diǎn)的趨勢，只能說愛馳的戰(zhàn)略眼光還是很犀利的。
第三家企業(yè)不是整車企業(yè)，而是燃料電池核心零部件供應(yīng)商億華通。
億華通是依托清華大學(xué)于 2004 年成立的，專注于氫燃料電池技術(shù)十幾年。這十幾年間，氫燃料電池技術(shù)大局一直不景氣，億華通是一直飄搖，但一直堅(jiān)持搞技術(shù)研發(fā)。在讀書期間有過交集，所以我也比較熟悉，一直不太看好……
