今年5月底，有一臺(tái)第二代豐田Mirai氫燃料電池車(chē)從法國(guó)南郊Orly機(jī)場(chǎng)旁邊的HysetCo Orly加氫站滿(mǎn)氣出發(fā)，一路行走了1003km才停擺，打破了單次加注氫氣行駛巡航里程的世界紀(jì)錄，而這次5.6kg的加氫過(guò)程僅僅耗時(shí)5分鐘。

　　大家都說(shuō)動(dòng)力電池續(xù)航很差，怎么就有1000km續(xù)航的量產(chǎn)電動(dòng)車(chē)了？

　　因?yàn)闅淙剂想姵仄?chē)雖然也是純電驅(qū)動(dòng)的，但氫燃料電池并非傳統(tǒng)的“電池”，而是相當(dāng)于汽油機(jī)的能量轉(zhuǎn)換裝置，儲(chǔ)氫罐才是相當(dāng)于油箱/動(dòng)力電池的儲(chǔ)能裝置。

　　“氫燃料汽車(chē)”與“氫燃料電池汽車(chē)”是兩種完全不同的事物。

　　氫燃料汽車(chē)是內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，氫氣進(jìn)入活塞式內(nèi)燃機(jī)燃燒得到動(dòng)能，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。

　　氫燃料電池汽車(chē)是我們今天要聊的主題，氫氣進(jìn)入燃料電池堆棧之后生產(chǎn)電力進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，是純電驅(qū)動(dòng)的。

　　豐田是目前設(shè)計(jì)制造氫燃料電池乘用車(chē)經(jīng)驗(yàn)最豐富的的廠家。2015年1月，豐田為了拉大家一起進(jìn)入這個(gè)行業(yè)，宣布無(wú)償公開(kāi)5680件燃料電池汽車(chē)專(zhuān)利給業(yè)界，希望用這些花了豐田23年時(shí)間研發(fā)的核心技術(shù)能讓更多企業(yè)入局平攤基建成本。

　　類(lèi)似的專(zhuān)利共享行為，特斯拉之前也做過(guò)，結(jié)果一舉引爆了中國(guó)的造車(chē)新勢(shì)力浪潮，最多的時(shí)候有超過(guò)200家注冊(cè)公司，只不過(guò)現(xiàn)在活下來(lái)的就寥寥數(shù)家。氫燃料電池行業(yè)則是另一番景象，目前也就中國(guó)某些大企業(yè)的項(xiàng)目組和小的初創(chuàng)企業(yè)有點(diǎn)反響，其他國(guó)家基本沒(méi)有集體回應(yīng)的。

　　現(xiàn)在說(shuō)回氫燃料電池技術(shù)，我們以豐田為例。但因?yàn)槎鶰irai沒(méi)有公開(kāi)透視圖，所以我們繼續(xù)用一代Mirai的圖來(lái)講解，原理是完全一致的。

　　首先說(shuō)明一點(diǎn)，“燃料電池系統(tǒng)”不一定要利用氫氣來(lái)發(fā)電，只是目前比較通用的燃料是氫氣罷了。豐田燃料電池系統(tǒng)有三大組成部分，下面已經(jīng)列出，分別是：堆棧、升壓、氫罐。

　　我們先來(lái)說(shuō)物理布局。

　　跟幾乎所有新能源車(chē)一樣，如果把它造得過(guò)于挑戰(zhàn)常規(guī)審美，車(chē)再好也一定賣(mài)不出去，比如騰勢(shì)300/400/500系列。

　　聰明的燃料電池車(chē)生產(chǎn)商依然利用現(xiàn)在的轎車(chē)、MPV、SUV車(chē)型去打造新車(chē)，比如下圖的一代Mirai就把上面提到的三大核心系統(tǒng)放在了兩軸之間，電動(dòng)機(jī)則放在車(chē)頭，因此它是一臺(tái)前驅(qū)車(chē)。

　　下圖二代Mirai為了提升續(xù)航，增加了一個(gè)大大的中置氫罐，放在連通前后排的鞍座下方，也就是中央扶手箱正下方。

　　下圖簡(jiǎn)單明了地說(shuō)明了氫燃料電池工作的1-6步驟：

　　氫氣與氧氣的反應(yīng)發(fā)生在堆棧當(dāng)中，氫燃料電池整包是由下圖這種一片片的結(jié)構(gòu)組成的。

　　氫氣通過(guò)左邊藍(lán)色的負(fù)極，被催化劑“鉑”分解成電子和氫離子（質(zhì)子），質(zhì)子繼而通過(guò)中間灰色那塊的質(zhì)子交換膜（電解質(zhì)膜），到達(dá)右邊綠色的正極，氫與氧反應(yīng)變成水和熱量。

　　與此同時(shí)，電子從負(fù)極流向正極，產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的、從正極流向負(fù)極的外部電流。

　　不過(guò)因?yàn)槿剂想姵囟褩Ｒ玫姐K，就是你們求婚時(shí)候用的鉆戒材料，所以堆棧的造價(jià)非常貴。

　　此外，燃料電池還有以下幾樣核心技術(shù)，大家簡(jiǎn)單了解一下就行：

　　堆棧造價(jià)太高，不宜制造過(guò)大的堆棧，所以氫燃料電池汽車(chē)還是得用到鋰離子電池包，不過(guò)容量可以做得很小，只是作為電能的中轉(zhuǎn)站而已，當(dāng)動(dòng)力需求很大時(shí)可以應(yīng)付得上。

　　BEV純電動(dòng)汽車(chē)推廣的難處在于補(bǔ)能速度太慢了，即使用上800V電壓平臺(tái)，也需要一個(gè)多小時(shí)才能完成補(bǔ)能，而汽柴油車(chē)主早已習(xí)慣了3分鐘完成加油補(bǔ)能。

　　FCV氫燃料電池車(chē)的優(yōu)勢(shì)在于，數(shù)公斤的高壓氫氣僅需5分鐘左右就能完成補(bǔ)能，耗時(shí)不過(guò)多了2分鐘而已，而B(niǎo)EV純電動(dòng)汽車(chē)則多了30倍。

　　蔚來(lái)推出的民用化換電模式，其實(shí)是在電池能量密度有限、快充速度有限的技術(shù)前提下的優(yōu)良過(guò)渡方案，結(jié)果被其他利益群體罵得一塌糊涂。只能說(shuō)句可惜了。

　　我們從下表的估算值，能了解到氫氣為什么被選作燃料電池的主要能量載體，因?yàn)樗娴奶吣芰耍?/p>

　　不過(guò)跟汽油不同的是，汽油是常壓的，而氫氣必須通過(guò)高壓才能塞進(jìn)這么小的車(chē)體里面，因此高壓儲(chǔ)氫罐是一道很高的技術(shù)門(mén)檻，下文我們會(huì)提到。

　　如果只是前期推廣，氫氣需求量不大，不需要專(zhuān)門(mén)建廠制備，可以把工業(yè)的“副產(chǎn)氣”運(yùn)用起來(lái)。

　　比如氯堿、焦化、鋼鐵、冶金工業(yè)的副產(chǎn)氣，還有更上游的石油焦炭行業(yè)的化石能源重整或者生物質(zhì)熱裂解過(guò)程的副產(chǎn)氣。

　　此外，有些可再生能源發(fā)電站的棄電，比如風(fēng)電光電，甚至核電站的低谷電，都可以通過(guò)電解水把能量?jī)?chǔ)藏在氫氣當(dāng)中。

　　堆棧的效率在66%左右，氫燃料電池系統(tǒng)的效率可以達(dá)到60%以上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率在90%以上，因此氫燃料電池汽車(chē)的整體效率比柴油機(jī)要高一截。

　　更重要的是，柴油汽車(chē)只有在很窄的轉(zhuǎn)速區(qū)間能得到50%左右的效率，而氫燃料電池汽車(chē)可以長(zhǎng)時(shí)間保持55%左右的效率，平均效率高非常多，可節(jié)省很多能源。

　　與活塞式結(jié)構(gòu)不同，質(zhì)子交換膜工作不需要有振動(dòng)和聲音，不然你就會(huì)在車(chē)廂里面不斷聽(tīng)到數(shù)錢(qián)（鉑金）的聲音。

　　氫是宇宙當(dāng)中最豐富的化學(xué)元素，一個(gè)質(zhì)子加一個(gè)電子就組成了Hydrogen，因此也是宇宙中最早誕生的元素，比化學(xué)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的化石燃料要小清新得多。

　　最重要的是，氫在宇宙中含量極高，氫及其同位素占全部元素的75%，完全不可能枯竭。

　　核聚變發(fā)電實(shí)用化之后，需要比重力蓄能水庫(kù)、飛輪儲(chǔ)能裝置更方便的儲(chǔ)能介質(zhì)，用電來(lái)制氫儲(chǔ)能或是將來(lái)一大儲(chǔ)能方案，甚至可以成為國(guó)家能源安全保障的重要環(huán)節(jié)。

　　二代Mirai起售價(jià)高達(dá)4.95萬(wàn)美金，折合人民幣31.6萬(wàn)元。

　　這可是在美國(guó)市場(chǎng)啊，你要知道美國(guó)市場(chǎng)買(mǎi)個(gè)邁銳寶才多少錢(qián)，2.2萬(wàn)美金。

　　整臺(tái)超跑開(kāi)一下，Corvette也不過(guò)5.99萬(wàn)美金起步，你的龜速M(fèi)irai要價(jià)4.95美金，掙白左的錢(qián)真容易……

　　不過(guò)不是豐田不厚道，一代Mirai要價(jià)5.75美元，跟超跑Corvette基本持平，二代已經(jīng)降價(jià)了，但受限于鉑催化劑成本和堆棧造價(jià)，氫燃料電池汽車(chē)短期內(nèi)不可能便宜下去。

　　中國(guó)制氫量在2009年開(kāi)始就是全球第一了，但依然不太夠用。為了扶持氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，國(guó)家出面在11省份組建了23個(gè)制氫項(xiàng)目，響應(yīng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　其中，電解水制氫項(xiàng)目占比30%，焦?fàn)t氣制氫項(xiàng)目占比26%。

　　除了可行性比較強(qiáng)的4種制氫法之外，我們還可以考慮廢塑料制氫、光合生物制氫、農(nóng)作物生物質(zhì)制氫，只不過(guò)后者目前技術(shù)門(mén)檻太高了。

　　儲(chǔ)氫裝置技術(shù)門(mén)檻高，成本也高。我們現(xiàn)在有四種主要的氫氣儲(chǔ)藏方式，氫燃料電池汽車(chē)用的是加壓，一般壓到700個(gè)大氣壓就接近極限了，再高的話(huà)成本太高。

　　目前二代Mirai裝了三個(gè)氫罐，5.6kg氫氣儲(chǔ)量。豐田并未公布新的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，而一代Mirai用的是70MPa氫罐，重量百分比為5.7wt%，意味著氫氣占據(jù)整套儲(chǔ)氫系統(tǒng)重量的5.7%，儲(chǔ)氫裝置占比94.3%。

　　高壓儲(chǔ)氫罐的技術(shù)含量很高，重量輕、強(qiáng)度高、抗?jié)B透、易量產(chǎn)、防顛簸，即使泄露也會(huì)通過(guò)閥門(mén)關(guān)閉自動(dòng)設(shè)備防止氫氣傳入車(chē)艙內(nèi)部。至于大家質(zhì)疑的碰撞爆炸風(fēng)險(xiǎn)，其實(shí)氫氣的燃燒條件比汽油高多了，而且沒(méi)有行車(chē)是在開(kāi)闊空間中，多數(shù)情況只會(huì)燃燒不會(huì)爆炸。

　　目前妨礙氫燃料電池汽車(chē)推廣的一大軟肋是加氫站的建站成本是在太高了，隨便都是200萬(wàn)美元級(jí)別的，人民幣也要一千多萬(wàn)。

　　因此，前期推廣氫燃料電池汽車(chē)，更適宜做商業(yè)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)少量建站就行了。

　　不然，你一邊要維持加油站的密度，一邊大興土木建設(shè)充電站，一邊花重金大搞加氫站，基建狂魔也受不了這吞金獸。

　　大家都說(shuō)新能源是環(huán)保的。

　　如果我們的討論過(guò)程足夠嚴(yán)謹(jǐn)，那么48V BSG就不會(huì)是“新能源”，它只能算作內(nèi)燃機(jī)節(jié)能科技的其中一項(xiàng)；HEV非插電輕混也被撇除在外，連國(guó)家補(bǔ)貼都從來(lái)不為其貢獻(xiàn)一分。

　　若要深研“新能源”編年史，以二次電池為精神要領(lǐng)的BEV純電車(chē)型也將面臨“裝嫩”彈劾，畢竟汽油車(chē)發(fā)明自19世紀(jì)80年代，而純電動(dòng)汽車(chē)還要比它早半個(gè)世紀(jì)——那時(shí)候的人們還活在蒸汽鍋爐的浪漫煙霧中，并不知“吸/壓/爆/排”四個(gè)簡(jiǎn)單動(dòng)作可以徹底改變?nèi)祟?lèi)歷史進(jìn)程。

　　于是我們陷入沉思，何為“新”能源？

　　BEV純電車(chē)并不新，而且污染非常可怕，整的都是寸草不生的重金屬污染，而不是排點(diǎn)廢氣那么友好。

　　環(huán)保的新能源很多，比如核能、地?zé)崮堋⑻?yáng)能、潮汐能、風(fēng)能、水能（海洋能）、生物質(zhì)能，其中以核能效率最高。

　　不過(guò)，有一點(diǎn)是值得玩味的——上述的“新”能量，絕大多數(shù)都會(huì)通過(guò)“電能”來(lái)呈現(xiàn)，而電能卻像是一種服務(wù)產(chǎn)業(yè)，即時(shí)生產(chǎn)、即時(shí)消費(fèi)、保存成本與難度極高。

　　有解決方案嗎？有，儲(chǔ)能水電站是其中一個(gè)解決方案，而壓縮氫氣是更加理想的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、消費(fèi)電能的介質(zhì)。

　　我們不敢肯定未來(lái)社會(huì)一定是屬于“氫”的，氫燃料電池車(chē)甚至可能在成本無(wú)法大幅降低、加氫站網(wǎng)絡(luò)無(wú)法鋪開(kāi)、制氫與儲(chǔ)氫技術(shù)無(wú)法突破等壓力下退出市場(chǎng)成為歷史，但有一點(diǎn)是肯定的：氫能社會(huì)所代表的“環(huán)保”理念是真正的環(huán)保，整個(gè)氫燃料電池能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的副產(chǎn)品只有“水”——我們的生命之源。

　　毫無(wú)疑問(wèn)的是，日本是當(dāng)前的氫燃料電池研發(fā)第一大國(guó)，中國(guó)坐第二把交椅應(yīng)該沒(méi)人反對(duì)吧？

　　為了扶持車(chē)企研發(fā)氫燃料電池汽車(chē)，中石化計(jì)劃在十四五期間建造1000座加氫站。2020年，中國(guó)燃料電池價(jià)值鏈投融資達(dá)到515.2億元，同比增長(zhǎng)78.5％。

　　此外，韓國(guó)因?yàn)閲?guó)境窄小，全國(guó)天氣預(yù)報(bào)半分鐘能播完，所以也在跟著整氫燃料電池，技術(shù)完成度不比日本差太多，比中國(guó)要強(qiáng)，中國(guó)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)暫時(shí)“大而不精”。德國(guó)也很熱衷氫燃料電池，奔馳寶馬奧迪都有過(guò)研發(fā)歷史，奔馳更是希望將系統(tǒng)搬上他們的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)平頭重卡上面。

　　包括氫燃料電池在內(nèi)的燃料電池系統(tǒng)，除了為電動(dòng)汽車(chē)提供電力之外，還能為電動(dòng)船、住宅供電，再小一點(diǎn)功率的堆?？梢杂米鱑PS應(yīng)急電源、航空電源、移動(dòng)電源，再大功率的可以在發(fā)電站集中發(fā)電。

　　下表是國(guó)際氫能協(xié)會(huì)（Hydrogen Council）的主要成員企業(yè)，當(dāng)前協(xié)會(huì)一共有109家成員企業(yè)，歐洲企業(yè)不少，但發(fā)力遠(yuǎn)沒(méi)有中國(guó)日本的大。

　　然而中國(guó)并非氫燃料電池的熱衷粉絲，我更愿意相信中國(guó)把氫燃料電池看作第二條賽道，可進(jìn)可退的替代方案。我兔真正傾情的不是FCV方案，而是BEV純電動(dòng)車(chē)方案。

　　個(gè)中緣由就有點(diǎn)陰謀論的成分了：別看中美永遠(yuǎn)在掐架，實(shí)際上聯(lián)合國(guó)五大善人都是明面在斗，內(nèi)部一直都在維護(hù)團(tuán)體利益一致對(duì)外杠的。

　　當(dāng)年日本要用MD機(jī)替代CD機(jī)，中美一致走M(jìn)P3路線(xiàn)甩開(kāi)日本；當(dāng)年日本鐘情等離子面板，中美一致走液晶路線(xiàn)；當(dāng)年日本投重本弄?dú)淙剂想姵?，中美一致走純電?dòng)發(fā)展路線(xiàn)。豐田是近年才終于投了幾百億去大力研發(fā)純電動(dòng)的，你現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)中美不帶你玩？

　　氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)最終是否能立起來(lái)，看的是大國(guó)利益之間的博弈結(jié)果，跟它是否真的環(huán)保，關(guān)系不大。打壓對(duì)方的發(fā)展權(quán)才是重中之重。

　　誰(shuí)跟你說(shuō)抑制全球變暖是為了環(huán)保的？格局小了哈。

（圖/文/攝：太平洋汽車(chē)網(wǎng) 黃恒樂(lè)）