氢能源拯救世界 可能性实在很小

　　氢燃料电池车，一个被说滥了的月经话题。

　　每当（以纯电动车为主的）新能源概念火起来，氢能源总会以“不得志的未来黑科技”形象出现在替补席。当此轮长达一年多的新能源涨势日趋到位，熟悉的论调「氢能源是下一个风口」又有甚嚣尘上的苗头。

　　很多年了，一边是“氢能源才是真科技只差政策到位”，另一边是“氢能源海市蜃楼日本车企押错了宝”。外界大多数人对“氢”的认识，大致就那么两派：要么是比电动车更先进更理想，然而太超前没政策，所谓“赢了技术输了政治”；要么是电动车蹦跶不了多久，世界终究要靠氢能源拯救。

　　今年夏天，氢燃料电池最重要的支持者之一本田，宣布从8月起终结氢燃料电池车Clarity Fuel Cell。另一大支持者，也是最为人熟知的“氢阵营”成员丰田，预热了好几年的2020东京奥运会展示计划，在奥运前夜随着放弃赞助而告吹。

　　“氢气从哪里来？”制氢及其成本问题，是一个被太多人讨论了太多遍的老问题了，我们说点新鲜的。即便不考虑制氢的成本问题，氢能源车就能走出来一个宁德比亚迪吗？或者，就走不出来吗？

　　（本文中“电动车”特指以化学电池储能的纯电动车/Battery Electric Vehicle/BEV，以特斯拉为典型代表；“氢能源车”均特指氢燃料电池车。）

不谈铂用量，都是耍流氓

　　“3分钟加氢”、“续航1000km”、“排放只有水”……如此完美的氢能源汽车，为何至今连个市场零头都摸不到？为什么曾经难兄难弟的纯电动车（阶段性）翻身了，而氢能源依旧步履不前？氢能源尤其是氢燃料电池，会成为下一个电动车吗？不会的话又为什么不会？

　　在特斯拉刚起步的那个时代，高昂的成本是制约特斯拉在内诸多新老车企研发电动车的主要原因。1996年通用EV1贵到没有出售整车的必要，只提供租赁方式；2008年特斯拉初代Roadster超过10万美元，正是因为当时成本过高，促使特斯拉选择从高价向下发展。

　　然而同样是成本高，纯电动车当初的“贵”与氢燃料电池车今天的“贵”，有些许的不一样。

　　小孩子都知道，电动车上最贵的是电池，贵的是正负极和电解液，加上外围的线路、冷却、壳体等。这十多年电动车从无人问津走向千家万户的过程，归根结底就是在投资与补贴的共同助力下，锂电池从极其昂贵到成本可接受的过程。

　　可以靠规模经济降下来的高成本就不是妖魔鬼怪，就只是暂时性和阶段性的高成本。

　　氢能源呢？如果你高中化学知识还剩下，应该知道燃料电池不是“电池”——或者说并非我们熟悉的化学电池。燃料电池，是让氢气和氧气以一种非燃烧的形式，发生氧化还原反应，反应的生成物是水，反应过程释放出电能。

　　或者你可以这么理解：燃油车是汽油与氧气，以燃烧的方式氧化还原，释放机械能；而燃料电池是氢气和氧气，以“一种不燃烧的魔法方式”氧化还原，释放电能。燃料电池车就好比一辆“烧”氢气的汽车，只是将燃烧过程变成了非燃烧，释放的能量变成了电能。

　　与纯电动车相比，燃料电池车虽然名字带“电池”俩字，但其实它有一点更接近燃油车：电能是由储存的氢与外界的氧，在燃料电池堆中“现发、现放”，而非电动车那样，外接电网充电并储存在电池里“先存、再放”。

　　于是和燃油车类似，一辆氢燃料电池车最贵的，是能量发生装置而不是储能装置，即燃料电池堆而非储气罐。燃料电池堆之所以能让氢、氧在不燃烧的情况下氧化反应，最关键的部件是二者之间的质子交换膜，而交换膜需要一种价格不菲的贵金属：铂。

　　对，就是白金/铂金首饰的那个铂，近一年内报价大概在200-300元每克。

　　在燃料电池堆中，铂的身份是加快反应的催化剂，其用量直接关系到燃料电池的发电功率。如果反应太慢，放电功率就太小，车就太慢，以至于不可用。到2020年，丰田最新的第二代Mirai燃料电池车，铂的单位用量已经控制到了低于0.2g/kW，一辆车需要的铂大约在15-20g——相比早期已降低了超过80%。

　　但铂用量依然有继续下降的空间，和必要。我们以单位用量0.2g/kW、单车20克（对应功率仅100kW）、铂单价250元/克计算，光是原料成本就达到约5000元人民币。和纯电动车动辄数万元的电池成本相比，5000元看上去好像不算多。

　　但首先别忘了，这仅仅是铂这一种原料的物料成本，尚未进入任何生产制造环节就已存在，整个燃料电池堆的其他任何材料、部件乃至全部制造成本，通通还没有开始算。而电动车电池的“数万元”成本，则是整个电池包的总体成本。

　　然后，铂是一种稀有贵金属，2019年数据全球探明储量仅7万吨左右，比黄金现存总量的约20万吨还少。和锂电池原材料的那些稀有金属比起来，铂要更加稀有得多，很难像锂矿那样增加上游资本投入、改进开采提取技术，借助规模效应来降低单位成本。

　　反而，倘若氢能源车普及化，工业用铂迅速增加，供需此消彼长下，铂价还会有不降反升的可能。除非技术取得突破，铂用量大减或找到替代品之前，这部分动辄上万元的铂，是没法靠规模化、产业化降下来的“硬成本”。纯电动车走向普及的过程中，锂电池成本越来越低的戏码，在氢燃料电池车身上多了铂这颗绊脚石。

　　这颗绊脚石还不小。我们知道锂电池中原材料用量，主要决定了续航里程；而燃料电池的铂用量，决定燃料电池堆的发电功率，进而决定了车辆动力。前面计算的5000元成本例子，是在燃料电池堆功率仅100kW/134马力的基础上得到的，这是个很低的数字。

　　丰田第二代Mirai，燃料电池堆发电功率128kW/174马力，电机功率不过182马力，结果0-96km/h需9.2秒——和ES200相当，而售价却高达5万美元。如果要达到标准版Model 3的175kW，光是铂的物料成本就要近万元，且不会随产量增加而下降，对于一辆合理售价25万元左右的车型来讲，这不可不谓不沉重。

　　如果不增加燃料电池堆的功率，只增加驱动电机功率，当二者差值过大又会掉入“混动陷阱”：需要更大的锂电池储能备用，于是车更重更慢；电池满电和馈电状态，车辆性能不一致。自己骗自己并不是一个出路。

啥叫基础设施，啥叫基础结构

　　氢气来源和加氢站，其实是两个问题。前者是一个社会总效益的问题，决定了整个模式是否经济可行，后者则是一个社会总投入的问题。

　　纯电动车普及的一个先决条件是电网，而供电网络是现代社会最基本、最成熟的基础设施。虽然安装充电桩，尤其是大规模建设公共充电站，依然对电网有着不小的负荷压力，但终究是可以基于一切现有供电基础设施的。充电网络建设，更多是充电桩、站、场等终端的成本，并不需要单独为充电设施另铺设一套供电网络。

　　而加氢站，就没多少现成的基础设施可利用。如果是少量加氢站，还能利用现有的天然气加气站与天然气管道改造——现在就是这样。但要让氢能源车更广泛的普及化，那么遍布各地的加氢站大都需要新建。由于氢气必须以35-70兆帕的高压储存，再加上易燃易爆特性，加氢站的建造成本要远高于加油站。气体和液体的不同，也让加氢站依托加油站改造的模式并不简单易行。

　　加氢站并不涉及过多技术难点，高成本也并非不可能被降低。问题是几乎需要重建一整套基础设施，而少有现成设施可以利用，这使得加氢站网络需要比电动车充电网络更有力的资本投入，才有可能走上后者之前的发展路径。

　　另一个技术问题来自储气罐，尤其是对于乘用车。作为核心的燃料电池堆不大，但氢燃料电池车的储氢罐，对整车布置造成了不小的麻烦。因为氢气需要加压液态储存——不然哪儿来的上千公里续航，所以圆柱形的储气罐也就成了必须。而圆形截面，往往意味着很低的空间利用率。

　　电动车发展过程中，电池包也曾干扰了整车布局，后来人们发现底盘是天然的电池之家。电池的单个组成——电芯本身体积小、布置灵活，使得无论圆柱电池还是方形电池都可以平铺于底盘，高效利用空间，且对整车布置没有不利影响。

　　电动车的电池布置难题，更多是在初期，车企们不愿专门为电动车开发专用平台。当电动趋势被广泛承认，车企们开始为纯电动车从零开始研发专属平台，电池包对于车辆布置的影响就基本消失了。

　　然而储氢罐是另一个故事。它和电芯不一样：由于加压需要，必须做成圆柱形；又因为气体有泄漏可能，多一个气罐就是多一重风险，无法像圆柱电芯那样，用很多小个体来弥补空间效率；因为圆柱形直径不会小，所以无法平铺于底盘；又因为需要被保护起来，所以只能放在车辆中、后部。

　　于是储氢罐只有一种存在形式，即数量少、尺寸大、圆柱形。

　　这是丰田第二代Mirai的总体布局，可见三个大型储气罐占用了多少空间。

　　车辆中央的纵向气罐，使得Mirai后排的中央隆起远甚于燃油车；后排底部的储气罐则会影响后排椅垫的厚度，并让丰田混动一向布置于此的电池组被移至后排后方，于是后排放倒功能不存在了；后备厢下方的储氢罐，影响了后备厢地板高度并干掉了备胎。

　　（注：氢燃料电池车通常需要一块小容量锂电池，平抑燃料电池输出并回收动能，燃料电池是不能反向回收能量的。不妨理解为“氢电混动”。）

　　其实无需多言，搜索任何一款氢燃料电池车的总体布置透视图，都可以明显看出储氢罐在其中的尴尬和掣肘：它得圆，还得大，大才能少。

　　即便车企愿意为氢燃料电池车投入，从头研发一款专用的车身平台，“又圆又大”对于空间布置也是个永恒的难题。

可见的未来：商用与补充

　　借着加氢站和总体布置的话题，你会发现这些对于乘用车很难的题，商用车答起来会瞬间轻松得多。

　　加氢站少而贵，全面铺设所需的投入太高，但商用车并不需要整座城市到处都是加氢站——正如现在的天然气加气站。事实上已经有商用氢能源车，在利用少量分布的加氢站运行。大型储气罐影响了整车布局，然而商用车的空间就要大得多，储气罐布置起来豁然开朗。

　　有很多观点认为，日系车企是“all-in”了氢能源，结果现在西瓜芝麻都丢了。然而更准确地讲，应该是他们不如其他车企那么“all-in”锂电池纯电动车——于是对比之下，显得仿佛all-in了氢能源似的。

　　其实全球多数汽车巨头，在过去几十年里，对各种新能源的预研都是比较均衡的（直到最近几年纯电领先）。电动、混动、氢能乃至太阳能，基本是有啥研究啥，氢能源一直是保持研发多年的项目。日韩企业不必再说，宝马、奔驰、奥迪、通用、PSA……基本你能数得出来的名字，直到近几年依然有新的燃料电池车推出。当然，大都是概念车或试验车。

　　日系企业更快、更积极地将氢燃料车推向民用市场，当然不能否认“纯电动车进度落后”是一部分原因。但这种策略差异，更多还是源于日系车企对锂电池技术的不信任——而非对氢燃料电池有多么信任。比如丰田更倾向于要到固态电池就绪，汽车才会从混动向纯电转变（这就是另一个话题了），至于氢能源始终作为“另一个装鸡蛋的篮子”存在。

　　如果说作为燃油车、混动车、纯电动车（乘用车）的补充选择，以及商用车领域的主流选择之一，氢燃料电池车是完全具备充足潜力的；但指望氢燃料电池车像今天的纯电动车一般，跻身乘用车市场的主流之一，至少在可预见的未来、在短期乃至中期，这种可能性实在很小。

　　——除非，铂用量突破性下降、大量资本投入加氢站、储氢技术有所突破、制氢成本大幅降低，这四件事同时或至少大部分实现。

　　氢燃料电池作为乘用车补充与后备角色、商用车新能源重点之一的地位，不应因为暂无可能成为乘用车主流而被贬低；氢燃料电池在乘用车领域不具备“下一个电动车”的现实条件，也不应因为它仍有继续研究价值、在商用车领域大有可为而被高估。

　　它是什么，就是什么，就让它是什么……

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