74公里外的延慶海坨山區(qū),行駛著幾百輛大巴車。這些大巴車跑得了長途,開得了暖風空調(diào),補能只需6分鐘,在零下20攝氏度的環(huán)境下,照樣正常運行。
與眾不同的是,驅(qū)動它們的不是油不是電,而是氫。
今年的北京冬奧會,運行著超過1000輛氫能源汽車,配備30多個加氫站,是全球最大的一次燃料電池汽車示范。
在中國,純電動車是最主流的新能源技術(shù)路線。但鋰電池有一些弱點,比如在零下十幾度的天氣里,電解液會被凍住完全無法工作。而這次冬奧會70%以上的賽事都在山地,山上的溫度低于零下20攝氏度。
不怪乎有人評論,“氫能源車能處,有事兒它真上”。
問題是,這樣一個全能型的,堪稱“六邊形”戰(zhàn)士的氫能源車,怎么就沒在大街上看到幾輛?未來的某一天,我們能開上這樣一輛沒有里程焦慮的車嗎?
一個堪稱完美的解決方案
氫燃料電池汽車,被喻為近乎完美的車用能源“終極形式”。
不用說太多,我們隨便挑幾個關(guān)鍵點。
足夠環(huán)保。每公斤汽油,燃燒以后產(chǎn)生2.9251公斤的二氧化碳。而氫能源車,以宇宙中最豐富和最清潔能源——氫氣為能量來源,排放只有水,不會產(chǎn)生任何污染物質(zhì)。
能源取之不盡用之不竭。氫能源是著名的可再生能源,除了用工業(yè)副產(chǎn)品制氫外,還可通過煤制氫以及利用光伏、風電等可再生能源電解水制氫。
高效。氫能的能量密度是汽油的3倍,鋰電池的150倍。依靠這種超高能量密度驅(qū)動的車輛,續(xù)航里程很容易達到甚至超過現(xiàn)有燃油汽車。北美市場銷售的豐田Mirai新車型,在海外測試中的實測續(xù)航里程達到了1003公里。
完美避開純電車的各種缺陷——不怕低溫、補能只需幾分鐘。這次冬奧會期間投入使用的氫能源車,已經(jīng)能夠做到零下三十度以下的冷啟動。
學過化學的朋友都知道,氫和氧發(fā)生化學反應(yīng),會產(chǎn)生能量和水。這也是氫能源車的基本工作原理。
具體路徑上,氫能源車目前衍生出兩種技術(shù)路線。既然氫氣是一種可燃氣體,自然可以通過內(nèi)燃機燃燒使用,由此誕生了一派專門研發(fā)氫能內(nèi)燃機。但是直接燃燒氫氣,十分危險。
市場更多的是選擇氫燃料電池的路線。氫燃料電池車依靠氫燃料電池電堆中的氫氣與氧氣發(fā)生電化學反應(yīng)產(chǎn)生電能驅(qū)動。
總結(jié)來說,相比于純電車,氫能車續(xù)航長、加氫快,沒有里程焦慮;相比于燃油車來說,氫能源車足夠清潔環(huán)保。
光環(huán)背后的缺陷
從理論上看,氫能源汽車代表了未來,氫燃料電池技術(shù)足以完爆石油與鋰電池。不過殘酷的現(xiàn)實是,氫能源汽車被電動車、混動車燃油車按在地上摩擦。
2021年,僅特斯拉一家就賣出了93.6萬臺電動車。至于氫能源車,全球加起來也比不上特斯拉銷量的零頭。
2020年全球共售出氫能源汽車9006臺,其中美國937臺、中國1177臺、韓國5823臺。中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2016年至2020年,國內(nèi)五年累計銷量僅為7100臺。這次北京冬奧會運行的超過1000輛氫能源汽車,也僅僅是示范試點而已。這么多年下來,氫能源車的發(fā)展猶如龜速般緩慢。當年押寶氫能源路線的公司,現(xiàn)在紛紛逃離。
2020年4月23日,戴姆勒旗下的梅賽德斯-奔馳宣布終止開發(fā)氫燃料電池乘用車的計劃,并將停止生產(chǎn)唯一的燃料電池車型GLC F-CELL。2021年6月,上汽集團發(fā)布公告決定終止燃料電池汽車前瞻技術(shù)項目的研發(fā)。
上世紀70年代,日本就已經(jīng)押寶氫能源。然而,日本車企巨頭本田的新任CEO三部敏宏(Toshiro Mibe)自己打起了退堂鼓:本田在10年前已確定氫燃料技術(shù)不會成為主流。
德清動力創(chuàng)始人兼總工程師陳啟忠告訴深途:“氫能源汽車發(fā)展的最大難題在于高成本——全生命周期的成本。”
電動車當年也很貴,尤其是占據(jù)成本40%的鋰電池價格居高不下。但是隨著大規(guī)模的量產(chǎn),分攤了高昂的研發(fā)成本和生產(chǎn)成本。電動車的成本逐漸下降。
但是氫能源車不同。氫氣并不單獨存在于這個世界,它需要制氫、運氫、儲氫、加氫四個過程,每個環(huán)節(jié)的成本都不低。
氫氣的價格太高,當前售價約為60-80元/kg。以10.5米級氫燃料電池客車為例,氫氣價格如果是60元/kg ,一個氫燃料電池客車平均每年至少花費30.2萬元在購買使用氫氣上。
氫氣屬性活躍,運送、儲存氫氣同樣是個難題。國內(nèi)主要是用氣態(tài)的方式來儲存和運輸氫氣。這種方式成本較低,但即便如此運輸成本也高達10元/100km。而且在運輸環(huán)節(jié),40噸重的長管拖車大約只能運輸400kg的氫氣,效率極低。
加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施配套也還很不完善。在2021年底,英國只有12個加氫站,遠遠低于加油站和公共充電點的數(shù)量。中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示,截至2020年底,國內(nèi)累計建成加氫站剛超過110座。
不算上氫,一輛氫能源車的造價同樣昂貴。和電動車一樣,氫能源車的核心結(jié)構(gòu)是氫燃料電池系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要分為四個部分:電堆、供氫系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)。其中電堆成本最高。
在燃料電池堆中,需要靠鉑作為催化劑——沒錯就是比黃金更稀有的鉑金。添加這么一個貴金屬,想不貴都難。目前,每千瓦電堆的售價為:石墨板二千元左右,金屬板三千元左右。
“燃料電池成本較高導致氫能源車的購車成本較高。” 陳啟忠說。
2020年12月,豐田宣布第二代Mirai正式上市,最低售價為570萬日元(約合人民幣35.71萬元)。
“資金投入不足也是限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一個客觀原因。” 陳啟忠補充道。新一代能源車發(fā)展有兩個方向,一個是鋰電池電動車方向,一個是氫能源汽車方向。但很少有主機廠選擇兩條腿走路,畢竟每一個技術(shù)路線都非常燒錢。而目前,只有少數(shù)的主機廠選擇了繼續(xù)研發(fā)氫能源。
啥時候能開上氫能源車?
那人們還有機會買到一輛超長續(xù)航、零排放的氫能源車嗎?
夠嗆。
大眾汽車集團CEO赫伯特·迪斯直接否定了氫能源乘用車:“你們不會看到任何氫能源的乘用車,在大規(guī)模市場中應(yīng)用氫燃料電池技術(shù)的想法太過樂觀了,10年內(nèi)都不可能,因為這背后的物理學邏輯不合理。”
這倒不是因為迪斯吃不到葡萄說葡萄酸,相反,迪斯看的很明白。
前面提到的,制氫、儲氫、運氫、加氫以及電池成本,每一環(huán)節(jié)都是阻攔在量產(chǎn)前面的一座大山。
更關(guān)鍵是,電動車市場已經(jīng)爆發(fā),氫能源車快馬加鞭也很難趕上。
清華大學教授歐陽明高曾發(fā)文指出:“燃料電池轎車,要想與純電動轎車競爭是不太可能的?,F(xiàn)在純電動轎車市場已經(jīng)爆發(fā),中長期看也不太可能改變?yōu)闅淙剂?。但是局部市場是有的,比如現(xiàn)在有性能很好的燃料電池轎車,今后5年賣出1萬輛是可能的,畢竟燃料電池轎車的粉絲不少。”
“所以,行業(yè)的共識是,氫能源更適宜長途運輸場景,而電動車更適宜城市配送、城市巴士、區(qū)域運輸。”陳啟忠指出。
比如重卡,其路線相對固定,以高速公路為主。那么人們只需要在固定路線上建設(shè)幾個加氫站就可以了,沒必要類似電動車一樣把加氫站全國范圍內(nèi)鋪開。在加氫站上的投入要遠小于乘用車,成本也會降低不少。
但要真的實現(xiàn)以氫能源為動力的卡車、長途汽車在路上跑,還是有很長的一段路要求。
陳啟忠給出了兩個方案:第一,降低氫氣成本,這個需要等待一段時間,約5-10年。第二,改進“燃料電池”技術(shù)。比如,拓寬燃料適應(yīng)性,燃料電池除了用氫氣作為燃料以外,技術(shù)上應(yīng)該允許直接使用天燃氣、煤氣等其他燃料,避開氫氣價格居高不下的影響。除此之外提高產(chǎn)品額定功率,提高燃料效率。
“燃料電池技術(shù)指標的提升或改進,可以讓燃料電池技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。”陳啟忠總結(jié)道。
再回頭看最初的那個問題,氫能源車能叫板電動車嗎?
從世界范圍來看,鋰電池已經(jīng)占據(jù)了主流,氫能源車很難成為“下一個電動車”。但氫能源確實是風口,只不過這股風吹向了商用車。更形象一點說,它們都是從“減少碳排放”這個站點出發(fā),如今行駛在不同軌道上,電動車這條技術(shù)路線跑得更快,但是氫能源也漸漸找到了自己的節(jié)奏和玩法。
原標題:冬奧走紅的氫能源車,你開不起