新能源之战!纯电动汽车的痛点,被氢燃料电池车完美解决了?

文| 腾小涛

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在当今这个高速发展的社会，能源与环保似乎是一对不可调和的矛盾。

现代化工业的发展离不开能源消耗，而温室气体的大量排放则进一步加剧了环境的恶化。如何用一种更环保的方式发展，成为了一个全球性问题。

2015年，在第21届全球气候变化大会上，各国首脑签订了减少气候变化的协议，目标是使全球升温控制在2摄氏度以下，相当于1850年的水平。彼时，世界还没有工业化。

为了减少碳排放，欧盟制定的针对普通车辆的碳减排法规显示，到2050年，其新车的二氧化碳排放量要降到每公里10克。显然，凭借燃油车不能满足如此的严标准。虽然车企在不断改进汽车的动力系统，提高能源利用率，同时降低二氧化碳排放量。

汽车工业因此面临着巨大变革和挑战，这也促使新能源车的研发与推广再次提速。

从目前新能源汽车的发展态势来看，日系品牌在混合动力汽车方面积累了大量的经验，中国则在纯电动汽车领域取得了很大进步。而这些，却并不代表新能源汽车的全部，在纯电和混动之外，还有氢能源。

相比于电能，氢能源能实现真正意义上的“零排放”，而且能量转换效率高，来源多样并可再生。也因而，它被认为是未来汽车工业可持续发展的方向之一。业内也普遍认为：在未来，三分天下，氢能源汽车必占其一。

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先说说大家最关心的氢能源汽车。

氢能源汽车分为两种，一种是氢内燃车（简称HICEV），是直接通过燃烧内燃机中的氢气及空气中的氧产生动力而推动的汽车。这种车辆其实是汽油车的变种。其缺点是氢燃料消耗极快，车辆的续航里程不容易得到保障。

1807年，Isaac de Rivas制造了首辆氢内燃车，可惜该设计并不成功

另一种是氢燃料电池车，简称FCEV，它是使氢或含氢物质及空气中的氧通过燃料电池以产生电力，进而通过电动机推动的汽车。相比之下，这种氢能源车的应用场景更为广泛，也更有效。

在氢燃料电池车方面，韩国和日本相继走上了高速发展的道路。

说到氢能源车，很多人可能会先想到丰田，但事实却是，首款氢能源量产车出自现代汽车。

2013年，现代推出了途胜FCEV车型。作为全球首次量产的氢燃料电池车，途胜FCEV装有两个储氢罐，最多可储存5.64kg氢燃料，而加氢仅需要3-10分钟, 续航里程则可达415km。此外，该车牵引发动机的最大功率为100kW，最高时速可达160km/h，0-100km/h加速时间为12.5s。而早在1998年，现代汽车便开始了氢燃料电池的研究。

现代途胜FCEV的量产，对于氢能源汽车来说有着里程碑式意义。要知道，如果一款车量产，说明其稳定性、耐久性、安全性等已经成熟且可以批量复制，可以达到实际应用标准，意味着所有内部的测试、实验等都已成功完成，且除了研发领域的所有标准都已满足外，生产方面的各项准备也已完成。

从2013年量产到2018年的5年时间里，现代途胜FCEV在全球产销达到了1000台左右。销售区域主要集中在可以生产、储存、加注氢燃料的欧洲部分国家及美国等地。

值得一提的是，途胜FCEV所搭载的现代100kW燃料电池发动机，获得了2015年沃德十佳发动机大奖，这也是史上第一个非燃料发动机获奖。

同样是在2018年，现代的第二款量产氢燃料电池汽车NEXO上市。而随着NEXO的量产上市，现代汽车也奠定了其在氢燃料电池汽车领域的领先地位。

作为氢燃料电池技术的集大成者，现代NEXO每一步都源自全新的设计理念，各项参数均处于领先水准。

首先， NEXO有效减少了氢燃料与电池能量转换的损耗，氢能量转化效率相当于传统燃油发动机的两倍，达到了60%。

其次，相比于途胜FCEV，NEXO的动力性能提升了20%，最大功率达到了120千瓦，峰值扭矩则达到了395N·m。

再次，加氢快速迅捷且续航里程高。其储氢罐容量高达156L，而加氢仅需5分钟，便可续航609公里（韩国标准）。

最后，NEXO可在-30℃的超低温环境下正常、稳定的启动。而这，曾经是传统氢燃料电池车的痛点，也是纯电汽车的最大痛点之一。

此外， NEXO在韩国市场还可享氢燃料电池总成10年16万公里超长质保。

是不是有些没想到，现代汽车居然偷偷做了如此让人惊讶的技术储备？

除了现代，来自日本的丰田和本田也在氢燃料电池汽车方面有了较大进展。

2014年，在现代途胜FCEV量产一年后，丰田推出了其首款量产氢燃料电池汽车——Mirai。该车最大功率113kW，峰值扭矩335N·m，10秒内就可完成百公里加速，而续航里程则为550公里。 从数据来看，其稍微领先于早一年上市的途胜FCEV，但于NEXO相比还是有一定距离。

2015年，本田汽车推出氢燃料电池汽车——Clarit，并于2017年12月交付普通消费者。

将氢能源应用于汽车，是一个庞大的系统工程：制备是氢能应用的基础，安全储存和运输是氢能应用的关键。而燃料电池则是当前氢能最具潜力的终端应用方式。只要有燃料和氧化剂（纯氧或空气）不断输入，燃料电池就能源源不断地产生电能，因此燃料电池兼具电池和热机的特点。因此，只有将氢气的制取、运输储存及燃料电池技术应用三方面有机结合，才能使氢能技术真正普及。

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显然，氢气制备是氢能大规模商用化的基础。那么，氢气是如何制备的呢？

目前，水电解、甲醇裂解、水煤气、氨分解和氯碱工业尾气处理等制氢技术已大规模使用，部分国家还在大力推广风能、太阳能等可再生能源的发电制氢技术 。

以我国比较成熟的氯碱法制氢为例。2015年，我国氯碱厂产量为3028.1万吨。根据氯碱平衡表，烧碱与氢气的产量配比为40:1，理论上将产生氢气75.7万吨，即85亿立方米氢气，理论上至少可以供200万辆氢燃料电池车使用。但考虑到区域分布、运输距离、期间损耗及不同车型的耗氢量，供应几十万辆燃料汽车的规模问题不大。

虽然氢的制备技术较为成熟，但全世界96%的氢都来源于化石能源的产业链条。显然，依赖石油化工是达不到减少温室气体排放目的的。若要真正实现绿色环保，政府和企业还需要大力发展电解水方式——特别是生物制氢和太阳能电解水。

当下，不光是各国政府想尽办法推动氢燃料的落地应用，民间企业也在积极推进氢燃料的商用化。

放眼欧洲，德国在氢能源的推广和应用方面走在了其他国家的前列。这其中，在德国与欧盟共同实施的EU-Life项目、汉堡市的“HyCity（氢能城市）”计划、1MW级氢能储能系统等项目上，均取得了一定的成绩。目前，德国已实施了多个涉及氢气制取、运输、储存及燃料电池应用的氢能全产业链，现已将燃料电池技术应用到汽车、船舶和发电站等多个领域。

2015年，由 液化空气集团、戴姆勒、林德、OMV、壳牌和道达尔六家氢能产业的龙头企业结成了H2Mobility联盟，以社会产业资本的身份通过NOW一同支持德国氢能产业发展。

就在今年10月，中国的长城汽车与H2Mobility联盟签署了谅解备忘录，通过提供额外投资收购H2Mobility约5%股份，成为其第七个股东。通过加入德国加氢站布局，长城汽车可以共享德国加氢站技术参数和实际运行数据，从而扩大长城汽车在中国国内加氢站网络规划中的话语权，争取在国内主导如“长三角氢走廊”等加氢站规划的地位，同时也为长城汽车氢燃料电池汽车（FCEV）进入德国市场做准备。

此外特别值得一提的是，在氢能源领域还有一个非常知名的“国际氢能委员会”（Hydrogen Council）。据了解，Hydrogen Council成立于2017年，旨在促进氢能技术在全球能源转型中的作用，遏制全球变暖。其首批成员单位有13家，包括现代汽车、法国液化空气集团、林德、壳牌、道达尔等，目前其成员单位则扩充到了近50家，其中长城汽车是首家进入该委员会的中国汽车企业。值得一提的是，在两年时间内引领“国际氢能委员会”的两家公司，是现代汽车和法国液化空气集团。

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我们知道，在纯电汽车发展的道路上，充电桩非常最重要，就跟汽车刚刚出现时，迫切需要很多加油站一样。

同样，加氢网络也是氢能源大规模应用的基本保障。

根据车图腾获得的数据，截止2017年年底，德国共有56座加氢站，其中45座是公共加氢站，已初步形成了全国网络化覆盖。预计到2020年，德国将拥有1000座加氢站和50万辆氢燃料电池汽车，而加氢站的网络化分布在将来还会进一步完善和扩展。

同时，韩国也表示在未来几年将加快加氢站的建设速度。目前，韩国共有加氢站11座，预计到2020年将达到100座左右，力争实现1万辆氢燃料电池汽车上路。韩国政府表示，将在未来几年内投入20亿欧元，为氢燃料电池以及加氢站提供补贴。

在日本，为尽快普及氢燃料汽车，政府将解禁由司机自助加氢的自助式加氢站，只要满足一定条件，只靠一名监督员就可以运营，以促进加氢站的建设。

在美国，目前拥有加氢站约55座，其中大约有30座加氢站沿着美国西海岸分布在加州。

除了已有加氢站，美国还有在建的65座加氢站，不过它们绝大部分都是在为氢燃料大巴或叉车服务。而现代NEXO、丰田Mirai等氢燃料电池乘用车的逐渐普及，也势必会倒闭美国进一步加快加氢基础设施建设。

而在我国，目前正在运营的加氢站也有14座，其中固定站点有8座，撬装站有6座，拆除的有2座，在建的有23座。另据一项数据显示，中国加氢站的规模在2020年大概会有100个，2025年达到300个。而燃料电池车在2020年则会达到5000辆。

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当下储氢的方式大概分为三种：高压储氢、液氢、金属氢化物，其中最安全的是金属氢化物。不过，金属氢化物尤其是离子型金属氢化物虽使用方便，但价格却很昂贵，根本无法大规模投入使用。所以，如何降低储氢材料的成本和提高储氢性能是未来氢气储存的研究重点。

目前，在储氢材料领域，新的储氢材料不断被开发出来，如钛铁系合金、钒基固溶体合金、金属络合氢化物和MOFs，这些材料都具有优良的储氢性能和独特的安全以及易操作的优点，改善并革新了氢存储系统的运行性能和存储容量。例如，70MPa碳纤维缠绕高压储氢瓶储氢量可达1.5kg，重量储氢密度可达4.7wt%。

就在近期，澳大利亚联邦科工研究组织(CSIRO)已开发出膜技术，利用氨来运输和存储汽车燃料氢。这项基于金属薄膜的“氢-氨”转换技术是将氢燃料转换为NH3，增加产品的储存能力和稳定性，在使用的时候，借助“膜反应器”技术将氢提取出来，解决了单纯的氢燃料需要低温或者高压存储的问题以及安全性问题。

目前，首批应用CSIRO“氢-氨”转换新技术改造的现代Nexo和丰田Mirai和成功进行了路测。据了解，现代等车企都对该技术给予厚望且还进行了投资。

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不过虽然如此，氢燃料电池汽车何时能像燃油车一样实现大规模应用，似乎并没有确切的时间表。就各新能源汽车的发展现状来看，氢燃料电池车型的普及程度还远远比不上纯电动汽车。

现代NEXO燃料电池发动机舱

这和氢能源本身不无关系。

由于气体的状态极不稳定，制氢、储氢、输氢和注氢等环节的安全性就显得至关重要。再加上氢气与空气混合在一定浓度和温度下就会引起燃烧，这就对制氢系统的密封性和安全性要求相当高。再加上目前还没有出台关于氢燃料电池的国际通用安全标准，在一定程度上也成为了氢燃料商业化中的不安定因素。

同时，作为利用氢能源的燃料汽车，其核心技术——质子交换膜的成本目前仍然居高不下，氢燃料电池现阶段若不靠政府补贴也很难走下去。

此外，加氢、售后服务及其相应的基础设施建设，都将需要布局和建设，这又是一笔天文数字的投资。如果背后没有政府支持，仅靠车企的努力还着实有些苦难。

不过，问题就是要被解决的。

要知道，氢燃料电池车有着巨大的想象力。和很多人看好的纯电动车相比，其续航里程、能源加注时间、排放方面，都有着绝对优势。

首选，，氢燃料电池车的续航里程可达到纯电动车平均值的5倍；其次，氢燃料电池车补充燃料的时间远低于充电时间；再次，氢燃料电池车能做到更纯粹的“零排放”。

后记：

关于未来，人们总是焦虑重重。能源和环境便是其中之二。而氢能源，因为有望同时解决能源困局和环境污染问题，而被寄予厚望。

在这个层面看，现代、丰田、本田等企业在汽车制造领域的率先尝试，不能仅从企业的商业投资角度来解读。在笔者看来，他们体现的，其实是一家企业的社会责任。

据了解，在NEXO上市后，现代汽车已经开始了商用领域的氢燃料电池研发，因为在商用车的行驶里程普遍较长，且碳排放量高。从解决环境问题的角度看，这样做似乎见效会更快些。

关于中国在氢能源领域的发展，请关注车图腾后续报道，同时欢迎各位亲提供相关资料musi@chetuteng.com。

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