[汽車之家 技術]  氫燃料電池車長期以來都持續(xù)被世界各地專家學者和汽車企業(yè)認定為新能源汽車的最終形態(tài)。對于氫燃料電池的研發(fā)工作其實早在上世紀就已經陸續(xù)開展，各大車企也在致力于氫燃料電池技術的儲備工作。然而，雖然氫燃料電池車的原理早就寫入了中學化學課本，但即便是在新能源技術和產業(yè)飛速發(fā)展的今天，氫燃料電池車及氫產業(yè)鏈的小規(guī)模量產化和商業(yè)化還僅限于日本等少數地區(qū)，其余多地還處于試點運營狀態(tài)，成本也居高不下，未能真正推廣開來。那么就目前而言，那些走在前沿的氫燃料電池車企們有著怎樣的研發(fā)和推廣進度？氫產業(yè)鏈會如愿成為未來新能源社會的終極形態(tài)嗎？我們不妨來了解并探討一番。

● 氫燃料電池車的基本背景

　　在新能源車領域當中，主流的四種產品類型包括混合動力、插電式混合動力、純電動，以及氫燃料電池。而關于這幾種不同形式的新能源車，在網絡上也在持續(xù)不斷地進行著究竟孰優(yōu)孰劣的爭論。對于這一問題，豐田給出了他們的答案——不同地區(qū)市場有著不同的地域特色，四種新能源形式都會找到歸屬。

『四種主流的新能源車型』

　　舉例來說，在北歐地區(qū)，發(fā)達的風力發(fā)電帶來的清潔電力能夠支撐插電式混動或純電動車的充電需求；而在石油資源富足的中東地區(qū)，普通混合動力可能在拿捏成本和資源的平衡后顯得更有意義；在政策倡導電動化新能源的中國大陸地區(qū)，插電混動、純電動和氫燃料電池可能將一同成為著重發(fā)展的方向。

　　在四種新能源形式中，氫燃料電池車被許多業(yè)內人士公認為最環(huán)保且最理想的一種形式，但目前它也是四種形式中相對最不成熟的，距離真正普及到消費者日常使用還需一些時日。那么，氫燃料電池是怎么回事？它好在哪兒？現在的發(fā)展情況又是如何？

『Fuel Cell（燃料電池）』

　　氫燃料電池（Hydrogen Fuel Cell）是一套將氫氣和氧氣蘊含的化學能經過電化學反應直接轉換為電能的發(fā)電裝置，它并不是什么遙不可及的高深事物，因為其工作原理早就被寫入了高中化學課本，并“困擾”著一代又一代學子。而在近年來的新能源汽車領域中，氫燃料電池扮演的角色正在逐漸重要起來。

『豐田Mirai氫燃料電池車的儲氫罐之一』

　　現階段來說，氫燃料電池車除了與傳統純電動車同樣是“0碳排放（此處忽略電能和氫氣生產過程的碳排放）”外，還有著幾大明顯優(yōu)勢——氫氣相較于電能更易儲存、更易運輸，且充填效率與傳統汽油車相近，遠優(yōu)于電動車充電，并且單次充填燃料后的續(xù)航里程也明顯大于純電動車。因此，越來越多的車企加入到了氫燃料電池車的研發(fā)當中，其中走在前列的都是來自亞洲的企業(yè)——豐田、本田、現代，他們生產的氫燃料電池車已經量產，并投放到了世界多地市場，同時他們也在致力于打造更加完善的“氫能社會”。

　　然而就現階段而言，以純電動為主的新能源汽車遭人詬病的一大原因之一就是電力本身不夠“清潔”，而這主要是由于各地電力系統依賴火力發(fā)電造成的。其實，氫燃料電池車也同樣面臨著這種“源頭不干凈”的問題，那就是氫氣的制取。目前工業(yè)上主要依靠電解水的方式制取氫氣，而電解水所需的電能如果還是依靠傳統火電，那么它就和現階段的純電動車一樣，只是將實際的碳排放從人類聚集區(qū)轉移開了，而“0碳排放”也只是噱頭和空話。

● 破解低碳氫制取難題——豐田用風能給出解決方案

　　◆ 橫濱Hama Wing風電制氫實證實驗探究氫產業(yè)鏈

　　為解決這一問題，豐田在2015年聯合日本橫濱/川崎市政府、巖谷產業(yè)、東芝、豐田自動織機等多家機構與企業(yè)，在橫濱風力發(fā)電站（Hama Wing）開展了風力發(fā)電制造低碳氫燃料的實證實驗項目。項目的主要內容就是通過風力發(fā)電制取真正的“低碳氫”，并將氫氣供應給橫濱、川崎兩地四家企業(yè)的12輛氫燃料電池叉車，從而對整個氫能供應鏈進行初步摸索，并對供應鏈廣泛推廣的可行性進行評估。在不久前的10月份，我曾親自前往Hama Wing進行了參觀。關于這套氫能供應鏈的細節(jié)，請隨我一起往下看吧。

『實證實驗開展前的橫濱風力發(fā)電站』

　　由于周圍比較空曠，還沒到地兒，頂點高118米的Hama Wing“大電扇”就可以遠遠望到了。它坐落在橫濱市海濱的一片工業(yè)區(qū)里，周圍有多處工地、廢料回收廠等。

　　下圖展示了風電制氫實證項目的全景，項目在已有的Hama Wing風力發(fā)電機腳下增設了氫供應鏈所需的更多設備，如受電盤、配電盤、制氫穩(wěn)定化系統、水電解設備、氫氣壓縮/填充裝置等必要環(huán)節(jié)，下面我們就來一一解讀。

　　180塊回收自二手普銳斯的電池組構成了這個“大蓄電池”，由于風力發(fā)電非常容易受天氣影響——在風速過小或過大時，風力發(fā)電機都無法工作。因此，這個“大蓄電池”就用于緩沖、消除由于風力發(fā)電機工作斷續(xù)帶來的供電波動，保證下方的水電解制氫裝置可以得到持續(xù)的供電。

　　基于上圖三個裝置，氫氣完成了生產（制備）和包裝（壓縮）過程，接下來的環(huán)節(jié)就是將壓縮氫氣運輸至需求方，而載具則是下圖中這輛日野DUTRO Hybrid運氫車。

　　豐田在橫濱市中央批發(fā)市場本場蔬果部、麒麟啤酒橫濱工廠、日冷物流東扇島物流中心、中村物流川崎FAZ物流中心四家企業(yè)投放了12輛氫燃料電池叉車進行試點，分別用于短距離多頻次、重物搬運，以及低溫工作環(huán)境的驗證和測試。這款叉車充滿氫所需的時間約為3分鐘，可以支持其工作約8小時，無需像傳統純電動叉車一樣充電或換電池。

　　那么經過一段時間的實際運營，這套氫產業(yè)鏈相比傳統電動叉車和汽油叉車究竟能夠減排多少碳呢？

　　◆ 實證實驗結論：相比傳統電動/汽油叉車減碳86%/94%

　　根據官方給出的碳排放數據對比，我們不難發(fā)現，相較于傳統的汽油叉車，實證研究下的氫燃料電池叉車在總CO2排放上有著高達94%的降低，相比電動叉車也有著86%的削減。實際上，如果能解決將柴油充氫車替換成燃料電池驅動的車型的話，那么這套“低碳氫供應鏈”就基本上實現0碳排放了。

『點擊圖片可放大查看』

　　比汽油叉車減碳90%還多？看到這里，您可能認為這套氫能源供應鏈已經“非常棒呆”了。然而，它還有一個不可忽略的硬傷制約著它的推廣——成本高昂。并且，作為小規(guī)模實證實驗，其實這套風能發(fā)電系統也還是沒能完美解決因天氣不穩(wěn)定帶來的發(fā)電中斷，只能緩解短時間停止發(fā)電帶來的供電波動。

　　對于此，豐田表示將會努力壓縮風能制氫的成本，力求將制氫和壓縮氫氣這兩個環(huán)節(jié)所需的成本壓縮至當前傳統非低碳氫能源的價格，從而實現推廣。當然，這個任務也是十分艱巨的。

『東京街頭的巖谷產業(yè)加氫站』

　　此次，豐田并未透露這套尚處于實證階段的氫能源供應鏈的制氫成本，但他們透露了當前傳統來源氫能源的成本大約為1000-1500日元/千克（約合人民幣5.22-7.83元/標方）。以每輛叉車13.4標方/工作日（官方數據）的耗氫量計算，一天的加氫成本約為70-105元人民幣。而除了風能發(fā)電制氫外，豐田還將著眼于探究褐煤制氫、廢水污泥制氫方式，它們都有望成為未來低碳氫社會的重要制氫方式。

● 那些在氫燃料電池行業(yè)前列的車企，目前有哪些動作了？

　　◆ 豐田：推出Mirai后名聲大噪，今年起在華開展論證測試

　　2015年，豐田曾發(fā)布了“環(huán)境挑戰(zhàn)2050戰(zhàn)略”，其中最重要的一項挑戰(zhàn)就是——“豐田2050年全球新車平均行駛過程中二氧化碳排放量相較2010年削減90%”。主要的實現方法包括逐步推進全固態(tài)電池的研發(fā)和使用、推動SiC（硅碳化合物）功率半導體開發(fā)、動力控制總成（PCU)的高性能化和小型化，以及繼續(xù)推廣氫燃料電池車等。2020年，豐田氫燃料電池車全球年銷量目標是3萬輛以上。

『豐田Mirai』

　　具體到車型，豐田已經在2014年推出了首款量產氫燃料電池車——Mirai（未來）。截止今年10月底，該車已經在歐洲、北美、日本及阿聯酋地區(qū)累計售出了4300余輛，當下年產能為3000輛。該車定位于一款三廂緊湊型車，采用前置前驅布局，電動機最大功率155馬力，官方給出加滿氫氣后的續(xù)航里程超過550km。此前編輯朱力神曾對該車進行過試駕，您可以點擊此處查看。

『位于江蘇常熟的豐田汽車研發(fā)中心加氫站』

　　在今年10月底，豐田在位于豐田汽車研發(fā)中心的所在地江蘇常熟建立的加氫站正式落成，這也標志著為期3年的Mirai在華“實證實驗”正式開始。據悉，三年的測試內容將包括“中國使用環(huán)境下的車輛行駛調查”、“氫燃料品質調查”以及“各種品質耐久性評測”等。官方表示，未來Mirai還將引入中國、澳大利亞等地區(qū)銷售，參考此次實證實驗三年的持續(xù)期，預計Mirai登陸國內要等到202X年了。

『豐田SORA氫燃料電池巴士』

　　值得一提的是，豐田還在今年東京車展上發(fā)布了一款氫燃料電池巴士，該車被命名為“SORA”，取自日語“天空”之意。豐田表示，日本將為2020年東京奧運會和殘奧會導入100輛SORA用于公共交通。

『豐田SORA氫燃料電池巴士』

　　該車的續(xù)航可達200km，但實際投入使用時將用于日常行駛150km的公交線路。價格方面，官方給出的參考售價為1億日元/輛，約合人民幣585萬，十分昂貴。不過豐田也表示該車將得到日本政府的購置補貼，補貼后價格與同級別柴油巴士基本相同。此外，該車還可享受6年/30萬公里的原廠質保。

　　◆ 本田：CLARITY性能不輸Mirai，聯合通用持續(xù)研發(fā)中

『本田CLARITY氫燃料電池車』

　　對于同樣在氫燃料電池車領域走在前列的車企本田，其曾在2015年推出了CLARITY車型，它的續(xù)航里程和動力表現相比于豐田Mirai還要出色，其中JC08工況續(xù)航里程可達750km。兩款車型均在美國加州進行試點租售（本田CLARITY只租不賣），而由于加氫的不便利以及車價較高，兩款車的售賣/出租情況并不怎么好。

『通用/本田新子公司成立簽約儀式』

　　2017年1月，本田汽車和通用汽車宣布將合作生產新一代氫燃料電池系統，兩家公司將以50:50的比例出資在美國成立生產子公司，并力爭2020年左右開始投入量產。雙方希望通過合作減少較高的生產成本，并在該領域的競爭中保持優(yōu)勢。據悉，兩家公司分別出資4250萬美元成立子公司，其將開設在通用密歇根州工廠內，公司社長與副社長采取兩年輪換制，最初由通用派出社長，本田派出副社長。生產子公司預計新增約100名雇員。本田預測美國市場對燃料電池車的需求將不斷增大，因此將該系統的生產集中在美國。栃木縣高根澤町的工廠今后準備停產。

『本田CLARITY亮相江蘇如皋』

　　回到國內，同樣是在不久前舉辦的中國第二屆國際燃料電池汽車大會上，本田攜CLARITY進行了國內首發(fā)。不過相比于在華積極推動Mirai國內測試和加氫站建設的豐田，本田則要顯得被動許多。根據此前報道，本田將于2018年在華投放首款純電動車，然而本田截至目前還未曾提及過在華推廣氫燃料電池車的計劃。

　　◆ 現代：“入行”最早，2018年將量產新一代燃料電池車

『現代ix35 Fuel Cell燃料電池車』

　　早在2013年，現代就在海外推出了氫燃料電池版本的途勝/ix35車型（車名根據投放地區(qū)的不同而不同），該車的售價十分高昂，主要面向的是英國等地的政府部門公務用車，并未像兩年后推出的豐田Mirai和CLARITY一樣擁有相對更完善的使用環(huán)境，也未曾公開銷售。

『現代全新燃料電池車（尚未定名）』

　　不過在蟄伏幾年之后，現代又推出了新一代氫燃料電池車，該車目前尚未定名，但現代表示將于2018年量產。同樣是在上文提到的中國第二屆國際燃料電池汽車大會上，這款全新氫燃料電池車也在國內進行了首次亮相。從外觀來看，它的設計已經非常接近量產，預計后續(xù)其也將像Mirai和CLARITY一樣，在世界各地市場陸續(xù)投放普及，我們也期待該車能像Mirai一樣開啟國內測試工作，以便早日引入。

　　◆ 奔馳：世界首款插電式氫燃料電池車——GLC F-CELL PLUG-IN明年海外開售

『奔馳GLC F-CELL PLUG-IN插電式氫燃料電池車』

　　此前我們曾報道，奔馳GLC F-CELL PLUG-IN插電式氫燃料電池車將于2018年在海外市場上市，這款車采用了世界上首款插電式燃料電池技術，其中電池組由奔馳和福特共同研發(fā)，放置在發(fā)動機艙，電動機則將動力輸出到后輪，而該車也并不會推出四驅版本。據悉，GLC F-CELL PLUG-IN的續(xù)航里程預計將達到500km級別。

『奔馳GLC F-CELL PLUG-IN插電式氫燃料電池車』

　　為達到500km的續(xù)航目標，這款燃料電池車配有兩個儲氫罐，一個縱置擺放在車輛中部，另一個橫置擺放在尾部，兩個儲氫罐一共可以儲存4.3kg氫氣，官方宣稱的續(xù)航里程可以達到451km。此外，8kWh的電池組還能夠提供48km的續(xù)航里程。2018年，新車將銷往海外市場，主要面向日本及美國這些加氫站建設相對完善的地區(qū)。

　　◆ 寶馬：兩年前曾推出5系GT和i8的氫燃料電池試驗車

『寶馬5系GT eDrive氫燃料電池原型車』

『基于i8打造的氫燃料電池跑車』

　　得益于與豐田在2013年起建立了氫能源研究方面的合作，在2015年，寶馬推出了5系GT氫燃料電池版和基于i8打造的燃料電池跑車，前者最大功率245馬力，最大續(xù)航里程超過500km；而后者的最大功率為256馬力。據此前報道稱，寶馬計劃在2020年實現氫燃料電池車的量產。

● 我國的氫能源進度如何？

　　◆ 上汽集團：榮威950氫燃料電池車“秀實力”，大通V80氫燃料電池版廣州車展上市

　　在2016年，上汽榮威曾向工信部遞交了榮威950燃料電池車的申報信息，我們也曾在第一時間對其進行了曝光�；仡檨砜�，在今年上市的改款榮威950便是采用了當時燃料電池版本的外觀設計，前臉造型更加時尚。動力方面，該車采用了氫燃料電池系統，電機最大功率150馬力。參考此前車展展出的老款榮威950燃料電池版來看，其儲氫量為4.34kg，最大續(xù)航里程為400公里。

『榮威950燃料電池車申報圖』

　　截至目前，榮威950燃料電池車還沒有投放市場。不過同樣來自上汽集團的大通V80燃料電池車（大通FCV80）已經在11月17日開幕的廣州車展上正式上市了。該車的指導價格為130萬元，但在國家及地方各50萬/輛的補貼力度下，其最終的實際售價僅為30萬元，僅相當于中配的燃油版V80。

『大通V80燃料電池車（又稱FCV80）』

　　在外觀方面，大通FCV80與普通版車型基本一致，亮點在于動力上搭載了氫燃料電池+永磁同步電機，儲氫量6.2kg，電動機最大功率136馬力，峰值扭矩350牛·米，最高車速可達120km/h。除氫燃料電池外，該車還支持傳統的插電充電，不過其動力電池組容量較小，只有14.3kWh。我的同事何家榮已經對該車進行了體驗和解析，請您點擊鏈接查看：《燃料電池+無人駕駛 上汽大通FCV80解析》。

　　◆ 長城汽車：有望2022年推出首款燃料電池車

　　長城汽車目前正在推進XEV項目，其中“XEV”指代不同類型的新能源，包括PHEV（插電混動）、BEV（純電動）和FCEV（燃料電池）三個項目的開發(fā)工作。2022年，長城有望正式推出首款燃料電池車型。

　　長城汽車副總裁、XEV項目主管Tobias Brunner在演講中表示，長城XEV項目將會開發(fā)電動車與燃料電池車共用的全新平臺，目前長城已經建立研發(fā)中心，配套的工廠設施也在同步推進。根據規(guī)劃，其有望在2022年北京冬奧會期間推出第一款燃料電池車。Tobias Brunner還透露了關于產品方面的細節(jié)：高端車型的電池容量將會在80-90kWh，儲氫量5-6kg（壓力為70MPa）；而中低端車型電池組容量為60-70kWh，儲氫量則為3.5-4kg，充氣壓力會有35MPa和70MPa兩個規(guī)格。

　　◆ 中國加氫站建設現狀：算上豐田自建的那家，全國僅有6座

　　力推氫燃料電池的鄰國日本目前已經擁有了約100家對外開放的加氫站，而目前國內的加氫站僅有6座，除了原有分布在北京、上海、河南鄭州、廣東云浮、廣東佛山的5座外，上文提到的江蘇如皋豐田汽車研發(fā)中心加氫站則是第6座。

　　當然，更多加氫站也在持續(xù)建設當中。以廣東云浮為例，11月8日剛剛奠基動工的羅定加氫站將會成為云浮市第二家加氫站，預計其將于明年6月前完工。后續(xù)，云浮市還將在云浮新區(qū)、新興縣、郁南縣等多個區(qū)域持續(xù)建設氫能源設施網絡。

　　◆ 《中國燃料電池汽車發(fā)展路線圖》：2030年達到百萬輛級商業(yè)化推廣

　　2017年7月，中國汽車技術研究中心曾發(fā)布了《中國燃料電池汽車發(fā)展路線圖》報告。報告對于2020-2030年間中國燃料電池車發(fā)展給出了總體思路，包括發(fā)展目標、技術路徑和發(fā)展重點。具體來看，2020年，氫燃料電池車首先將實現在特定地區(qū)的公共服務用車領域達到5000輛規(guī)模示范應用；隨后在2025年逐步推廣至城市私人用車、公共服務用車等領域大批量應用，達到50000輛規(guī)模；最終在2030年左右，其將實現在私人用車、大型商用車領域實現百萬輛規(guī)模的商業(yè)推廣。

　　◆ 《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》：2030年產業(yè)鏈市值突破3000億元

　　2017年9月20日，上海市科委會同市經信委、市發(fā)改委研究制訂了《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》�！兑�(guī)劃》為上海市設立了近、中、長期目標，同時設立了六大任務，以加快推進上海市燃料電池汽車創(chuàng)新突破。其中，近期目標（2017-2020年）將聚集超過100家燃料電池汽車相關企業(yè)等，燃料電池汽車全產業(yè)鏈年產值突破150億元，在示范運行與推廣層面，建設加氫站5-10座、乘用車示范區(qū)2個，運行規(guī)模達到3000輛。在2030年，上海力求成為具有國際影響力的燃料電池汽車應用城市，燃料電池汽車全產業(yè)鏈年產值突破3000億元，帶動全國燃料電池產品的多元化應用。

● 關于氫燃料電池的探討：

　　了解完各大車企們的氫燃料電池車發(fā)展現狀，您可能會感覺到這些只排放水的汽車已經觸手可及了。就當下而言，各大車企的氫燃料電池技術儲備的確已經在逐步完善當中，走在前列的海內外車企們都已經推出了面向市場銷售的量產氫燃料電池車。可見，對于那些具有豐富研發(fā)實力的知名車企們來說，氫燃料電池車的制造似乎已經沒有太大的難度了。

　　但我們不妨靜下心來思考一下，其實氫燃料電池車所面臨的最大困境可能并非它們本身，而是氫燃料運輸/使用的安全性、基建設施的建立和完善，還有氫燃料制取成本的控制等等。當然對于氫燃料電池車自身而言，也有很多技術難點需要攻關，如燃料電池系統的材料、控制、功率密度、耐久性、成本等。其中，燃料電池電化學反應的催化劑需要大量的金屬鉑（也就是我們所說的鉑金），它占據成本的比重就十分可觀，而且其對氫氣純度的要求很高，否則會造成催化劑中毒，大大降低電池轉換效率。因此，在進行技術攻關、基礎設施籌備建設及商業(yè)化落地等方面，真正的“低碳氫社會”還有很長的路要走。在氫能源發(fā)展的過程當中，純電動車在新能源領域依然有著很大的優(yōu)勢。盡管碳排放仍然是純電動車的重要槽點，但在我國電力資源嚴重過剩的情況下，純電動車的推廣仍勢在必行。

　　短時間內，我們很難說氫燃料電池和純電動究竟孰優(yōu)孰劣，因為畢竟如果豐田、寶馬等多家企業(yè)正在努力研發(fā)的固態(tài)電池發(fā)生了技術突破的話，那么純電動車充電速度慢的短板又將會被補齊，而氫燃料電池車又會失去加氫快的優(yōu)勢“王牌”。在10月開幕的東京車展上，豐田汽車執(zhí)行副總裁迪迪爾·勒羅伊（Didier Leroy）先生就向外透露，目前豐田已經在固態(tài)電池領域取得了很大進展，大幅提高了續(xù)航距離。為了在2020年代初期實現商業(yè)化生產，他們正在加速研發(fā)。

　　近日，中國汽車工業(yè)協會副秘書長師建華曾在接受對話時表示：“國家新能源政策明確鼓勵燃料電池汽車發(fā)展，而且如果我們在氫的制取、成本、安全性及消費者用車需求方面實現突破和控制，那么氫燃料電池車將會是新能源汽車最為理想的結果�！边@番話說得的確沒錯，作為工業(yè)制氫的重要原料和氫燃料電池唯一的排放物，水在地球上的覆蓋面積達到了70%以上，可持續(xù)發(fā)展的特點與一次性消耗的化石燃料有很大的不同。但是，這段話中“如果”一詞后面的條件在短期內卻又實在是很難成真……

　　然而，當我們回顧從前，例如回顧鋰電池和內燃機汽車的前世今生時，誰又能料到這些在當時看起來太不完善的東西最終會成為我們日常生活中離不開的必需品呢？總結來說，對于新能源，我們需要做的就是靜觀其變。雖然氫燃料電池還不是新能源目前的理想形態(tài)和終點，雖然它與固態(tài)電池等新技術一樣也處在能源革命過程中的過渡發(fā)展階段，雖然在各類難題被攻克之前我們還沒有辦法完全認可它……但是，氫燃料電池確實也最有潛力成為終極的能源解決方案�？吹竭@里，您也不仿在評論中給出自己的見解：在您看來，哪種形式的新能源會最終脫穎而出呢？（文/汽車之家 刁昊）