日本想用氫燃料車來與純電動車一爭高下,馬斯克:別傻了

作者 | 發布日期 2017 年 04 月 28 日 7:15 | 分類 電動車 , 電池 follow us in feedly

20 年前,豐田用寓意「超前」的 Prius 給首款混合動力轎車命名,寫好了環保汽車史的序章;20 年後,豐田再度用寓意「未來」的 Mirai 給首款燃料電池(Fuel Cell)汽車命名,這會帶來新能源汽車的又一場革命嗎?



▲ 日益壯大的 Prius 系列已成為環保汽車的標誌。

日本是全球首個明確推進燃料電池汽車應用的國家,日本經濟產業省(METI)早在 2013 年就為燃料電池汽車產業制定「氫燃料電池車普及策略」,並在 2016 年再度上調發展預期。按照這份激進的計畫,日本將在 2020 年東京奧運會之際擁有 4 萬台燃料電池汽車,2025 年達到 25 萬台,而終極目標是在 2030 年達到 80 萬台。

與之對比的是,日本國內現在只有豐田和本田兩家拿出商業化的燃料電池汽車產品,且每家只有一款可選。

▲ 本田 Clarity,是日本國內能買到的另一款燃料電池汽車。

我們不僅是大自然的搬運工,我們還生產水

「燃料電池」是一個人人聽過卻無人能解釋清楚的名詞。要強調的是,這裡的「燃料」與「燃燒」沒有任何關係,燃料電池可將燃料中的化學能直接生成電能,與傳統電池類似「蓄水池」儲存電能相比,燃料電池是一台可發電的「造水機」。

目前燃料電池汽車廣泛採用的是氫─氧燃料電池,學過高中化學的都知道水的化學方程式是 H₂O,而氫氧燃料電池產生作用的過程就是水被電離分解的相反過程。電池內部簡單分為正極和負極,正負極之間為電解質架構。

工作流程中,燃料罐中的氫氣被引入燃料電池的負極,氫氣在此分解為氫離子和電子,氫離子融入電解質中,行駛中的流入的空氣導入正極,其中氧離子遇到融入電解質的氫離子合成水,電子則從負極流向正極的過程中形成電流,驅動車輛前進。

「唯一排放到環境中的是水」是所有燃料電池汽車必備的宣傳語,再加上氫為地球上含量最高的元素且氫氣為可再生能源,這都讓燃料電池汽車具備極高的環保特徴。

(Source:豐田 Miria 廣告

同時,燃料電池汽車也順道具備了燃油車的幾大優點:首先是添加燃料速度極快,一般 3 分鐘左右即可完成加氣過程;其次是燃料電池汽車的續航極為理想,目前量產車加一次氣可達到近 700 公里的總里程;再來,氫氣罐的體積可控,與蓄電池汽車想要增加電池容量就要佔更多空間不同,燃料電池更適合卡車、皮卡等貨車。最後,燃料電池汽車在燃料衰減,易維護程度方面也直逼燃油車,在生命結束週期結束後也無需像鋰電池要回收處理。

馬斯克:這不是燃料電池,這是傻瓜電池

然而,看起來很美很環保的燃料電池汽車,卻遭到電動車巨擘、特斯拉 CEO 馬斯克潑冷水。他接受汽車媒體 Automotive News 採訪時,馬斯克在鏡頭前公然宣稱燃料電池汽車非常傻(Extremely Silly),電動車陣營同室操戈,究竟為何?

(Source:musk hydrogen

燃料電池的「燃料」是氫氣,但氫氣並不是可從自然界直接抓到的產物。從生成氫氣到灌到車裡,消耗能源造成污染的環節還有 3 個。一是製造氫氣,二是壓縮氫氣,三是運輸氫氣,在現有技術條件下,這 3 個步驟的能源利用率都不高。

以最重要的生成氫氣來說,電解水和甲烷製氫是業界兩種主流方法。電解水生成氫氣的能源轉化率只有 25% 左右,雖然已經有廠商嘗試用太陽能發電來電解水,但是用電能電解水生成氫氣,再用氫氣發電的方式多少有點曲折。甲烷製氫的效率略高,代價是會生成有毒的一氧化碳,如果用燃燒去除一氧化碳,又會得到更多二氧化碳,都得不償失。

美國加州大學歐文分校(University of California,Irvine)APEP 研究小組(Advanced Power and Energy Program)的研究結果顯示,現有技術條件下,傳統充電式電動車要比燃料電池汽車更節省能源。

(Source:APEP

雞不便宜,蛋也挺貴

幾乎每個在北京購買新能源車的人都會發愁去哪充電的問題,這個問題在燃料電池汽車上尤甚,畢竟燃料電池汽車需要的加氫站在當今世界可是稀有物種。

對城市基礎建設而言,加氫站和燃料電池汽車間的關係就是雞與蛋的關係,沒有足夠的車量,政府和商家看不到投資加氫站的獲利空間;反過來說,沒有便利的加氫網路,私人車主也很難下購買燃料電池汽車的決心。

由於氫氣本身易燃,再加上要用高壓液態的方式儲存,使得加氫站所用的儲氫罐和管路都必須採用高價材料搭建,單體成本遠高於特斯拉的超級充電站。

在豐田給車主的加氫站地圖網站上可以看到,美國境內全部的加氫站都集中在加州為主的西海岸周邊,車主想要橫跨東西海岸長途旅行還是不可能的事。參照特斯拉在完成美國主幹線的充電網路後取得的井噴式銷量增長,目前燃料電池汽車要走的路難且長。

(Source:豐田

另一方面,產能過小導致成本偏高也在燃料電池汽車身上重演,豐田 Mirai 在元町工廠的日產量只有 10 輛,運到美國後的總車售價達近 6 萬美元,這價位在傳統燃油車中已經可以買到高配的豪華品牌車輛了。如當年 Prius 和新能源車在中國生根發芽的過程一樣,政府補貼是促進普及的重要舉措,也會成為工業能否崛起的勝負點。

錢不是問題,技術是

對於任一項意圖挑戰現有市場秩序的產物來說,只談成本未免有點眼界過小。回到文首,日本大力推廣燃料電池汽車除了為東京奧運形象宣傳,以及島內能源匱乏使傳統電池不易普及,更重要的還是看重燃料電池汽車更優秀的用戶體驗。傳統燃油車的維護使用方式加上普通電動車的行動平穩性,從任何角度來說都是購車者的好選擇。銷量增長後,成本下降也必然可期。

如同傳統燃油車,核心技術的困擾才是燃料電池汽車普及的最大障礙,造氫、儲能、電池核心元件、儲氫罐稀缺材料等多方面問題,都需要物理、化學、工程等跨多個基礎領域的發展才能緩解,就像特斯拉電池密度的問題,成為未來幾年的長期桎梏。一旦這些領域取得突破,燃料電池汽車一定會在主流舞台大放異彩,畢竟,跟著優秀的用戶體驗走,永遠不會出錯。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:豐田

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