燃料電池汽車生存空間知多少

阮曉東

燃料電池汽車革命也許在不久的將來(lái)就會(huì)到來(lái)，屆時(shí)將迎來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代、重新洗牌的時(shí)代

在普通電動(dòng)車逐漸深入人心的時(shí)候，燃料電池汽車也開始了上路的征程。作為21世紀(jì)最有前途的新能源環(huán)保型汽車，燃料電池汽車以其高效、無(wú)噪音、零污染等高科技優(yōu)勢(shì)，正逐漸成為世界汽車廠商竟相研究開發(fā)的熱點(diǎn)。目前世界各大強(qiáng)國(guó)都制定了自己在燃料電池汽車領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略，各大汽車企業(yè)也紛紛投入巨資對(duì)燃料電池進(jìn)行研究開發(fā)。作為一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略選擇，任何國(guó)家一旦在燃料電池技術(shù)上取得突破并形成產(chǎn)業(yè)技術(shù)，都會(huì)對(duì)世界能源和交通發(fā)展格局產(chǎn)生重大影響。燃料電池汽車革命也許在不久的將來(lái)就會(huì)到來(lái)，屆時(shí)將迎來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代、重新洗牌的時(shí)代。

燃料電池汽車再次回歸

回顧2015年上半年在新能源汽車領(lǐng)域的新聞，最突出的不是眾多企業(yè)推出的各式各樣的電動(dòng)汽車，也不是上汽集團(tuán)與阿里巴巴合作推出的互聯(lián)網(wǎng)汽車，而是豐田公司推出的Mirai，因?yàn)樨S田讓燃料電池汽車再次回到了人們的視野中。

許多人還記得兩年前，豐田宣布將要在2015年上市一款造價(jià)控制在5萬(wàn)美元左右的燃料電池汽車，而在當(dāng)時(shí)，一款普通的燃料電池汽車的成本就在100萬(wàn)美元左右，豐田在眾多人的質(zhì)疑聲中開始了研發(fā)過(guò)程。很多人沒(méi)想到，兩年后，豐田居然兌現(xiàn)了諾言。豐田發(fā)布Mirai的影響有多強(qiáng)烈，看一下眾多汽車界大佬的反應(yīng)就知道了。

日本汽車巨頭本田不甘示弱，馬上表示將在2020年前大規(guī)模量產(chǎn)燃料電池車。本田內(nèi)部人士表示，本田的燃料電池車從概念階段轉(zhuǎn)化為量產(chǎn)的工作進(jìn)行的非常順利，之前亮相的FCV概念車在技術(shù)上已經(jīng)接近量產(chǎn)。據(jù)了解，F(xiàn)CV概念車采用了70兆帕壓力的氫燃料罐，這使得其燃料電池堆的體積比之前FCX Clarity車型所裝配的小了33%，但容量卻提升了60%。寶馬公司也在之后幾個(gè)月發(fā)布公告稱計(jì)劃在2020年前推出一款量產(chǎn)燃料電池汽車，或隸屬于旗下“i”新能源車系列。據(jù)悉，寶馬現(xiàn)階段正在與盟友豐田展開技術(shù)合作，涉及燃料電池領(lǐng)域。

與此同時(shí)，汽車巨頭包括奔馳、現(xiàn)代、通用和福特都表示將于近期推出自己的燃料電池汽車，也有分析人士認(rèn)為，作為接替純電動(dòng)汽車的下一代汽車產(chǎn)品，燃料電池汽車幾乎是這些汽車廠商的唯一選擇。

目前，燃料電池技術(shù)已取得很多進(jìn)步，成本方面降低了很多。根據(jù)美國(guó)能源部研究：目前燃料電池成本比2008年降幅超過(guò)30%，比2002年降低80%（據(jù)大規(guī)模制造預(yù)測(cè)，從2002年的275美元/kW降到49美元/kW）。成本降低反映出包括膜電級(jí)、白金使用量減少等一些關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步。美國(guó)能源部要求到2017年燃料電池成本控制到與目前汽油機(jī)相當(dāng)?shù)乃剑?0美元/kW。

與此同時(shí)，5月8日發(fā)布的《中國(guó)制造2025》與2012年6月28日發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（2012～2020年）都具體列出了中國(guó)新能源汽車的發(fā)展方向。

而《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（2012～2020年）的表述是：本規(guī)劃所指新能源汽車主要包括純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車及燃料電池汽車。《中國(guó)制造2025》的表述是：繼續(xù)支持電動(dòng)汽車、燃料電池汽車發(fā)展。對(duì)于燃料電池汽車領(lǐng)域，《2025》要求，到2020年，燃料電池車將不再局限于是概念車，到2020年，生產(chǎn)1000輛燃料電池汽車并進(jìn)行示范運(yùn)行；到2025年，制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施基本完善，燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運(yùn)行。

之所以各個(gè)國(guó)家都非常重視燃料電池汽車的發(fā)展，是因?yàn)楹统潆娛诫妱?dòng)車比起來(lái)，氫燃料電池汽車的戰(zhàn)略地位非常重要，特別是對(duì)于中國(guó)這樣的非石油出口國(guó)來(lái)說(shuō)。

因?yàn)樵谑澜绲哪茉锤窬种?，燃料電池具有明顯優(yōu)勢(shì)。氫是世界上最多的元素，氫氣來(lái)源極其廣泛并且是可再生資源，由于燃料電池是化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，相比內(nèi)燃機(jī)的燃燒作用不會(huì)產(chǎn)生大量廢氣與廢熱，轉(zhuǎn)化效率更可超過(guò)50%（內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化效率為10%），排放物也只有水，也不會(huì)對(duì)環(huán)境溫度造成影響。使用壽命長(zhǎng)于電化學(xué)電池并且電池維護(hù)工作量很小。相比于純電動(dòng)車的充電時(shí)間來(lái)說(shuō)，一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于補(bǔ)充能源速度較快——直接在氫燃料補(bǔ)充站添加燃料即可。燃料電池加注氫氣的時(shí)間很短，幾乎與內(nèi)燃機(jī)汽車添加燃油時(shí)間相當(dāng)，大約在3-5分鐘左右。比如剛剛上市的Mirai這款燃料電池車加滿一箱氫氣只需3分鐘，加滿燃料后可連續(xù)行駛650公里以上，續(xù)航能力絲毫不亞于傳統(tǒng)的石化燃料車輛，所需的燃料費(fèi)用與汽油成本相當(dāng)。

燃料電池汽車VS純電動(dòng)汽車

近些年來(lái)中國(guó)電動(dòng)汽車的頻繁亮相，人們?cè)缇土?xí)以為常。加上政府的大力支持和充電站的建設(shè)日趨成熟、電動(dòng)汽車在市場(chǎng)上已經(jīng)成為重要的汽車換代產(chǎn)品。

相比之下，同樣作為新能源的燃料電池汽車卻是幾度沉浮，雖然各方面性能都讓它有望成為內(nèi)燃機(jī)汽車的替代者，但曾經(jīng)燃料電池組件高昂的售價(jià)和人們對(duì)其可靠性的質(zhì)疑，使其仍舊離我們很遠(yuǎn)。對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，發(fā)展燃料電池汽車需要解決的問(wèn)題還很多，有些問(wèn)題如氫氣的安全儲(chǔ)存、貴金屬的代替，質(zhì)子交換膜穩(wěn)定性、燃料電池的低溫性能、環(huán)境敏感度、啟動(dòng)速度和能源耗費(fèi)都是擺在中國(guó)廠商面前的難題。

如果以產(chǎn)業(yè)鏈組合的角度來(lái)理解燃料電池汽車，就會(huì)發(fā)現(xiàn)汽車廠商只是其中的一環(huán)，燃料電池汽車行業(yè)本真涉及的關(guān)聯(lián)行業(yè)太多，其發(fā)展對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)都有影響。比如對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，要發(fā)展氫燃料電池汽車，就必須重建一套產(chǎn)業(yè)鏈，要付出極大的科研投入來(lái)更新整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上的技術(shù)，而且這套產(chǎn)業(yè)鏈的建立本身就很昂貴，性價(jià)比不高。所以我們看到目前美國(guó)、德國(guó)甚至中國(guó)都會(huì)從自己本國(guó)的優(yōu)勢(shì)出發(fā)，首先發(fā)展的是電動(dòng)汽車，沒(méi)有給氫燃料電池路線過(guò)多的補(bǔ)貼，跟進(jìn)的企業(yè)也沒(méi)有太多。

但在今天看來(lái)，電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)隨時(shí)都可以轉(zhuǎn)化為劣勢(shì)。即使業(yè)界從沒(méi)有否定純電動(dòng)汽車的說(shuō)法，尤其認(rèn)為純電動(dòng)汽車在近距離通勤方面占有優(yōu)勢(shì)，比如作為近距離通勤車，EV可以在晚上睡覺(jué)的時(shí)候充電，供第二天使用；另外電是直接通入家中的，這樣即使建立充電樁，但是其在社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施方面已經(jīng)沒(méi)有問(wèn)題。不過(guò)，EV在續(xù)航里程方面的限制也造成了著名的“歷程焦慮”問(wèn)題，這也成為很多人在電動(dòng)汽車面前猶豫不決的原因。

比如中國(guó)推出的多款電動(dòng)汽車，江淮的IEV5只有180公里作用，北汽的EV200也只有200公里左右，其他的比亞迪秦在300公里左右，但是電池的容量到這里已經(jīng)成為一個(gè)峰頂，目前業(yè)界還無(wú)法說(shuō)能夠解決EV續(xù)航的問(wèn)題。由此這也至今導(dǎo)致電動(dòng)汽車的易用性大打折扣。

自由出行、想到哪兒就能到哪兒是汽車的根本價(jià)值。也就是說(shuō)，能夠自己決定目的地、路線、日程非常重要。需要花很長(zhǎng)時(shí)間補(bǔ)充燃料會(huì)限制汽車的使用概率。從汽車的屬性來(lái)看，汽車已經(jīng)不僅是“代步的工具”，而是成為延伸人的社會(huì)屬性的“必要產(chǎn)品”，對(duì)于擴(kuò)大人的社交范圍和提高人的工作效率非常重要。但是對(duì)于EV來(lái)說(shuō)，即使提高電池的能量密度，增加容量，充電也需要很長(zhǎng)時(shí)間；即使快速充電設(shè)備30分鐘左右可以充滿，但是如果前面有1輛汽車在等候充電，輪到自己充好就需要1個(gè)小時(shí)。而MIRAI充滿氫氣只需要大約3分鐘，與汽油車相當(dāng)。這樣的效率，能不讓人心動(dòng)嗎？

此外，對(duì)于燃料電池汽車的一系列關(guān)鍵問(wèn)題，也并非無(wú)法解決。比如目前供氫基礎(chǔ)設(shè)施還不完善，在易用性上存在限制，但這不是本質(zhì)問(wèn)題，只要花時(shí)間就能解決。雖然燃料電池內(nèi)的電解質(zhì)薄膜制作工藝復(fù)雜，產(chǎn)量很難提高，催化劑鉑金屬的價(jià)格很高。但豐田降低了鉑金屬的使用量，并且將電解質(zhì)薄膜做的更薄用來(lái)提升燃料電池的性能。這都表明上述問(wèn)題可以通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步得以解決。

燃料電池，超越電站和叉車到汽車

燃料電池是當(dāng)下新能源應(yīng)用中最令人激動(dòng)和遐想的領(lǐng)域。在今天的社會(huì)，化石燃料給社會(huì)的挑戰(zhàn)正在已趨嚴(yán)重。當(dāng)一個(gè)社會(huì)無(wú)法再繼續(xù)依賴化石燃料的時(shí)候，能源的儲(chǔ)存和運(yùn)輸性將依靠什么？很多科學(xué)家認(rèn)為是氫氣。所以為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家首先完成了燃料電池在固定式電站和叉車等領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用。

比如美國(guó)燃料電池的產(chǎn)業(yè)化就主要應(yīng)用在大型商用固定式電站和叉車等領(lǐng)域。著名燃料電池應(yīng)用企業(yè)PlugPower的GenDrive燃料電池叉車系統(tǒng)得到了奔馳、寶潔、沃爾瑪?shù)绕髽I(yè)的較大規(guī)模訂單；BloomEnergy的SOFC固定式燃料電池發(fā)電站不僅被Apple選用為位于北卡的iCloud服務(wù)器提供電源，還得到了Google、Microsoft、Adobe、eBay等IT巨擘以及可口可樂(lè)、FedEx等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)龍頭的青睞；FuelCellEnergy還在北美和亞洲各建立了100MW燃料電池產(chǎn)能發(fā)電站，為浦項(xiàng)制鐵等工業(yè)企業(yè)提供電力供應(yīng)。

加拿大Ballard公司作為全球領(lǐng)先的燃料電池的設(shè)計(jì)和制造商，Ballard為電信、交通、分布式發(fā)電、叉車和公交車等下游提供燃料電池系統(tǒng)以及整體解決方案。該公司在美國(guó)上市后，成為NASDAQ上市公司中首個(gè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)性盈利的燃料電池企業(yè)。同時(shí)近年來(lái)，加拿大在燃料電池公交等市場(chǎng)的商業(yè)化推廣節(jié)奏也實(shí)現(xiàn)了與美國(guó)接近同步。日前加拿大Ballard能源系統(tǒng)公司與北京碧空氫能源科技股份有限公司簽訂了意向性協(xié)議，將為中國(guó)客車開發(fā)燃料電池。目前Ballard已經(jīng)開始為加拿大、巴西、印度、中國(guó)和更多國(guó)家的客車生產(chǎn)燃料電池。

在燃料電池完成在電站和叉車等領(lǐng)域的布局之后，很多公司都認(rèn)為燃料電池最大的市場(chǎng)其實(shí)是在汽車中。100多年以來(lái)，推動(dòng)汽車不斷進(jìn)步的一直是以汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)汽車的飛速發(fā)展也成就了規(guī)模宏大的石油行業(yè)。但在未來(lái)，汽車必須降低對(duì)于汽油等化石燃料的依賴，化石燃料的儲(chǔ)量終歸是有限的，包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家已經(jīng)承諾要對(duì)氣候變暖的問(wèn)題作出實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家，消耗的能源中，汽車占1/5～1/4左右。為了能夠讓能源多樣化，目前熱門候選是電和氫。特別是以氫為燃料的燃料電池汽車在行駛時(shí)不排放氮氧化物和二氧化碳，這一點(diǎn)極具魅力。

正因?yàn)槿绱耍姸嗟钠嚬菊驹谖磥?lái)的角度開始布局燃料電池汽車。一方面，汽車擁有遠(yuǎn)勝于叉車和家用乃至商用儲(chǔ)能的市場(chǎng)容量；車用燃料電池也是燃料電池商業(yè)化領(lǐng)域中綜合要求最高的一類。而選擇了燃料電池汽車，則是從技術(shù)路線的選擇與戰(zhàn)略地位的角度奠定一個(gè)公司未來(lái)數(shù)十年的汽車領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)格局。

以這樣的觀點(diǎn)來(lái)看，大眾、現(xiàn)代、通用、豐田、上汽等多家國(guó)內(nèi)外車企加大對(duì)燃料電池的研發(fā)力度是非常正確的。從技術(shù)進(jìn)步的角度來(lái)看，這些公司也沒(méi)有將投入放在一個(gè)籃子里，而是在混合動(dòng)力、電動(dòng)汽車、燃料電池等領(lǐng)域都有分布。技術(shù)的進(jìn)步是不可想象的，一旦這些國(guó)家的燃料電池技術(shù)取得突破，那么將對(duì)類似中國(guó)這樣以電動(dòng)汽車為主要新能源汽車發(fā)展方向的國(guó)家產(chǎn)生致命的威脅。到時(shí)候，中國(guó)的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)要么被孤立，要么則要為中國(guó)在5年前一哄而上做電動(dòng)汽車的決定付出代價(jià)。能源的技術(shù)是21世紀(jì)飛速發(fā)展的技術(shù)，今天來(lái)看豐田用三年左右時(shí)間將一臺(tái)100萬(wàn)美元成本的燃料電池汽車降低到5萬(wàn)美元，就能看出技術(shù)的發(fā)展有多么快。如今，動(dòng)力電池領(lǐng)域還有最新的鋅-空氣電池，超級(jí)電容器、紅磷-石墨烯電池和鋅碘流體電池，任何一項(xiàng)技術(shù)，都有在未來(lái)成功商業(yè)化的可能。

美國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)派克公司認(rèn)為，2020 年之后燃料電池汽車有望達(dá)到鋰電池汽車目前的水平。在 2015-2020年階段行業(yè)的變化趨勢(shì)逐漸趨于明顯，隨著基礎(chǔ)設(shè)施的完善和個(gè)人需求的增長(zhǎng)，燃料電池將在這一階段加速發(fā)展。