充電機充電氫燃料蓄電池——是終極方案還是愚蠢的投資？
2018-8-25 17:42:03??????點擊：
對比飽受白名單呵護與資本青睞的動力電池：“快充20分鐘，續(xù)航300公里”已經(jīng)是業(yè)內(nèi)翹楚。“被騙了!動力電池是大忽悠，充電機充電氫燃料蓄電池才是終極能源方案!”這樣的報道鋪天蓋地而來。配著總理的表情，一時掀翻了國內(nèi)輿論。
宇宙第一元素，終極的清潔能源——身負盛名，氫是救世主?是炸碎動力電池統(tǒng)治的重磅炸彈?又或者，難成大器，如鋼鐵俠Elon Musk所言：“充電機充電氫燃料蓄電池的投資非常愚蠢”。
純電動一路狂飆，氫能源暗自磨刀
2017年，全球純電動車銷量122萬輛，相比2016年增長近五成。得益于政府的鼓勵政策，中國的純電動車銷量65.2萬輛，撐起了半個地球。反觀充電機充電氫燃料蓄電池車，2013年到2018年，累計銷量6475輛，其中75%的銷量由豐田貢獻。
“產(chǎn)業(yè)化落后了不止十年!”看衰氫能源車的人聲稱。
然而，主流動力電池的局限，業(yè)內(nèi)人都一清二楚。即使是Model 3所采用的，目前能量密度最高的三元鋰電池21700，能量密度也不過是300Wh/kg，快充30分鐘，續(xù)航210公里。
可是充滿充電機充電氫燃料蓄電池車的兩個儲氫罐只需3分鐘，續(xù)航里程達600公里。單純從用戶體驗和擺脫里程焦慮的角度，充電機充電氫燃料蓄電池有碾壓優(yōu)勢。
雖然純電車的急先鋒馬斯克號稱，下一代的Tesla將會擁有長達800公里續(xù)航能力的電池，但是業(yè)內(nèi)人一清二楚，目前高鎳三元鋰電池如811尚且面臨多種技術(shù)挑戰(zhàn)，鎳的用量增加之后，會導(dǎo)致相應(yīng)的電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致電池循環(huán)壽命和安全性大幅降低。
打嘴炮沒用，還是要看數(shù)據(jù)。
氫氣1個標準大氣壓密度為0.0899克/升，熱值為1.4億焦/kg，也就是大約1公斤氫氣完全釋放能量有39度電，轉(zhuǎn)換效率最高60%，按500公里80度電算需要3.45公斤氫氣(以Mirai為例)，大約38375升體積，用60升高壓罐裝需要加壓到639個大氣壓。目前豐田和本田已經(jīng)將70MPa的高壓儲氫罐應(yīng)用于量產(chǎn)，充電機充電氫燃料蓄電池車一口氣跑500公里不是個問題，背一個儲氫罐就能搞定。
事實上，身為化學元素周期表上的第一元素，氫生來是種“宇宙黑科技”。雖然在地球上易于逃逸，常以化合物的身份存在，但在廣袤宇宙之中，氫是含量最豐富的元素——太陽就日以繼夜地進行氫聚合反應(yīng)，釋放出巨大的能量，為太陽系帶來光明與生命。
而地球之上，所有人類活動都建立在能源之上，人類生活水平的提高，必須以人均消耗能源的提升為基礎(chǔ)。人類歷史上每一次成功的能源變革，都有一個清晰的主線邏輯，就是能量密度(或者說熱值)出現(xiàn)數(shù)量級上的躍升。
如煤炭能量密度是木柴的160倍，石油約為煤炭的2倍。這類似英爾特創(chuàng)始人格魯夫在IT領(lǐng)域提出的10倍速原理，即能夠成功顛覆(10倍提升)的新技術(shù)一旦出現(xiàn)，便會星火燎原，摧枯拉朽。這反映在煤炭替代柴薪，石油替代煤炭之上。
各類能源能量密度約為上表，氫氣表現(xiàn)出了“一騎絕塵”的高能量密度： (三元鋰電替代汽油機的過程如此費勁，也怪能量密度的先天不足啊!)
而除去能量密度，更清潔亦是能源發(fā)展的線索：從伐薪燒炭到發(fā)現(xiàn)煤炭，再到利用石油，利用天然氣，能源的進化史事實上是一場“脫碳的革命”——如果薪柴的碳元素含量是一百個碳單位，煤炭的碳含量是十個碳單位，石油的碳含量減少到了一個碳單位。煤炭相比薪柴更清潔，石油相比煤炭更清潔;到了氫，由于不含碳，燃燒后的產(chǎn)物是水，因此可看作是“零碳排放”的高清潔能源。
縱觀能源史，從能量密度和含碳量的歷史規(guī)律上，充電機充電氫燃料蓄電池給了人們許多的想象空間——動力電池難堪能源變革的重任，氫能源才是終極能源?
難怪動力電池一路狂飆背后，以豐田為首的企業(yè)暗暗磨刀，準備為開拓充電機充電氫燃料蓄電池而披荊斬棘。
而馬斯克等人為什么會鄙視充電機充電氫燃料蓄電池車是種“傻瓜能源”呢?加州的ZEV法案(類似于中國的雙積分)，讓做出零排放的Model S的Tesla從通用等傳統(tǒng)車企手里賺了不少積分錢，而豐田、本田FCV的推出顯然是來“砸場子”的。早在2013年，特斯拉通過賣Model S的積分就大賺1.4億美金，一度實現(xiàn)盈利。而充電機充電氫燃料蓄電池由于超高的續(xù)航里程和0排放量，積分超過BEV。
馬斯克看到有人搶他生意，怎能不急?
宇宙黑科技受到質(zhì)疑
充電機充電氫燃料蓄電池的工作原理遠沒有“宇宙黑科技”的名頭那么復(fù)雜。說白了，就是氫氣和氧氣化合反應(yīng)生成水、電，放出熱量。所以原料一邊是空氣，一邊是用各種方式提取出來的高純度氫氣。
氫分子又小又活潑。它透過質(zhì)子膜時，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質(zhì)子通過，氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。電解質(zhì)薄膜兩側(cè)的電極板將氫氣拆分成氫離子(正電)和電子、將氧氣拆分成氧離子(負電)和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個氫離子和一個氧離子結(jié)合成為水，是反應(yīng)的唯一廢物。
整個過程可以理解成蚊子無法穿過紗窗，但是更小的灰塵卻可以。那么“紗窗”——質(zhì)子交換膜就是這一過程中最核心的技術(shù)。質(zhì)子交換膜中又以鉑金(Pt)為催化劑，Mirai用了約100克鉑，按照現(xiàn)在181元/克計算，催化劑就用了近2萬塊。質(zhì)子交換膜以杜邦的Nafion為例，約為一平方厘米10元人民幣，按照用量一平方米計算，光是質(zhì)子交換膜的成本就在10萬元左右。另外還需高壓儲氫罐成本6萬。
橫向比較，傳統(tǒng)汽油車2L發(fā)動機的成本約為3萬元，鋰電池成本約1.2元/Wh, Tesla主流配置的75 KWh三元鋰電池成本約為9萬。兩相對比，充電機充電氫燃料蓄電池的成本還是高出不少，現(xiàn)階段不靠政府補貼很難走下去。
另一方面，氫的制備技術(shù)雖然較為成熟，但全世界96%的氫都來源于化石能源的產(chǎn)業(yè)鏈條。可是顯然，依賴石油化工是沒有未來的，氫的制備若要真的綠色環(huán)保，還是要大力發(fā)展那4%的電解水方式——特別是生物制氫和太陽能電解水。
安全，則是另一個重大問題。
對于氫，人類曾經(jīng)有過非常痛苦的記憶。1937年，曾經(jīng)成功12次往返大西洋兩岸的德國豪華氫氣飛艇“興登堡”號，即將降落在美國新澤西州萊克赫斯特鎮(zhèn)。由于這是一艘世界最豪華的飛艇，豪華程度碾壓泰坦尼克號。它滿載著名流，現(xiàn)場有22架攝像機和眾多記者迎接“興登堡”號的降落。誰知在降落過程中飛艇突然著火，尾部爆炸，頓時在空中燃成了一團火球，造成37人死亡。鏡頭被直播給了全世界，造成巨大的震動。
盡管至今對于事故成因依然爭論不休，但氫氣易燃易爆確是不爭的事實。此世故結(jié)束了飛艇的歷史使命，更為氫的安全性蒙上陰影。
然而氫氣超高的能量效率依然吸引著人們探索。航天探索中，長征三號系列的三級發(fā)動機、長征五號一級二級主推進發(fā)動機，都采用了氫氧火箭發(fā)動機。航天技術(shù)中廣為應(yīng)用的液氫存儲技術(shù)也逐漸向民用領(lǐng)域推進。
能量效率高，成本也高;清潔，卻存在安全隱憂。身為“宇宙黑科技”，想要落地并不容易。降低成本、存儲、和加氫站建設(shè)是最核心的三個突破點。
日本——氫能源的天時地利
氫能的利用，目前走在世界前列的是日本。日本提出了“氫能社會”的構(gòu)想，豐田量產(chǎn)了第一輛性能優(yōu)越的氫電池車Mirai，本田也推出了Clarity，加氫三分鐘，續(xù)航750公里。日本至今建設(shè)了92座加氫站。其他國家或堅守燃油，或大力發(fā)展純電的時候，日本“朝氫走”走得特別堅定。
說是天時地利，其實背后是一把辛酸淚。
日本這個島國資源特別匱乏，也就剩下能捕點金槍魚了。明治維新之后，為了保證國內(nèi)的經(jīng)高速增長必須搶資源，就到處侵略別人。戰(zhàn)敗以后，就靠著美國老大哥開路，從中東運石油。也許是因為資源底子薄，日本人的危機意識也就特別強，努力尋找不必依賴別人的能量來源。前些年日本的核電很厲害，占到所有發(fā)電量的30%，可是2011年福島事件后，日本政府不得不將一系列核電站關(guān)停。到了今天，日本的核能發(fā)電只占全國發(fā)電量的2.7%，產(chǎn)生了巨大的空白等待填補。
同樣資源匱乏，懼怕核能也排斥火電的臺灣，去年頻頻爆出電荒，更是造成了815停電事件等影響惡劣的事件。日本可不想學臺灣“用愛發(fā)電”，有沒有替代的辦法?
氫能于是走進規(guī)劃。
日本看重的不僅是氫能源的高效與清潔，在煤炭和石油時代，人們早已發(fā)現(xiàn)了氫可作為煉制化石能源的副產(chǎn)品，因此氫的制備多種多樣，還可以很好地利用起石油時代的基礎(chǔ)設(shè)施和產(chǎn)業(yè)鏈。
以我國比較成熟的氯堿法制氫為例，2015 年，我國氯堿廠產(chǎn)量為3028.1 萬噸。根據(jù)氯堿平衡表，燒堿與氫氣的產(chǎn)量配比為40:1，理論上將產(chǎn)生氫氣75.7 萬噸，即85 億立方米氫氣，理論上可以供243 萬輛乘用車使用。但考慮氯堿廠區(qū)域分布、運輸距離、期間損耗及不同車型的耗氫量，供應(yīng)幾十萬輛燃料電池車的規(guī)模問題不大。
還有一個因素就是寒冷。鋰電池的低溫性能到今天都得不到很好的解決，而日本緯度較高，最溫暖的地區(qū)也不過和山東的溫度近似，跟溫暖的加州和純電跑得最多的華東華南實在沒法類比。充電機充電氫燃料蓄電池不受溫度的制約，這在日本看來有不小的吸引力。
而且日本是個非常狹長的島國，主島本州島的寬度在50—230公里之間。一個加氫站覆蓋100平方公里左右的面積，就算僅僅將加氫站在日本沿海布局，好像戴一串珍珠項鏈一樣，也基本可以滿足日本加氫的需求了。
想及中國廣袤無垠的內(nèi)蒙古、青海、西藏和新疆，每個加氫站的成本1500萬人民幣，額，不敢再想下去了……
是因為天時地利，也是因為無可奈何，日本成為了全球氫能利用的急先鋒。借2020年東京奧運會，日本計劃全面展示氫能社會的建設(shè)成果，包括4萬輛氫燃料汽車的全國保有量。而這一數(shù)字在2025年和2030年將分別達到25萬臺和80萬臺。日本為氫能源的利用畫下了充滿希望的藍圖，這或許為與日本非常類似的國家的地區(qū)指了一條能源明路。
再看看韓國。
今年的美國CES，韓國現(xiàn)代展出了第五代充電機充電氫燃料蓄電池車Nexo——續(xù)航里程高達805km，百公里加速僅9.9秒。目前，韓國共有加氫站11座，計劃到2020年達到100座。到2020年計劃將有1萬輛充電機充電氫燃料蓄電池轎車上路。
此外，美國的加州也在積極探索氫能源，目前美國有1800輛氫能源車在路上跑，基本上是大巴和叉車，約30座加氫站沿著美國西海岸分布在加州。目前美國的加氫站約55座，在建的65座，絕大部分在為氫燃料大巴或叉車服務(wù)。豐田賣到美國去的千余輛Mirai顯然會進一步推動加氫基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域化的建設(shè)。
從日本、韓國、加州的例子可以看出，充電機充電氫燃料蓄電池車或許是一種非常具有地域特色的解決方案，尤其適合狹窄，人口稠密，能源匱乏以及高度要求環(huán)保的地點。如同各國目前的能源獲取有各種各樣的方式，煤炭多的例如中國，火電占比在40%;核能發(fā)達的例如法國，核能發(fā)電占總發(fā)電量的70%;風能呢?在大部分國家占比1%，可是在適宜的風能的荷蘭就占到發(fā)電量的6%以上。
與能源的多樣共存一樣，氫能也將成為一個重要的汽車動力來源，在未來的一段時間，在適宜的地區(qū)發(fā)展。與純電動車一起，徹底顛覆燃油車的時代。
氫能在中國
在中國發(fā)力純電，致力于顛覆發(fā)動機的百年積淀之時，氫能一直是一個劍走偏鋒的選擇。
劍走偏鋒的選擇未必不是一個好選擇。別忘記，我們說的是一個年銷量2000多萬輛，存量達3億輛的市場。新能源車將燃油車逐步替代的過程，無疑會打亂現(xiàn)有格局，好的產(chǎn)品，都有機會分一杯羹。
2018年6月28日，北京天氣燥熱。中國電動汽車百人會與國際氫能委員會在清華大學舉辦的“氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)新論壇”的熱度甚至更勝過天氣。
氫能產(chǎn)業(yè)、汽車、能源等各方專家人士擠滿了會場。清華大學校長邱勇、中國電動汽車百人會理事長陳清泰為論壇致辭;全國政協(xié)副主席萬鋼，中科院院士、清華大學教授歐陽明高，中國工程院院士干勇，國家能源集團總經(jīng)理、中國工程院院士凌文，液化空氣董事長、國際氫能委員會聯(lián)席主席Benoit Potier，現(xiàn)代汽車集團副會長、國際氫能委員會聯(lián)席主席Yang Woong-chul等嘉賓發(fā)表了精彩演講。
事實上，在純電世界賺得了成長紅利的寧德時代等企業(yè)之外，早有產(chǎn)學研的專家默默耕耘在氫能領(lǐng)域。當動力電池的能量密度為這一技術(shù)的應(yīng)用前景蒙上陰霾的時候，中國早有一些企業(yè)開始布局氫能。或許，他們博取的不是一個巨大的主流市場，但只要產(chǎn)品對路，一樣可以有光明前景。
就是這樣，有兩股氫能勢力悄然崛起。
在山海關(guān)之北，有一家大連的企業(yè)名叫新源動力。2000年初，這家企業(yè)脫胎于中科院大連化學物理研究所。之前提到的充電機充電氫燃料蓄電池的核心技術(shù)是質(zhì)子交換膜，新源動力就選用了這一領(lǐng)域世界領(lǐng)先的供應(yīng)商戈爾戰(zhàn)略合作。2006年，“燃料電池及氫源技術(shù)國家工程研究中心”在新源動力掛牌，這里開始承接國家重點項目，2007年，上汽悄然入股新源動力1.17億元，這在當時并未引人注目，直到今年總理參觀豐田北海道工廠之時，才重又被人提起。
在造車新勢力在純電領(lǐng)域拼得刺刀見紅之時，上汽大通搭載新源動力HYMOD?-300型車用燃料電池電堆的榮威750推出。并赫然名列工信部最新發(fā)布的白名單目錄。這一車型成功進行了歷時三個月，途徑14省25市，行程10000公里的旅行。無疑，上汽在深度電動化的同時，也沒放棄另辟蹊徑。
而嶺南之南的佛山，有一個叫做云浮的小鎮(zhèn)，這里也即將發(fā)起一場新能源和新出行的革命。國鴻氫能科技有限公司與氫燃料電堆技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者巴拉德于2016年7月成立合資公司，國鴻氫能股比90%，巴拉德股比10%。同時，巴拉德將成為合資企業(yè)生產(chǎn)的每個燃料電池堆的膜電極組件(MEA)的唯一供應(yīng)商;在“采購或付款”協(xié)議中規(guī)定，在2017年至2021年的最初五年期間，MEA最低采購量超過1.5億美元。在運行調(diào)試后，合資企業(yè)將擁有在中國制造和銷售FCveloCity?-9SSL電堆的獨家權(quán)利。
中國這個具有巨大潛能的市場令巴拉德雀躍。事實上，巴拉德的燃料電池野心一直志在全球。包括奔馳、福特、豐田、大眾和本田在內(nèi)的眾多車企均是基于加拿大巴拉德公司燃料電池電堆(Mark900)開發(fā)了自己的第一代燃料電池汽車，其中奔馳和福特還參股巴拉德18%和20%的股份。
而通過定向增發(fā)持有巴拉德9.9%股權(quán)的大洋電機也與國鴻氫能簽訂了一萬輛氫能大巴的大單。自2016年起，云浮佛山之間就開始有國鴻氫能生產(chǎn)出的氫能大巴往返兩地。
小結(jié)
盡管還沒有寧德時代這樣的頭部企業(yè)，但是氫燃料領(lǐng)域無疑已經(jīng)開始涌入玩家布局。面對中國商用車、乘用車這個天量市場，我們不應(yīng)忽視任何一種可能性。
當別國發(fā)展氫能源最大的阻礙是天價的加氫站建設(shè)費的時候，天朝笑了。基礎(chǔ)設(shè)施?這向來不是一個問題。
在純電動一路狂飆之時，氫能源暗自磨刀。當質(zhì)子交換膜、鉑用量顯著降低、氫的清潔制備、低溫存儲氫技術(shù)得到突破之時，或許就是氫能廣泛落地之日。
當我們放眼一個10年，對于汽車來講是兩個世代更替，而對于人類在能源革命上的探索，不過歷史的一瞬。
充電機充電氫燃料蓄電池或許是終極解決方案，但這仍需時光來證實。但從眾多國家與企業(yè)的深度布局上看，說是大忽悠實在太過武斷。新能源車是個不斷在擴充的天量市場，可以容納下眾多的產(chǎn)品。
百花齊放，勝過孤注一擲。何況這是對于全人類能源消費方式的升級探索。
相信科技，為人類留了不止一個好選項。
宇宙第一元素，終極的清潔能源——身負盛名，氫是救世主?是炸碎動力電池統(tǒng)治的重磅炸彈?又或者，難成大器，如鋼鐵俠Elon Musk所言：“充電機充電氫燃料蓄電池的投資非常愚蠢”。
純電動一路狂飆，氫能源暗自磨刀
2017年，全球純電動車銷量122萬輛，相比2016年增長近五成。得益于政府的鼓勵政策，中國的純電動車銷量65.2萬輛，撐起了半個地球。反觀充電機充電氫燃料蓄電池車，2013年到2018年，累計銷量6475輛，其中75%的銷量由豐田貢獻。
“產(chǎn)業(yè)化落后了不止十年!”看衰氫能源車的人聲稱。
然而，主流動力電池的局限，業(yè)內(nèi)人都一清二楚。即使是Model 3所采用的，目前能量密度最高的三元鋰電池21700，能量密度也不過是300Wh/kg，快充30分鐘，續(xù)航210公里。
可是充滿充電機充電氫燃料蓄電池車的兩個儲氫罐只需3分鐘，續(xù)航里程達600公里。單純從用戶體驗和擺脫里程焦慮的角度，充電機充電氫燃料蓄電池有碾壓優(yōu)勢。
雖然純電車的急先鋒馬斯克號稱，下一代的Tesla將會擁有長達800公里續(xù)航能力的電池，但是業(yè)內(nèi)人一清二楚，目前高鎳三元鋰電池如811尚且面臨多種技術(shù)挑戰(zhàn)，鎳的用量增加之后，會導(dǎo)致相應(yīng)的電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致電池循環(huán)壽命和安全性大幅降低。
打嘴炮沒用，還是要看數(shù)據(jù)。
氫氣1個標準大氣壓密度為0.0899克/升，熱值為1.4億焦/kg，也就是大約1公斤氫氣完全釋放能量有39度電，轉(zhuǎn)換效率最高60%，按500公里80度電算需要3.45公斤氫氣(以Mirai為例)，大約38375升體積，用60升高壓罐裝需要加壓到639個大氣壓。目前豐田和本田已經(jīng)將70MPa的高壓儲氫罐應(yīng)用于量產(chǎn)，充電機充電氫燃料蓄電池車一口氣跑500公里不是個問題，背一個儲氫罐就能搞定。
事實上，身為化學元素周期表上的第一元素，氫生來是種“宇宙黑科技”。雖然在地球上易于逃逸，常以化合物的身份存在，但在廣袤宇宙之中，氫是含量最豐富的元素——太陽就日以繼夜地進行氫聚合反應(yīng)，釋放出巨大的能量，為太陽系帶來光明與生命。
而地球之上，所有人類活動都建立在能源之上，人類生活水平的提高，必須以人均消耗能源的提升為基礎(chǔ)。人類歷史上每一次成功的能源變革，都有一個清晰的主線邏輯，就是能量密度(或者說熱值)出現(xiàn)數(shù)量級上的躍升。
如煤炭能量密度是木柴的160倍，石油約為煤炭的2倍。這類似英爾特創(chuàng)始人格魯夫在IT領(lǐng)域提出的10倍速原理，即能夠成功顛覆(10倍提升)的新技術(shù)一旦出現(xiàn)，便會星火燎原，摧枯拉朽。這反映在煤炭替代柴薪，石油替代煤炭之上。
各類能源能量密度約為上表，氫氣表現(xiàn)出了“一騎絕塵”的高能量密度： (三元鋰電替代汽油機的過程如此費勁，也怪能量密度的先天不足啊!)
而除去能量密度，更清潔亦是能源發(fā)展的線索：從伐薪燒炭到發(fā)現(xiàn)煤炭，再到利用石油，利用天然氣，能源的進化史事實上是一場“脫碳的革命”——如果薪柴的碳元素含量是一百個碳單位，煤炭的碳含量是十個碳單位，石油的碳含量減少到了一個碳單位。煤炭相比薪柴更清潔，石油相比煤炭更清潔;到了氫，由于不含碳，燃燒后的產(chǎn)物是水，因此可看作是“零碳排放”的高清潔能源。
縱觀能源史，從能量密度和含碳量的歷史規(guī)律上，充電機充電氫燃料蓄電池給了人們許多的想象空間——動力電池難堪能源變革的重任，氫能源才是終極能源?
難怪動力電池一路狂飆背后，以豐田為首的企業(yè)暗暗磨刀，準備為開拓充電機充電氫燃料蓄電池而披荊斬棘。
而馬斯克等人為什么會鄙視充電機充電氫燃料蓄電池車是種“傻瓜能源”呢?加州的ZEV法案(類似于中國的雙積分)，讓做出零排放的Model S的Tesla從通用等傳統(tǒng)車企手里賺了不少積分錢，而豐田、本田FCV的推出顯然是來“砸場子”的。早在2013年，特斯拉通過賣Model S的積分就大賺1.4億美金，一度實現(xiàn)盈利。而充電機充電氫燃料蓄電池由于超高的續(xù)航里程和0排放量，積分超過BEV。
馬斯克看到有人搶他生意，怎能不急?
宇宙黑科技受到質(zhì)疑
充電機充電氫燃料蓄電池的工作原理遠沒有“宇宙黑科技”的名頭那么復(fù)雜。說白了，就是氫氣和氧氣化合反應(yīng)生成水、電，放出熱量。所以原料一邊是空氣，一邊是用各種方式提取出來的高純度氫氣。
氫分子又小又活潑。它透過質(zhì)子膜時，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質(zhì)子通過，氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。電解質(zhì)薄膜兩側(cè)的電極板將氫氣拆分成氫離子(正電)和電子、將氧氣拆分成氧離子(負電)和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個氫離子和一個氧離子結(jié)合成為水，是反應(yīng)的唯一廢物。
整個過程可以理解成蚊子無法穿過紗窗，但是更小的灰塵卻可以。那么“紗窗”——質(zhì)子交換膜就是這一過程中最核心的技術(shù)。質(zhì)子交換膜中又以鉑金(Pt)為催化劑，Mirai用了約100克鉑，按照現(xiàn)在181元/克計算，催化劑就用了近2萬塊。質(zhì)子交換膜以杜邦的Nafion為例，約為一平方厘米10元人民幣，按照用量一平方米計算，光是質(zhì)子交換膜的成本就在10萬元左右。另外還需高壓儲氫罐成本6萬。
橫向比較，傳統(tǒng)汽油車2L發(fā)動機的成本約為3萬元，鋰電池成本約1.2元/Wh, Tesla主流配置的75 KWh三元鋰電池成本約為9萬。兩相對比，充電機充電氫燃料蓄電池的成本還是高出不少，現(xiàn)階段不靠政府補貼很難走下去。
另一方面，氫的制備技術(shù)雖然較為成熟，但全世界96%的氫都來源于化石能源的產(chǎn)業(yè)鏈條。可是顯然，依賴石油化工是沒有未來的，氫的制備若要真的綠色環(huán)保，還是要大力發(fā)展那4%的電解水方式——特別是生物制氫和太陽能電解水。
安全，則是另一個重大問題。
對于氫，人類曾經(jīng)有過非常痛苦的記憶。1937年，曾經(jīng)成功12次往返大西洋兩岸的德國豪華氫氣飛艇“興登堡”號，即將降落在美國新澤西州萊克赫斯特鎮(zhèn)。由于這是一艘世界最豪華的飛艇，豪華程度碾壓泰坦尼克號。它滿載著名流，現(xiàn)場有22架攝像機和眾多記者迎接“興登堡”號的降落。誰知在降落過程中飛艇突然著火，尾部爆炸，頓時在空中燃成了一團火球，造成37人死亡。鏡頭被直播給了全世界，造成巨大的震動。
盡管至今對于事故成因依然爭論不休，但氫氣易燃易爆確是不爭的事實。此世故結(jié)束了飛艇的歷史使命，更為氫的安全性蒙上陰影。
然而氫氣超高的能量效率依然吸引著人們探索。航天探索中，長征三號系列的三級發(fā)動機、長征五號一級二級主推進發(fā)動機，都采用了氫氧火箭發(fā)動機。航天技術(shù)中廣為應(yīng)用的液氫存儲技術(shù)也逐漸向民用領(lǐng)域推進。
能量效率高，成本也高;清潔，卻存在安全隱憂。身為“宇宙黑科技”，想要落地并不容易。降低成本、存儲、和加氫站建設(shè)是最核心的三個突破點。
日本——氫能源的天時地利
氫能的利用，目前走在世界前列的是日本。日本提出了“氫能社會”的構(gòu)想，豐田量產(chǎn)了第一輛性能優(yōu)越的氫電池車Mirai，本田也推出了Clarity，加氫三分鐘，續(xù)航750公里。日本至今建設(shè)了92座加氫站。其他國家或堅守燃油，或大力發(fā)展純電的時候，日本“朝氫走”走得特別堅定。
說是天時地利，其實背后是一把辛酸淚。
日本這個島國資源特別匱乏，也就剩下能捕點金槍魚了。明治維新之后，為了保證國內(nèi)的經(jīng)高速增長必須搶資源，就到處侵略別人。戰(zhàn)敗以后，就靠著美國老大哥開路，從中東運石油。也許是因為資源底子薄，日本人的危機意識也就特別強，努力尋找不必依賴別人的能量來源。前些年日本的核電很厲害，占到所有發(fā)電量的30%，可是2011年福島事件后，日本政府不得不將一系列核電站關(guān)停。到了今天，日本的核能發(fā)電只占全國發(fā)電量的2.7%，產(chǎn)生了巨大的空白等待填補。
同樣資源匱乏，懼怕核能也排斥火電的臺灣，去年頻頻爆出電荒，更是造成了815停電事件等影響惡劣的事件。日本可不想學臺灣“用愛發(fā)電”，有沒有替代的辦法?
氫能于是走進規(guī)劃。
日本看重的不僅是氫能源的高效與清潔，在煤炭和石油時代，人們早已發(fā)現(xiàn)了氫可作為煉制化石能源的副產(chǎn)品，因此氫的制備多種多樣，還可以很好地利用起石油時代的基礎(chǔ)設(shè)施和產(chǎn)業(yè)鏈。
以我國比較成熟的氯堿法制氫為例，2015 年，我國氯堿廠產(chǎn)量為3028.1 萬噸。根據(jù)氯堿平衡表，燒堿與氫氣的產(chǎn)量配比為40:1，理論上將產(chǎn)生氫氣75.7 萬噸，即85 億立方米氫氣，理論上可以供243 萬輛乘用車使用。但考慮氯堿廠區(qū)域分布、運輸距離、期間損耗及不同車型的耗氫量，供應(yīng)幾十萬輛燃料電池車的規(guī)模問題不大。
還有一個因素就是寒冷。鋰電池的低溫性能到今天都得不到很好的解決，而日本緯度較高，最溫暖的地區(qū)也不過和山東的溫度近似，跟溫暖的加州和純電跑得最多的華東華南實在沒法類比。充電機充電氫燃料蓄電池不受溫度的制約，這在日本看來有不小的吸引力。
而且日本是個非常狹長的島國，主島本州島的寬度在50—230公里之間。一個加氫站覆蓋100平方公里左右的面積，就算僅僅將加氫站在日本沿海布局，好像戴一串珍珠項鏈一樣，也基本可以滿足日本加氫的需求了。
想及中國廣袤無垠的內(nèi)蒙古、青海、西藏和新疆，每個加氫站的成本1500萬人民幣，額，不敢再想下去了……
是因為天時地利，也是因為無可奈何，日本成為了全球氫能利用的急先鋒。借2020年東京奧運會，日本計劃全面展示氫能社會的建設(shè)成果，包括4萬輛氫燃料汽車的全國保有量。而這一數(shù)字在2025年和2030年將分別達到25萬臺和80萬臺。日本為氫能源的利用畫下了充滿希望的藍圖，這或許為與日本非常類似的國家的地區(qū)指了一條能源明路。
再看看韓國。
今年的美國CES，韓國現(xiàn)代展出了第五代充電機充電氫燃料蓄電池車Nexo——續(xù)航里程高達805km，百公里加速僅9.9秒。目前，韓國共有加氫站11座，計劃到2020年達到100座。到2020年計劃將有1萬輛充電機充電氫燃料蓄電池轎車上路。
此外，美國的加州也在積極探索氫能源，目前美國有1800輛氫能源車在路上跑，基本上是大巴和叉車，約30座加氫站沿著美國西海岸分布在加州。目前美國的加氫站約55座，在建的65座，絕大部分在為氫燃料大巴或叉車服務(wù)。豐田賣到美國去的千余輛Mirai顯然會進一步推動加氫基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域化的建設(shè)。
從日本、韓國、加州的例子可以看出，充電機充電氫燃料蓄電池車或許是一種非常具有地域特色的解決方案，尤其適合狹窄，人口稠密，能源匱乏以及高度要求環(huán)保的地點。如同各國目前的能源獲取有各種各樣的方式，煤炭多的例如中國，火電占比在40%;核能發(fā)達的例如法國，核能發(fā)電占總發(fā)電量的70%;風能呢?在大部分國家占比1%，可是在適宜的風能的荷蘭就占到發(fā)電量的6%以上。
與能源的多樣共存一樣，氫能也將成為一個重要的汽車動力來源，在未來的一段時間，在適宜的地區(qū)發(fā)展。與純電動車一起，徹底顛覆燃油車的時代。
氫能在中國
在中國發(fā)力純電，致力于顛覆發(fā)動機的百年積淀之時，氫能一直是一個劍走偏鋒的選擇。
劍走偏鋒的選擇未必不是一個好選擇。別忘記，我們說的是一個年銷量2000多萬輛，存量達3億輛的市場。新能源車將燃油車逐步替代的過程，無疑會打亂現(xiàn)有格局，好的產(chǎn)品，都有機會分一杯羹。
2018年6月28日，北京天氣燥熱。中國電動汽車百人會與國際氫能委員會在清華大學舉辦的“氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)新論壇”的熱度甚至更勝過天氣。
氫能產(chǎn)業(yè)、汽車、能源等各方專家人士擠滿了會場。清華大學校長邱勇、中國電動汽車百人會理事長陳清泰為論壇致辭;全國政協(xié)副主席萬鋼，中科院院士、清華大學教授歐陽明高，中國工程院院士干勇，國家能源集團總經(jīng)理、中國工程院院士凌文，液化空氣董事長、國際氫能委員會聯(lián)席主席Benoit Potier，現(xiàn)代汽車集團副會長、國際氫能委員會聯(lián)席主席Yang Woong-chul等嘉賓發(fā)表了精彩演講。
事實上，在純電世界賺得了成長紅利的寧德時代等企業(yè)之外，早有產(chǎn)學研的專家默默耕耘在氫能領(lǐng)域。當動力電池的能量密度為這一技術(shù)的應(yīng)用前景蒙上陰霾的時候，中國早有一些企業(yè)開始布局氫能。或許，他們博取的不是一個巨大的主流市場，但只要產(chǎn)品對路，一樣可以有光明前景。
就是這樣，有兩股氫能勢力悄然崛起。
在山海關(guān)之北，有一家大連的企業(yè)名叫新源動力。2000年初，這家企業(yè)脫胎于中科院大連化學物理研究所。之前提到的充電機充電氫燃料蓄電池的核心技術(shù)是質(zhì)子交換膜，新源動力就選用了這一領(lǐng)域世界領(lǐng)先的供應(yīng)商戈爾戰(zhàn)略合作。2006年，“燃料電池及氫源技術(shù)國家工程研究中心”在新源動力掛牌，這里開始承接國家重點項目，2007年，上汽悄然入股新源動力1.17億元，這在當時并未引人注目，直到今年總理參觀豐田北海道工廠之時，才重又被人提起。
在造車新勢力在純電領(lǐng)域拼得刺刀見紅之時，上汽大通搭載新源動力HYMOD?-300型車用燃料電池電堆的榮威750推出。并赫然名列工信部最新發(fā)布的白名單目錄。這一車型成功進行了歷時三個月，途徑14省25市，行程10000公里的旅行。無疑，上汽在深度電動化的同時，也沒放棄另辟蹊徑。
而嶺南之南的佛山，有一個叫做云浮的小鎮(zhèn)，這里也即將發(fā)起一場新能源和新出行的革命。國鴻氫能科技有限公司與氫燃料電堆技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者巴拉德于2016年7月成立合資公司，國鴻氫能股比90%，巴拉德股比10%。同時，巴拉德將成為合資企業(yè)生產(chǎn)的每個燃料電池堆的膜電極組件(MEA)的唯一供應(yīng)商;在“采購或付款”協(xié)議中規(guī)定，在2017年至2021年的最初五年期間，MEA最低采購量超過1.5億美元。在運行調(diào)試后，合資企業(yè)將擁有在中國制造和銷售FCveloCity?-9SSL電堆的獨家權(quán)利。
中國這個具有巨大潛能的市場令巴拉德雀躍。事實上，巴拉德的燃料電池野心一直志在全球。包括奔馳、福特、豐田、大眾和本田在內(nèi)的眾多車企均是基于加拿大巴拉德公司燃料電池電堆(Mark900)開發(fā)了自己的第一代燃料電池汽車，其中奔馳和福特還參股巴拉德18%和20%的股份。
而通過定向增發(fā)持有巴拉德9.9%股權(quán)的大洋電機也與國鴻氫能簽訂了一萬輛氫能大巴的大單。自2016年起，云浮佛山之間就開始有國鴻氫能生產(chǎn)出的氫能大巴往返兩地。
小結(jié)
盡管還沒有寧德時代這樣的頭部企業(yè)，但是氫燃料領(lǐng)域無疑已經(jīng)開始涌入玩家布局。面對中國商用車、乘用車這個天量市場，我們不應(yīng)忽視任何一種可能性。
當別國發(fā)展氫能源最大的阻礙是天價的加氫站建設(shè)費的時候，天朝笑了。基礎(chǔ)設(shè)施?這向來不是一個問題。
在純電動一路狂飆之時，氫能源暗自磨刀。當質(zhì)子交換膜、鉑用量顯著降低、氫的清潔制備、低溫存儲氫技術(shù)得到突破之時，或許就是氫能廣泛落地之日。
當我們放眼一個10年，對于汽車來講是兩個世代更替，而對于人類在能源革命上的探索，不過歷史的一瞬。
充電機充電氫燃料蓄電池或許是終極解決方案，但這仍需時光來證實。但從眾多國家與企業(yè)的深度布局上看，說是大忽悠實在太過武斷。新能源車是個不斷在擴充的天量市場，可以容納下眾多的產(chǎn)品。
百花齊放，勝過孤注一擲。何況這是對于全人類能源消費方式的升級探索。
相信科技，為人類留了不止一個好選項。
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