新能源的理想终点? 氢燃料电池现状简析

　　[汽车之家 技术]  氢燃料电池车长期以来都持续被世界各地专家学者和汽车企业认定为新能源汽车的最终形态。对于氢燃料电池的研发工作其实早在上世纪就已经陆续开展，各大车企也在致力于氢燃料电池技术的储备工作。然而，虽然氢燃料电池车的原理早就写入了中学化学课本，但即便是在新能源技术和产业飞速发展的今天，氢燃料电池车及氢产业链的小规模量产化和商业化还仅限于日本等少数地区，其余多地还处于试点运营状态，成本也居高不下，未能真正推广开来。那么就目前而言，那些走在前沿的氢燃料电池车企们有着怎样的研发和推广进度？氢产业链会如愿成为未来新能源社会的终极形态吗？我们不妨来了解并探讨一番。

● 氢燃料电池车的基本背景

　　在新能源车领域当中，主流的四种产品类型包括混合动力、插电式混合动力、纯电动，以及氢燃料电池。而关于这几种不同形式的新能源车，在网络上也在持续不断地进行着究竟孰优孰劣的争论。对于这一问题，丰田给出了他们的答案——不同地区市场有着不同的地域特色，四种新能源形式都会找到归属。

『四种主流的新能源车型』

　　举例来说，在北欧地区，发达的风力发电带来的清洁电力能够支撑插电式混动或纯电动车的充电需求；而在石油资源富足的中东地区，普通混合动力可能在拿捏成本和资源的平衡后显得更有意义；在政策倡导电动化新能源的中国大陆地区，插电混动、纯电动和氢燃料电池可能将一同成为着重发展的方向。

　　在四种新能源形式中，氢燃料电池车被许多业内人士公认为最环保且最理想的一种形式，但目前它也是四种形式中相对最不成熟的，距离真正普及到消费者日常使用还需一些时日。那么，氢燃料电池是怎么回事？它好在哪儿？现在的发展情况又是如何？

『Fuel Cell（燃料电池）』

　　氢燃料电池（Hydrogen Fuel Cell）是一套将氢气和氧气蕴含的化学能经过电化学反应直接转换为电能的发电装置，它并不是什么遥不可及的高深事物，因为其工作原理早就被写入了高中化学课本，并“困扰”着一代又一代学子。而在近年来的新能源汽车领域中，氢燃料电池扮演的角色正在逐渐重要起来。

『丰田Mirai氢燃料电池车的储氢罐之一』

　　现阶段来说，氢燃料电池车除了与传统纯电动车同样是“0碳排放（此处忽略电能和氢气生产过程的碳排放）”外，还有着几大明显优势——氢气相较于电能更易储存、更易运输，且充填效率与传统汽油车相近，远优于电动车充电，并且单次充填燃料后的续航里程也明显大于纯电动车。因此，越来越多的车企加入到了氢燃料电池车的研发当中，其中走在前列的都是来自亚洲的企业——丰田、本田、现代，他们生产的氢燃料电池车已经量产，并投放到了世界多地市场，同时他们也在致力于打造更加完善的“氢能社会”。

　　然而就现阶段而言，以纯电动为主的新能源汽车遭人诟病的一大原因之一就是电力本身不够“清洁”，而这主要是由于各地电力系统依赖火力发电造成的。其实，氢燃料电池车也同样面临着这种“源头不干净”的问题，那就是氢气的制取。目前工业上主要依靠电解水的方式制取氢气，而电解水所需的电能如果还是依靠传统火电，那么它就和现阶段的纯电动车一样，只是将实际的碳排放从人类聚集区转移开了，而“0碳排放”也只是噱头和空话。

● 破解低碳氢制取难题——丰田用风能给出解决方案

　　◆ 横滨Hama Wing风电制氢实证实验探究氢产业链

　　为解决这一问题，丰田在2015年联合日本横滨/川崎市政府、岩谷产业、东芝、丰田自动织机等多家机构与企业，在横滨风力发电站（Hama Wing）开展了风力发电制造低碳氢燃料的实证实验项目。项目的主要内容就是通过风力发电制取真正的“低碳氢”，并将氢气供应给横滨、川崎两地四家企业的12辆氢燃料电池叉车，从而对整个氢能供应链进行初步摸索，并对供应链广泛推广的可行性进行评估。在不久前的10月份，我曾亲自前往Hama Wing进行了参观。关于这套氢能供应链的细节，请随我一起往下看吧。

『实证实验开展前的横滨风力发电站』

　　由于周围比较空旷，还没到地儿，顶点高118米的Hama Wing“大电扇”就可以远远望到了。它坐落在横滨市海滨的一片工业区里，周围有多处工地、废料回收厂等。

　　下图展示了风电制氢实证项目的全景，项目在已有的Hama Wing风力发电机脚下增设了氢供应链所需的更多设备，如受电盘、配电盘、制氢稳定化系统、水电解设备、氢气压缩/填充装置等必要环节，下面我们就来一一解读。

　　180块回收自二手普锐斯的电池组构成了这个“大蓄电池”，由于风力发电非常容易受天气影响——在风速过小或过大时，风力发电机都无法工作。因此，这个“大蓄电池”就用于缓冲、消除由于风力发电机工作断续带来的供电波动，保证下方的水电解制氢装置可以得到持续的供电。

　　基于上图三个装置，氢气完成了生产（制备）和包装（压缩）过程，接下来的环节就是将压缩氢气运输至需求方，而载具则是下图中这辆日野DUTRO Hybrid运氢车。

　　丰田在横滨市中央批发市场本场蔬果部、麒麟啤酒横滨工厂、日冷物流东扇岛物流中心、中村物流川崎FAZ物流中心四家企业投放了12辆氢燃料电池叉车进行试点，分别用于短距离多频次、重物搬运，以及低温工作环境的验证和测试。这款叉车充满氢所需的时间约为3分钟，可以支持其工作约8小时，无需像传统纯电动叉车一样充电或换电池。

　　那么经过一段时间的实际运营，这套氢产业链相比传统电动叉车和汽油叉车究竟能够减排多少碳呢？

　　◆ 实证实验结论：相比传统电动/汽油叉车减碳86%/94%

　　根据官方给出的碳排放数据对比，我们不难发现，相较于传统的汽油叉车，实证研究下的氢燃料电池叉车在总CO2排放上有着高达94%的降低，相比电动叉车也有着86%的削减。实际上，如果能解决将柴油充氢车替换成燃料电池驱动的车型的话，那么这套“低碳氢供应链”就基本上实现0碳排放了。

『点击图片可放大查看』

　　比汽油叉车减碳90%还多？看到这里，您可能认为这套氢能源供应链已经“非常棒呆”了。然而，它还有一个不可忽略的硬伤制约着它的推广——成本高昂。并且，作为小规模实证实验，其实这套风能发电系统也还是没能完美解决因天气不稳定带来的发电中断，只能缓解短时间停止发电带来的供电波动。

　　对于此，丰田表示将会努力压缩风能制氢的成本，力求将制氢和压缩氢气这两个环节所需的成本压缩至当前传统非低碳氢能源的价格，从而实现推广。当然，这个任务也是十分艰巨的。

『东京街头的岩谷产业加氢站』

　　此次，丰田并未透露这套尚处于实证阶段的氢能源供应链的制氢成本，但他们透露了当前传统来源氢能源的成本大约为1000-1500日元/千克（约合人民币5.22-7.83元/标方）。以每辆叉车13.4标方/工作日（官方数据）的耗氢量计算，一天的加氢成本约为70-105元人民币。而除了风能发电制氢外，丰田还将着眼于探究褐煤制氢、废水污泥制氢方式，它们都有望成为未来低碳氢社会的重要制氢方式。