氫燃料電池搭不上新能源大潮的快車

純電動(dòng)汽車是不是終極形式的新能源汽車，氫燃料電池有沒有美好的未來，會(huì)不會(huì)替代純電動(dòng)汽車？每隔一段時(shí)間，國(guó)內(nèi)的新能源汽車行業(yè)都得來這么一波熱議，尤其在電動(dòng)汽車連續(xù)大爆發(fā)的這兩年里，氫燃料電池的支持者們更加焦慮了。

熱議的焦點(diǎn)當(dāng)然不是氫燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)力性有多強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性有多好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力有多出色。因?yàn)?，在這三個(gè)與在汽車上的商業(yè)化應(yīng)用密切相關(guān)的指標(biāo)上，氫燃料電池通通不敵鋰電池。

論動(dòng)力性，氫燃料電池離不開鋰電池的調(diào)峰削谷，論經(jīng)濟(jì)性，氫燃料電池技術(shù)受限于鉑金催化劑的昂貴，遠(yuǎn)沒有達(dá)到可大規(guī)模量產(chǎn)并降低成本的地步，論動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，本身不儲(chǔ)存電量、需要通過氧化還原反應(yīng)實(shí)時(shí)發(fā)電的氫燃料電池當(dāng)然不敵已經(jīng)存好了電、可以隨時(shí)放電的鋰電池。

講成本，豐田第二代Mirai定價(jià)75萬，長(zhǎng)安深藍(lán)SL03氫電版70萬，增程版不到17萬！

講性能，氫燃料電池雖然有“電池”二字，但嚴(yán)格來說，它只是一種通過氧化還原反應(yīng)發(fā)電的發(fā)電機(jī)，所以，即便是動(dòng)力響應(yīng)速度最快的質(zhì)子交換膜氫燃料電池，其啟動(dòng)時(shí)間也需要三到五秒，難以滿足汽車不斷加速、減速的工況要求。

既然如此，氫燃料電池的擁躉者們?yōu)槭裁催€如此地充滿期待呢？

他們自信心爆滿的依據(jù)主要來自兩點(diǎn)：能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰電池、可以實(shí)現(xiàn)零排放?？杀氖牵@兩點(diǎn)論據(jù)其實(shí)都站不住腳！

能量密度的正本清源

氫燃料電池的支持者有一種罔顧科學(xué)的迷之自信，他們認(rèn)為，氫氣的能量密度為120MJ/kg，換算到電量形式，相當(dāng)于33.3kwh/kg，而當(dāng)前能量密度最高的高鎳三元鋰電池能量密度也僅為300wh/kg，所以，兩者存在上百倍的差距！

但是，這種對(duì)比犯了一個(gè)很明顯的錯(cuò)誤-錯(cuò)把氫氣的能量密度和氫燃料電池系統(tǒng)的能量密度混淆了！

氫氣只是氫燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)物之一，在重量上更是微不足道的‘之一’。倘若直接比較反應(yīng)物本身的能量密度，金屬鋰的能量密度為43MJ/kg，對(duì)應(yīng)11.9kwh/kg，也能達(dá)到氫氣的36%左右。

所以，真正應(yīng)該拿來對(duì)比的是氫燃料電池系統(tǒng)和鋰電池組的能量密度。

注意，這里說的氫燃料電池系統(tǒng)，既不是單片燃料電池，也不是多片燃料電池串聯(lián)在一起的電堆，而是包括電堆、氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、PTC、空調(diào)、空氣壓縮機(jī)、高壓氫氣罐、氫氣循環(huán)泵、DC-DC所有零部件在內(nèi)的氫燃料電池系統(tǒng)。

氫燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

這里的每個(gè)部件都是必不可少的，根據(jù)氫燃料電池的本質(zhì)-氫氣、氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，釋放電子和熱，排放水，簡(jiǎn)單地給大家捋一捋每個(gè)部分的作用。

氫燃料電池氧化還原反應(yīng)

氫氣這邊，存儲(chǔ)在35/70兆帕（350/700bar）的‘氫氣儲(chǔ)存罐’里，先通過‘氫氣壓力調(diào)節(jié)器’減壓到10bar左右，再通過‘熱交換器’加熱到60-80度（質(zhì)子交換膜燃料電池），再進(jìn)入燃料電池組，通過‘氫氣循環(huán)泵’參與下一輪氧化還原反應(yīng)循環(huán)。

氧氣這邊，先將大氣壓（約等于1bar）空氣通過‘空氣壓縮機(jī)’增壓到5-10bar，再通過‘空氣加濕、過濾器’將對(duì)鉑金催化劑有害的二氧化硫和顆粒過濾掉，再送入燃料電池組。

產(chǎn)生的水要排掉，產(chǎn)生的熱要及時(shí)散掉，這就需要用到水箱和水泵。

另外，由于燃料電池單片一致性的原因，燃料電池堆不會(huì)串聯(lián)太多單片電池，所以，電堆發(fā)出來的電壓比較低，無法直接用到電機(jī)等高壓部件上，需要通過DC-DC把它升壓到400V左右且穩(wěn)定的直流電壓。

這還不算完，單片燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，如圖3所示。氫氣和空氣要通過‘流道’進(jìn)入，通過‘氣體擴(kuò)散層’均勻地彌漫到‘催化劑’表面上，最中間是只允許氫離子通過的‘質(zhì)子交換膜’。從單片燃料電池到電池堆，最外面的燃料電池的流道外面還有集電極，集電極外面還有將這些燃料電池壓合在一起的端板。

質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)

這么一番折騰下來，氫燃料電池系統(tǒng)目前的水平可做到600wh/kg，大概是高鎳高能量密度鋰電池的2倍。所以，氫氣的超高能量密度只是拿來看看的一個(gè)數(shù)字而已！

零排放的誤解

如果問國(guó)內(nèi)新能源汽車行業(yè)的熱搜主題詞是啥，人們大都會(huì)說麒麟電池、刀片電池、八合一電驅(qū)、華為車機(jī)、理想五聯(lián)屏、沉浸體驗(yàn)，很少有人會(huì)提起碳排放這個(gè)詞了。

三電產(chǎn)業(yè)鏈蒸蒸日上，追求盈利的純電動(dòng)車企都下場(chǎng)搞電池，志在緩解用戶里程焦慮的純電動(dòng)車企都發(fā)力集成電驅(qū)。智能產(chǎn)業(yè)鏈如火如荼，在華為問界的帶領(lǐng)下，大家在智能座艙上卷得一塌糊涂，在特斯拉的帶動(dòng)下，輔助駕駛搞得熱火朝天。

‘碳減排’早已經(jīng)不是國(guó)內(nèi)新能源汽車行業(yè)的熱搜主題詞了，君不見，傳統(tǒng)車企都拿碳減排效果極差的混合動(dòng)力汽車作為彎道超車新勢(shì)力的重要突破口了？

當(dāng)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化成了炙手可熱的賽道，大功率電機(jī)、高能量密度電池、大算力芯片、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能，各種關(guān)鍵詞占據(jù)了人們的思想空間，碳排放、碳減排必然漸漸淪落為不再被人們記起的生僻詞。

氫燃料電池汽車的擁躉者們每每為此痛心疾首，并宣稱只有氫燃料才是完美的汽車能源，因?yàn)椋剂想姵氐娜剂鲜菤浜脱?，生成物是清潔的水，不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車！

且慢，氫燃料電池汽車當(dāng)然比混合動(dòng)力更減排，但是，它真的比純電動(dòng)汽車更減排嗎？

氫燃料電池只排放水，鋰電池同樣是啥也不排放?？墒?，為何在大家的認(rèn)知里，純電動(dòng)汽車并不是零排放呢？

首先，這要感謝豐田的‘宣傳’。這家早早布局了混合動(dòng)力、卻在電動(dòng)化之路上步履蹣跚的車企，有一位意志不大堅(jiān)定的掌門人，到現(xiàn)在還經(jīng)常拿現(xiàn)階段發(fā)電過程會(huì)產(chǎn)生大量碳排放為由反對(duì)純電動(dòng)汽車，鼓吹氫燃料電池汽車，執(zhí)著的勁頭無人能比！

在進(jìn)行氫燃料電池和純電動(dòng)汽車的比較之前，首先需要引入“全生命周期碳排放”的概念。顧名思義，全生命周期碳排放指的是產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期內(nèi)的碳排放，包括從需求分析、設(shè)計(jì)、制造、銷售、使用、維修、報(bào)廢到回收再生的整個(gè)時(shí)間，可分成兩大周期-車輛周期和燃料周期。

全生命周期

以火力發(fā)電占到總發(fā)電量的七成為由反對(duì)純電動(dòng)、鼓吹氫燃料汽車的，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，當(dāng)前氫氣制備以燃燒天然氣或煤的灰氫為主，灰氫占比超過了90%，遠(yuǎn)超當(dāng)前火電的70%，所以，根據(jù)圖5，當(dāng)前以灰氫為主的氫燃料電池汽車的碳排放連混合動(dòng)力都不如，由遑論與純電動(dòng)一較高下呢？

真以最終形態(tài)對(duì)決的話，即純電動(dòng)車用綠電，氫燃料電池車用綠氫，氫燃料電池的全生命周期碳排放也在純電動(dòng)汽車之上！

綠電和綠氫的實(shí)現(xiàn)，其實(shí)都取決于可再生能源發(fā)電的發(fā)展，從目前進(jìn)度來看，要走到終點(diǎn)，至少還需要二十年的時(shí)間。

不同動(dòng)力類型車全生命周期碳排放對(duì)比

寫在最后

從政策層面來看，國(guó)家對(duì)新能源汽車的技術(shù)路線并不存在厚此薄彼之分，在新能源汽車發(fā)展伊始，國(guó)家就部署了“三縱三橫”戰(zhàn)略，所謂三縱便是混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車，這里的燃料電池汽車包括氫燃料電池汽車和吉利搞的甲醇汽車。

但是，在企業(yè)具體抉擇技術(shù)路線的時(shí)候，不能只見政府的產(chǎn)業(yè)政策，不見企業(yè)家精神；不能只見政策對(duì)于某一個(gè)技術(shù)路線的支持，而忽略企業(yè)在技術(shù)路線上所做的選擇。

純電動(dòng)和混合動(dòng)力是國(guó)內(nèi)車企主動(dòng)選擇的大方向和大趨勢(shì)，它不是靠政府的政策規(guī)劃出來的，也不是憑借主觀意志創(chuàng)造出來的，而是由市場(chǎng)需求需求決定的。

當(dāng)然，我們也不是完全放棄了氫燃料電池的技術(shù)路線，前段時(shí)間，在上海市政府舉行的解讀新一輪《上海市交通發(fā)展白皮書》的新聞發(fā)布會(huì)上，上海經(jīng)信委副主任透露，上海將積極推動(dòng)公交和環(huán)衛(wèi)等領(lǐng)域開展氫燃料電池示范應(yīng)用，2025年力爭(zhēng)達(dá)到1萬輛規(guī)模，最近北京給的通知里也大致是這樣一個(gè)規(guī)模。

從參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的角度來看，國(guó)內(nèi)車企一定要控制好節(jié)奏，比如長(zhǎng)城、長(zhǎng)安和埃安都在搞預(yù)研，小批量生產(chǎn)，但是，最好是等氫燃料電池專利過了專利保護(hù)期，咱在來個(gè)大干快上，到時(shí)坐收漁翁之利，豈不美哉！