德勤氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书

本白皮书回答了行业高管和外界人士最关心的问题— 燃料电池汽车的商业可行性如何，以及它们对环境的 影响如何?

我们采取了自下而上的总拥有成本分析法(“TCO”)，对美国、中国及欧洲的 氢能源车进行了跨度长达13年的深入分析。

通过我们的TCO模型测算，2019年燃料 电池车的每百公里总拥有成本约比纯电 动车及燃料车分别高40%及90%左右。从 购买成本看，较高的燃料电池系统价格及 因为缺乏规模效应导致的零部件成本加 价是购买成本较高的主要原因;从运营成 本来看，较高的氢气价格是当前运营成本 高昂的主要原因。

然而，预计到2026年，燃料电池车的TCO 将会开始低于纯电动车，到2027年，燃料 电池车TCO将会开始低于燃油车。总体来看，我们预计未来10年内燃料电池车TCO 将会降低50%，燃料电池系统及氢气价格下降是主要驱动因素。其中燃料系统成本 预计到2029年将下降超过50%。燃料电 池系统成本下降空间较大，主要是因为当 前燃料电池系统价格高企是由于高技术 门槛和高制造成本导致的，而不是由于原 材料成本较高导致的。

当前有很多观点认 为燃料电池价格较高的原因是使用了铂 金作为催化剂，但实际上，铂金的成本在 燃料电池系统总体成本中占比不到1%。与 之相反，锂电池的金属材料成本如锂和钴 则在电池总体成本中占据了很大比例。因 此，技术进步及大规模生产可以驱动燃料 电池系统价格显著下降。

运营成本方面， 其下降的主要驱动因素是氢气价格，受益 于更多的可再生能源将用于氢气生产(目 前由可再生能源生产的氢气占比还不到 5%)及相关运输及存储技术的提升，预计 氢气价格将在美国、中国、欧洲等国家和 地区均明显下降。

燃料电池简介

1.1 什么是燃料电池

广义上来讲，燃料电池是通过化学反 应，将燃料及氧化剂中蕴含的化学能转 换为电能的装置。最近，燃料电池这个词几乎被专门用来形容以氢作为燃料的 反应堆。

如图1所示，燃料电池反应原理如下：氢 气首先进入燃料电池的氢电极（称为阳 极）（步骤1），然后氢气与覆盖在阳极 上的催化剂反应，释放电子形成带正电 荷的氢离子（步骤2），氢离子穿过电解 液到达阴极（步骤3）。然而，电子不能 通过电解液，相反，电子流入电路，形 成电流，产生电能（步骤4）。在阴极， 催化剂使氢离子与空气中的氧结合形成 水，水是燃料电池反应中的唯一副产品 （步骤5）。

燃料电池可以简单的根据电解液的 不同分为几种不同的类别，主要的 燃料电池类型包括：质子交换膜 燃料电池（“PEM”），碱性燃料 电池（“AFC”），磷酸燃料电池（“PAFC”），固体氧化物燃料电池 （“SOFC”）以及熔融碳酸盐燃料电 池（“MCFC”）。图2对不同燃料电 池进行了对比。PEM目前是处于商业 化最前沿的燃料电池，因为PEM可以在50-100摄氏度下运行，启动时间较短， 同时对氧化剂要求较低，空气就可以作 为其氧化剂来源。这些特性使得PEM 成为汽车能源的理想解决方案，并且使 得PEM从20世纪90年代开始得到了快速 发展。

氢燃料电池可以被广泛的应用于各个场景中，主要的应用可以被分为3类：交通、固定电源及其他（图3）

1.2 燃料电池及燃料电池车发展历史

燃料电池并不是一个新产物，最早的燃料 电池可以追溯到1839年，是由威尔士科 学家威廉·格罗夫发明出的原型12。然而燃 料电池车首次成为焦点是在20世纪70年 代—石油危机推动了氢燃料电池在汽 车上的应用14。在接下来的几十年，不同 国家和地区的科学家为了推动燃料电池车的发展做了不懈的努力14。在多年的研 发投入下，丰田在2014年推出了全球第一 辆商业化的燃料电池车。在此之后，燃料 电池车在公众眼中不再是一个只存在于 实验室中的车型，而是驱动未来汽车变化 的主要技术之一。从2014年开始至今， 中国、美国、日本及欧洲的一些国家开始 着力于推动氢燃料电池技术的发展14。图4列举了关于燃料电池及燃料电池车的发 展简史 。通过政府政策鼓励、技术进步 及产业参与度提升等多方面的投入，燃料 电池的应用已经进入了一个黄金时代。

1.3 不同国家及地区的氢燃料及燃料电 池发展情况

与大多数先进技术一样，燃料电池技术 在初始研发时对政府的政策依赖较高。中国、美国、欧州、日本等国家政府出 于不同的原因，都不同程度出台了相关政策及鼓励措施，促进了燃料电池产业 的发展，并在燃料电池核心技术研究上 进行了大量投资。上述国家对燃料电池 的发展制定了补贴政策和中长期战略规 划，通过对各国政府政策及产业发展的 分析，可以获得各国氢燃料及燃料电池的政策端启示。图5对每个国家的氢燃 料相关政策重点进行了概括，我们将在 后续的文章中进一步详细讨论。

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燃料电池车 应用概述

2.1：燃料电池车的基本部件

如图11所示，与大部分现代化汽车一 样，燃料电池车由四个基本模块组成：动力系统、底盘、汽车电子系统和车身。动力系统通过燃料电池系统和电 动机为汽车提供动力。这种能量来源于 氢，氢储存在车辆的压力罐中。燃料 电池堆将这些能量转化为电能，并由电 池作为辅助一同驱动电动机。这与纯电 动车的原理没有太大不同，但是燃料电 池车的电池容量要小得多。因为纯电动 车的电池用于储存驱动汽车所需的全部 能量，而燃料电池车只需使用电池来辅助稳定燃料电池的输出功率：在功率需 求较低时吸收额外的电力，在功率需求 大时释放电力。

从理论上讲，纯电动车具有更高的能源效 率，正如我们将在第4节中讨论的那样，但 是过大的电池重量降低了这种优势，特别 是对于长途运输用的重型车辆。纯电动车 必须为每多行驶一英里增加更多的电池容 量，从而给车辆增加额外的重量。比如 在特斯拉的电动重卡模型中，预计其电池 重量可以达到4.5吨。而燃料电池车就没 有这样的问题，因为其所携带的氢气质量 远小于同等能量所需的电池质量。这是因 为氢具有更高的比能—大约120MJ/kg， 而电池的比能是5MJ/kg。

除了动力系统，车辆的其他部件基本上 是相同的。车辆底盘包括传动、转向、制 动和行驶系统。车辆电子系统主要由底 盘控制系统，安全系统和车辆电子产品 比如信息娱乐/通信，高级驾驶辅助系统 （“ ADAS”）以及传感器等构成。最后， 车身包括车身主体、座椅和内饰。

在燃料电池车中，燃料电池系统由燃料 电池组和辅助系统组成。如下图12所 示，燃料电池堆是核心部件，它将化 学能转化为电能为汽车提供动力。燃料 堆的详细原理已在第1节中说明，因此这 里不再赘述。

燃料电池系统除燃料电池堆外，还有四 个辅助系统：供氢系统、供气系统、水 管理系统和热管理系统 。供氢系统将 氢从氢气罐输送到燃料电池堆；由空气 过滤器、空气压缩机和加湿器组成的供 气系统为燃料电池堆提供氧气；水热 管理系统采用独立的水和冷却剂回路 99来消除废热和反应产物（水） 。通过 热管理系统，可以从燃料电池中获取热 量来加热车辆的驾驶室等，提高车辆的 效率。

燃料电池系统产生的电力通过动力控制单 元（“ PCU”）传到电动机，在电池的辅助 下，在需要时提供额外的电力。

如图13所示，燃料电池车与其他车辆的 主要区别在于动力系统。所有其他零部 件本质上是相似的，因此这里没有突出 显示。

燃料电池车和纯电动车通过电动机将电 能转化为动能，而汽油和柴油车在内燃 机中将燃料燃烧产生的热能转化为动 能 。

燃料电池车和纯电动汽车的主要区别在 于电的来源。与燃料电池车不同的是， 纯电动汽车的全部能量来自其电池组， 电池组在充电站进行外部充电。

2.2：燃料电池车，纯电动汽车和燃油车 在不同车辆类型中的应用

如前所述，燃料电池车由于其简单性和 灵活性而具有广泛的应用场景。燃料电 池车和电动车都是为了促进零排放和可 持续交通系统所采用的传统燃油车的替 代方案。如图14所示，许多国家都出 台了禁止燃油车的政策。使用燃料电 池车和电动车这类的清洁能源汽车已经 成为不可否认的未来趋势。

与燃料电池车相比，纯电动车的开发和应 用在大多数场景中更加成熟，但由于电池 重量和续航里程问题而受到限制。

如图15所示，纯电动车的真实环境续航里 程通常比其官方公布的实验路况下的续 航里程有较大的折扣。电池性能也容易受 到外界环境的影响，如图16所示，低温对 续航里程影响较大。

此外，燃料电池车提供了与传统燃油车类 似的加油体验—不需要充电站基础设 施，而这种充电站基础设施在住宅区和高 速公路沿线是很难实现的。纯电动车及 其充电站基础设施的全面商业化将对电 网系统产生影响。英国国家电网预测，到 2050年，电动车的电力需求将在45太瓦 时左右，约占全国电力需求的10%。

自本世纪初以来，不同类别的燃料电池车 已经开始逐步进入了原型设计和生产阶 段，经过政府和业内人士多年的努力，现 在几乎所有车辆类型都有燃料电池车的产品或原型（图17）。对于乘用车而言，燃 料电池车已经可以进行商业化应用了，但 由于加氢基础设施有限，且购置成本高， 因而当前使用率仍较低。在商用车领域，叉车、公交车、轻型和中型卡车一直 处于燃料电池商用车应用的前沿 。

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总拥有成本分析

3.1 TCO模型分析框架

对新技术来说，深入探讨其商用可能性是 非常必要的。我们建立了燃料电池车、纯 电动车及燃油车的TCO（总拥有成本）模 型，以量化并对比不同车型的成本，测算 燃料电池车的经济效益。在我们的TCO模 型中，我们采用了自下而上的极细颗粒度 的建模方法，通过分析具体到每一个组 件的成本来构建一辆汽车的总成本，如 2.1节所示。除此之外，我们还考虑了燃料 成本、维修费用，及充气/充电设施建设 费用等运营成本。这个框架确保了分析结 果在不同领域和不同应用场景下的高度 适用性。我们在图23中对TCO模型的框 架进行了详细阐述。

我们的TCO模型是从车辆运营者的角度 进行分析，之所以要进行如此深入的TCO 分析，是为了从车辆制造和运营的角度， 准确地了解是哪些组件在推动当前和未 来的成本。一旦弄清楚成本结构及关键 部件的成本变动后，我们就可以将这个 TCO模型应用到不同的运营商及商业模 型中，如物流车车队（案例1）、港口运输 运营商（案例2）、及城市公交车运营商 （案例3）。模型中关于费用组成部分和 未来趋势的总框架将保持不变，以便在个 案研究中进行比较。为了提供一个广泛且 公允的比较，我们的TCO模型分析框架：

• 提供了美国、中国、及欧洲*三个地区 的不同情景分析

• 提供了历史数据（过去3年）及未来预 测（未来10年）

• TCO分析框架中没有将各个地区的补 贴计算在内（车辆购买、基础设施、 及燃料补贴均没有考虑），但在本节 案例分析部分，我们将补贴包含在了 特定的案例应用中

• 假设整车生产商的毛利率恒定，由于 燃料电池车及纯电动车的规模小于燃 油车，我们为燃料电池车及纯电动车 增加了由于缺乏规模效益而造成的额 外成本。这一假设是基于我们和整车 和零件生产商进行的深度访谈。除了 动力系统，车辆的其他组件（如底 盘、车身、座椅等）在燃料电池车、 电动车及燃油车中是相似的，但在尺 寸上有微小变化，这导致可能需要不 同的模具来制造，使得单个部件价格 可能相差数百倍。一辆车的组成零部 件可能有数千个，因此很难确定哪些 部件是相同的，哪些部件是相似，但 需要进行微小修改的，同时不同整车 厂商及客户可能也会对各个零部件有 个性化需求。当从整车的制造及零售 角度考虑的时候，可以发现燃料电池 车及电动车由于生产数量有限，零部 件缺乏规模效应，而造成整车的制造 成本显著高于燃油车。因此我们假设 当前燃油车已经实现完全的规模效 应，将燃油车的制造成本作为比较基 准，假设未来10年内，燃料电池车除 动力系统外的其他零部件可以实现完 全规模效应。

图23提供了TCO模型的分析框架，为了 方便对不同车型进行对比，我们选择12 米长的公交车作为研究对象，公交车车 队规模为100辆，每辆车日均行驶200 公里。总拥有成本由购买成本及运营成 本构成。在购买成本中包含了毛利、动力系统及其他组建模块。对于燃料电池 车及电动车，我们额外增加了由于缺乏 规模效益而造成的成本加成。运营成本 主要由燃料费用、基础设施成本、维修成 本、重要零部 件替换成本及保险费用等 构成。在这个TCO模型中我们假设运营者需要承担加氢站建设成本（实际运营中 加氢站应当会由其他相关方建造，车队 运营者可能不需要承担加氢站成本）。同 样，我们假设纯 电动车需要在终点站建 造专属充电站及在站点间建造部分临时 充电桩。

3.1.1 美国TCO分析结果

3.1.2 中国TCO分析结果

3.1.3 欧洲TCO分析结果

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3.1.4 不同国家及地区燃料电池车TCO分 析结果对比

尽管燃料电池车TCO的整体下降趋势在 三个国家及地区是类似的，但由于主要 成本项的价格不同，导致了2019年燃料 电池车TCO结构及未来TCO下降速度有 所差异。虽然我们已经对各个国家及地 区的TCO情况清楚的解释三个国家及地 区燃料电池车的结构差异，我们将三个 国家及地区2019年燃料电池在前文进行 了详细的说明，但为了更加车TCO情况 通过图39-41进行了对比。

在2019年中国氢燃料公交车TCO是最 低的，主要受益于较低制造成本降低了 购买价格。在运营成本方面，由于氢气 价格及零部件替换成本（燃料电池系 统）较低，欧洲氢燃料公交车运营成本 最低。中美以及欧洲的总体运营成本相 近，但结构有所不同，中国的零部件替 换成本相对较高，但较低的加氢站成本 及因为车价低而较低的保险费用缩小了 中国与欧洲运营成本方面的差距。

由于零部件、劳动力成本较低，且车辆 寿命较短，中国公交车的购买成本在三 个国家及地区中最低。而由于美国公交 车保修期较长，并且美国政府通过“购 买美国货”战略鼓励购买本土整车厂商 的产品，使得美国的氢燃料公交车成本 在三个国家及地区是最高的。

从运营角度来看，三个国家及地区不同 的氢气成本是导致运营成本差异的最重要原因。此外加氢站成本在不同地区也 有所不同。如在中国加氢站硬件成本较 低使得加氢站成本整体较低。

除了关键成本项的价格区别，不同地区 的车辆使用年限也不同。美国及欧洲的 公交车运行年限一般为12-16年，而中 国公交车一般运行8年就需要报废。车 辆寿命的不同对百公里购买成本及零部 件替换成本影响较大，使得TCO未来变 动曲线有所不同。

图42中的关键成本项对比是为了给不 同区域车辆的TCO差异提供一个对比示 例，显然不同省市、不同运营模式及不 同车辆类型也会对TCO造成较大影响。在本文中，我们将使用3个燃料电池车 案例分析，来示例TCO模型如何应用到 实际运营中。

案例分析1—物流车

氢车熟路（“氢车熟路”）成立于2017 年7月，是中国的一家新兴初创企业， 专注于燃料电池物流车市场。图43展示 了氢车熟路创立以来的里程碑。尽管成 立时间不长，但该公司已是全球最大的 燃料电池物流车辆运营商之一 。

该公司于2017年成立时，中国的氢能源 市场尚未很好地建立，氢燃料电池车价 格高昂，加氢站数量极少。但是，氢车 熟路坚信燃料电池车是物流的未来， 尤其是在人工智能和大数据驱动的集中 运营的情况下。为此，氢车熟路的创始 人通过向东风集团购买了500辆燃料电 池物流车*，大胆地进入了市场 。

氢车熟路专注于建立行业联盟以促进氢 燃料电池车的更大规模应用。氢车熟 路的原始股东是燃料电池车产业链中的 主要参与者，包括中国领先的燃料电池系 统公司重塑科技以及拥有储氢和氢气 运输技术的上市公司富瑞特装。2018 年，氢车熟路引入了另一家制氢业公司-法 国巨头液化空气集团和私募基金公司春 阳资本作为股东。该公司保持其发展势 头，计划2019年在深圳地区推出另外600 辆燃料电池车，并计划在2020年之前 投入2,000-3,000辆燃料电池车。

在案例分析中，我们使用了具有类似性能 的物流卡车作为分析对象。详细的参数对 比如下图44所示。

上海是中国领先的燃料电池应用城市之 一。目前上海有三个加氢站，分别位于嘉 定、奉贤和江桥，如图45所示。此外，随着 上海继续扩建其加氢基础设施，有13个 加氢站正在选址阶段。作为周边地区重 要的物流枢纽，一大批物流企业围绕这一 地区建立了物流中心和仓储网络。一套完 整的加氢基础设施网络将有助于推动城 市向绿色交通解决方案发展。

从图中可以看出，氢车熟路在2017年建 造的加氢站处在另外两个现有加氢站中 间的战略位置。

由于氢车熟路的业务还处于起步阶段， 所以氢车熟路在商业模式上尽量保持灵 活性，以吸引更多的客户，包括京东、 阿里巴巴、申通物流、宜家等。总的 来说，氢车熟路的商业模式可以分为三 种类型：自营物流、直接租赁和间接租 赁（图46）。我方在这三种模式中做下 列的收入模式假设：

在第一种模式中，氢车熟路承担所有与 为客户运输货物相关的成本，包括车 辆，以及驾驶员和燃料成本等运营成 本。客户为每笔订单向车队运营者支付 300-350元人民币（约合43-50美元）的 固定费用，具体价格取决于旅行距离和 装载量。

第二种模式是直接租赁，氢车熟路将燃 料电池车直接租赁给有物流需求的客 户。在这种模式下，行业内每月每辆车 一般收取5,000-6,000元（710- 860美 元）。客户配备司机，自行完成送货。客户还承担日常运营成本（即司机工资 和燃料成本），但氢车熟路为客户提供 燃料补贴，确保客户承担的氢燃料成本 与每百公里柴油成本持平。此外氢车熟 路还为车队支付维修和保险费用.

第三种模式是间接租赁，从氢车熟路的 角度来看，与第二种情况基本相同。唯 一不同的是，氢车熟路将车辆租给第三 方物流供应商，然后由第三方物流供应 商为最终客户提供物流服务。

在这三种商业模式中，运营者保持与电 动车和燃油车辆的市场价格一致，以建 立市场占有率和认知度。客户把成本和 服务质量放在首位。虽然京东等大客户 会考虑社会和环境效益来选择燃料电池 车，但这通常不足以抵消成本的增加。因此，氢车熟路选择自己承担燃料电池 车的附加成本，而不是在公司现阶段将 其转嫁给客户。

以上三种商业模式可以通过假设的氢车 熟路为某电子商务运营商提供服务的场 景来说明（图47）。该电子商务运营商也 有灵活的商业模式，一方面为其他卖家提 供电商平台，另一方面也通过自营的电商 商城和自有仓库销售部分商品。

基于目前收入和成本构成的假设，我 们根据上述商业模式中的自营和租赁 模式，计算了氢车熟路每运营100公里 的TCO和毛利率。从氢车熟路财务的角 度来看，租赁给终端客户或租赁给第 三方物流供应商是相同的。模型中收入、TCO及毛利是基于氢车熟路商业模 式、行业对标、及我们TCO基础模型进 行估算出的结果，并不代表氢车熟路的 实际运营结果。

下面的图48和图49显示了自营模式和 租赁模式每百公里收入和成本的细分， 以及按美元每百公里作为单位调整的相 关购买成本和运营成本。总体而言，燃 料电池车与电动车和燃油车辆相比，其 高成本是由购买成本、燃料成本、维修 费用、保险和加氢站成本等综合因素造 成的。

可以看出，在自营业务模式下，燃料电 池车及电动车都是可盈利的，而在使用 租赁业务模式时，燃料电池车和电动车 均不盈利。这种自营模式的盈利能力， 主要是由于其每100公里产生的营运收 入高于直接出租物流车辆产生的收入。尽管如此，使用燃料电池车能够实现盈 利这一事实对于燃料电池行业的持续发 展和商业化来说依然是一个重要的积极 信号，同时也表明氢燃料电池自首次用 于交通出行领域以来已经取得了长足的 进步。

在我们的预计中，氢燃料电池物流车运营 商选择了与燃油车辆相似的市场定价，并 且为了促进燃料电池物流车的应用而承受 了一定的运营损失。但需要注意的是，由 于潜在的成本扣除项目和其他使用燃料电 池物流车无法量化的优势，业务仍然有提 高盈利的余地和空间。

首先，购买成本有很大的下降空间。假设 运营商以每辆148万元的价格购买了500 辆氢燃料物流卡车，其中燃料电池系统 和油箱的成本占了近50%。我们预计随着技术的进步和燃料电池车产量的增加， 燃料电池系统的生产将达到规模经济， 到2024年燃料电池系统（包括油箱）将比 最初购买时的成本下降70%。事实上，与 2017年相比，2019年燃料电池系统的成 本已经下降了30%。

此外，与3.1节所述的原因类似，燃料电池 物流卡车中除动力装置之外的部分目前 有很大的零部件成本加成。随着燃料电 池车的规模经济的改善，预计这部分加成 在未来还会下降（图50）。

基础设施成本也有下降空间。如前所述， 上海只有3个加氢站，这限制了燃料电池 卡车的服务范围。在我们的估计中，加氢 站成本在自营模式下占运营成本的3%左 右，在租赁模式下占6%左右。我们估计， 基础设施成本在未来也将大幅下降。

除了以上不同车辆类型之间的TCO对比 之外，使用燃料电池物流卡车还有其他 无法量化的优势，如图51所示。

首先，由于燃料电池车和电动车没有排 放，地方政府已经出台政策鼓励新能源 汽车的发展。事实上，在重点防治大气 污染的地区，新能源汽车占服务业车辆 的比重有望达到超过80% 66。使用新能 源车还包括其他好处，如费用减免以及 更多道路使用权 66。此外，在上海，物流卡车在进入城区时都有严格的许可证 制度，以减少污染，缓解拥堵 185 186。只 有5%的燃油卡车有这样的许可证，而 根据行业专家的反馈，有20%的氢燃料 电池卡车有这样的许可证，并且其目前 正在与市政府进行谈判，将燃料电池卡 车的许可证率提高到100% 169。虽然我们 可以认为，并不是所有的卡车和线路都 需要许可证,但是拥有许可证对于车队运 营，规划行驶路线等而言无疑都是有利 的 （比如不用绕过城区从城市一端到另 一端）。

对于内燃机交通工具来说，由于它的高排 放量，因此有被替代的风险。自2000年以 来，国家排放标准已经更新了6次，每一次 都更加严格。最新的草案还提到加速淘 汰低于国家排放标准的柴油卡车，并在部 分城市试点零排放区域。为了促进新能 源汽车的发展，一种“双积分管理制度” 已被应用于乘用车生产。这是指向新 能源汽车的生产给予正积分而向燃油车 的生产给予负积分8。该系统将来也可 能应用于商用车 。

基于当前的TCO，我们利用各种行业专 家资源，进行了一系列推演来预测未来 10年每个成本组成部分的趋势。不过正 如我们之前提到的，估算结果主要是基 于模型中的关键性假设，并不代表氢车 熟路的实际运营情况。

图52和53分别为自营模式和租赁模式的 预测结果。可以看出，到2024年，由于 燃料电池卡车生产的规模效应，燃料电 池系统和其他部件的价格预计将迅速下 降，这将有助于自营模式的利润率迅速 上升。到2025年，毛利率将上升到较 为健康的53%水平，超过纯电动车。在 2026年左右，我们估计燃料电池物流车 辆的毛利率将超过燃油物流车辆。

租赁模式下，未来几年燃料电池车商业 可行性的积极趋势更加明显。事实上， 在2024年左右，使用燃料电池车运营的 毛利率会高于电动车, 并由负变正。随着 采购价格的下降，我们预计2028年左右 燃料电池车的毛利率将超过燃油车。

还需要注意的是，虽然我们将燃油车辆 放入了对比中，但是基于我们在定性对比 中提到的燃油车的替代风险，燃料电池物 流卡车和电动客车可能成为未来的主流 车辆。随着来自多个方面的压力上升，运 营商极有可能逐步淘汰燃油车辆。

这些结果证明，在不远的将来，使用燃 料电池车的物流运营商在中国市场将有 巨大的机会。因此公司在这一领域大举 投资也就不足为奇了。如上所述，燃料 电池车辆的非量化优势进一步增强了其 潜在的商业可行性。

3.2.2 案例分析2—港口重卡

洛杉矶港和长滩港都属于大洛杉矶地 区，并组成了圣佩德罗湾港口综合体， 该综合体处理的每艘船的集装箱数量 超过世界上任何其他港口综合体。近40%的进入美国的集装箱货物通过长 滩港（“POLB”）和（或）洛杉矶港 （“POLA”）。洛杉矶港和长滩港 也是燃料电池港口重卡应用的先驱，并 通过各种测试和试点项目成为创新的灯 塔。图54显示了港口重卡在洛杉矶港和 长滩港口应用的主要里程碑。

2017年4月，丰田在洛杉矶港和长 滩港推出了氢燃料电池卡车测试项 目“Project Portal” 。这项研究是由 丰田汽车北美公司、洛杉矶和长滩港、 加州能源委员会和加州空气资源委员会 合作完成的 。自2017年以来，丰田已 经在洛杉矶和长滩的港口地区测试了其 第一代8级燃料电池港口重卡，行驶了近 1万英里。

2018年7月，丰田展示了第二代8级燃料 电池港口重卡Project Beta，并于秋季发 布投入使用。Beta版的特点是增加了 储氢能力，将续航里程延长了约 50% ，即从200英里延长到了300英 里 。此外，Beta版的发布从概念验证 转向了以商业化为目标的实地测试。

2019年第四季度，作为“从海岸到仓 库”项目的一部分，由丰田和肯沃斯生 产的10辆燃料电池重型卡车将开始服 务于洛杉矶和长滩的港口。该项目由丰 田、肯沃斯、洛杉矶港、壳牌、UPS、 南海岸空气质量管理区合作推进，还 包括由加州空气资源委员会提供的4100 万美元资金。除了将投入使用的10辆卡 车，2020年还将建成2个加氢站。在 2020年之前，这些卡车将使用长滩的加 氢站，距离长滩港10分钟，距离洛杉矶 港20分钟。

另一个名为“ZECAP”的项目也在洛杉 矶港启动，该项目由GTI管理，GTI是一 个致力于解决全球能源和环境挑战的领 先机构，同时部分资金由加州空气资源 委员会提供 。该项目旨在验证零排放 燃料电池混合动力港口重卡在现实世界 中的商业可行性。两辆燃料电池混合动 力港口重卡将在2020年3月左右投入使 用。洛杉矶港的集装箱码头和装卸运营 商TraPac将负责运营。

在这些试验项目中使用燃料电池港口重卡 为清洁能源提供了新的可能性。一方面， 它展示了燃料电池港口重卡在未来的大规 模使用由于其零排放的特点将对空气质 量带来怎样的改善。另一方面，燃料电池 技术在港口运输试验中积累了重要的运行 数据，有利于在其他商用车上的应用。这 是燃料电池车如何被利用最好的例子，在 未来有广泛应用的潜力。详细的参数对比 如下面的图55所示。

如图56所示，在洛杉矶和长滩的港口， 那些港口重卡基于行驶距离有三种任务 模式：码头范围运营、当地运营和区域 性运营 46。由于港口中各模式下的行驶 距离相对于其他重型卡车的行驶距离都 较短，因此港口中转是燃料电池港口重 卡应用早期较为合适的使用场景。所有 三个工作模式都在燃料电池重卡的最大 续航里程（480公里）之内。

目前，10辆燃料电池港口重卡将由4家 物流服务公司拥有。如图57所示，丰田 物流服务公司将运营4辆卡车。UPS快递 将拥有3辆，道达尔运输服务公司将拥有 2辆，而南郡快递公司将拥有1辆。一 般来说，物流服务提供商从原始设备制 造商那里购买车辆，并雇佣司机组成自 己的车队，然后从有港口物流需求的客 户那里接受订单（图58）。我们假设这 些燃料电池卡车的商业模式将类似于在 本案例中使用传统动力系统的卡车。

我们在图59中估计了2019年不同类型的 港口重卡每百公里的TCO。主要的几项 成本构成部分的选择是基于我们前面提 到的典型的卡车运营模式，包括购买成 本、燃料、人工、维修、保险、许可证 和加油站成本。可见，购买成本和燃料 成本是燃料电池卡车总拥有成本的两项 主要增量成本。

从图60中，我们可以看到燃料电池港口 重卡的TCO在未来10年里将有明显的下 降。这是由于购买卡车的费用和燃料费 用等的减少。随着第3.1节中所讨论的技 术改进，我们估计燃料电池系统和储氢 罐作为燃料电池港口重卡的主要成本构 成因素，其价格将大幅下降。每百公里 燃料电池卡车的燃料成本也预计在未来 10年达到接近燃油卡车的水平。燃料电 池卡车的TCO预计将在2024年左右低于 电动卡车, 2028年左右低于燃油卡车。

燃料电池技术在港口运输中的应用还 有其他定性方面的好处（图61）。燃 料电池港口重卡不仅是一种零排放的 交通工具，而且具有与柴油卡车相似的 性能。如今，长滩港和洛杉矶港的配套 港口有1.6万 辆重型卡车提供服务，并 因此成为空气质量不佳的重点地区。因 此，该地区已成为南海岸空气质量管理 区（SCAQMD）努力改善空气质量的重 点，特别是在港口服务的卡车数量预计 将在2030年增加一 倍，达到每天32,000 多辆。虽然燃料电池卡车和电动卡车 都是无污染的清洁车辆，但是电动港口 重卡充电一次能够行驶的续航里程相对 较短且充电时间需要数小时，限制了电 动港口重卡在区域作业和多班次作业中 的使用。

3.2.3 案例分析3-公交车

伦敦交通局（“伦敦交通局”）是伦敦 的综合运输管理机构，负责城市公共交 通网络的日常运营，包括公交车、地 铁、轻轨、出租车等。图62显示了伦 敦交通局在氢燃料电池公交车应用中的 重要里程碑。

2003年12月，为减少空气污染，伦敦 交通局在伦敦市区开始了第一代燃料电 池公交车的试验。该试验也是欧洲 HyFleet：CUTE（燃料电池客车示范计 划）项目的一部分。该项目由欧盟和英 国政府资助，汇集了31位来自欧洲各地 的行业和政府合作伙伴，旨在推动欧洲 氢能源运输系统的发展 210。

在试运营取得成功之后，2010年，作 为“清洁氢能源城市”（CHIC）项目的 一部分，伦敦交通局购买了5辆新一代 氢燃料电池公交车，并将其投入正式 运营，为伦敦市民提供服务。在英国， 这是第一次一条完整的路线完全由氢能 源动力公交车运行。

2013年，伦敦交通局购买了3辆氢燃料 电池公交车，并将车队规模扩大到了8 辆。2015年，伦敦交通局又为车队增 加了两辆燃料电池公交车212。目前，10 辆零排放燃料电池公交车正在伦敦市中 心的RV1号线路上为伦敦市民服务。

2019年5月，伦敦交通局又订购了20辆 氢燃料电池双层巴士，这将进一步扩大 其零排放公交车队。这20辆氢燃料电池 巴士将于2020年在245号、7号和N7号 三条线路投入运营。

燃料电池公交车将于明年投入运营

在常规的公交线路运营中，伦敦交通局 对符合条件的私营运营商采取招标，中 标的运营商将在这条线路上提供服务。一般而言，运营商应购置车辆及雇用司 机，组成自己的车队。这些合同通常为 期5年， 以最优经济价值为基础，同时 兼顾质量和安全。该合同将设定与运营里程和服务的整体可靠性关联的服务费 用。日常运营中乘客支付的车费收入 由伦敦交通局收取。

然而，由于燃料电池公交车仍处于早期阶 段（图65），伦敦政府希望推动燃料电池 公交车的使用，因此对燃料电池公交车 运行的路线采取了不同的运营模式。伦 敦交通局在英国政府和欧盟的财政支持 下，从VanHool和怀特客车两家制造商采 购了燃料电池公交车。伦敦交通局将 燃料电池公交车的运营授权给运营商，由运营商雇用司机并提供服务。

在燃料电池公交车上使用的大部分氢燃 料都是在大型生产设施中生产，然后被 运送到车库，以液体或压缩气体的形式 储存。在伦敦，Air Product是伦敦交 通局的氢燃料合作伙伴，为城市计划中的 氢燃料电池公交车车队供应氢燃料，并建 造和维护氢燃料补给基础设施。

在这个案例分析中，我们假设英国的燃料 电池公交车的运行方式和其他任何正常 的公交车运营模式一样（即运营商购买车 队），并从运营商角度出发，以便与电动 车和燃油车进行比较和对比。

图66显示了我们的TCO计算结果，包括购 买成本和运营成本。与其他两个应用案 例一样，购买成本和燃料成本构成了燃料 电池公交车的主要增量成本。由于高昂的 购买价格，燃料电池巴士的保险成本也很 高。但我们估计，随着燃料电池系统和氢 燃料价格的下降，这些成本将很快下降。与其他两个案例分析相比，该案例中另一 个额外的成本组成部分是路税，这是英 国对高排放车辆征收的额外税收 。三 种类型的公共汽车都要缴纳路税，但由 于高污染排放，燃油公交车的路税要高很 多。虽然从整个TCO的角度来看，路税的 总额很小，但这对清洁能源汽车的推广是 一个积极的信号。

在图67中，我们预测了未来10年燃料电 池公交车的TCO。我们预计，英国的燃料 电池公交车的TCO在2024年左右将低于 电动公交车，在2025年左右将低于燃油 公交车。

虽然燃料电池公交车的TCO目前要高于 电动公交车和燃油公交车，但是燃料电 池技术在城市交通中应用的好处会体现 在其他方面，如图68所示。

首先，燃料电池公交车绝对符合伦 敦政府的排放标准，有广泛应用的潜 力。2019年4月，伦敦开始引入“超低 排放区”（“ULEZ”）（图69）。超 过排放标准的车辆进入该区域时，每辆 车，无论是轿车、摩托车还是货车每天 将被收取12.5英镑的费用。对于大型车辆，包括卡车（超过3.5吨）和公共汽车 或长途汽车（超过5吨），每辆车每天将 收取100英镑 223。根据伦敦市政府的规 定，只有负荷排放标准的清洁汽车和货 车才能免交“超低排放区”费。不符合 欧盟“欧六”排放标准的柴油车和大部 分生产超过14年以上的汽油车都必须缴 纳费用 224。超低排放区域的划定范围预 计将首先在2020年针对公交车、长途汽 车和卡车等大型车辆进行扩大，然后在 一年后的2021年10月25日扩展到所有伦 敦市中心城区225。

超低排放区的实行是实现伦敦市长提出 的到2025年将伦敦的二氧化碳排放量减 少到1990年水平60%的目标的重要步骤 之一 226。在可预见的未来，市政府对机 动车排放的要求将越来越严格，这使得 传统的燃油车辆的行驶成本大大提高， 而电动车/燃料电池车等绿色车辆将是更 好的商用和民用选择。事实上，使用绿 色交通工具的趋势是不可阻挡的，正如 伦敦交通局在年度报告中提到的，其从 2018年起，将只采购混合动力或零排放 的公交车。

能源效率与环境影响的比较

4.1 能源效率分析框架

在前一章节中，我们深入讨论了燃料电 池车的实际应用，并将其在真实案例分 析中的总拥有成本与电动车和燃油车进 行了比较。从分析结果来看，未来燃料 电池车的使用成本将逐渐接近直至低于 电动车及燃油车，此外燃料电池车还拥 有零排放、绿色出行的优势，这些好处 受到全球各国政府和私营企业的广泛赞 誉。从这个角度来看，燃料电池车的未 来确实是光明的。

但是，从宏观经济和整个社会影响的角 度来看，我们必须考虑许多其他因素。例如，氢是如何生产的？它是如何从生 产现场运输到车辆上的？过程中每一步 的能源效率是多少？同样，燃料电池是 如何生产的，这种生产过程对环境有什 么影响？它们可以回收吗？以上问题的 现状及未来变化趋势都值得深入分析和 思考。

在这一章节中，我们将讨论：

• 燃料电池车与其他类型车辆的“油井 到车轮”（WTW）生命周期的能源转 换效率

• 氢气的生产及其对效率的影响

• 燃料电池车与其他车型“油井到车 轮”（WTW）全生命周期的温室气体 排放对比（如车辆和燃料电池/电池制 造，关键零部件的处理/回收/翻新等）

• 对环境影响的评估，包括原材料储备 的充足性

• 近期和未来的技术发展及其相关影响

4.1.1“油井到车轮”（ WTW）生命周期 能效分析

在考虑整体车辆的能源效率时，通常使 用“油井到车轮”（WTW）生命周期分 析。这可以分为两个阶段，通常分为“ 油井到油箱”和“油箱到车轮”。前者 通常是指从原料到将其运输到到车辆的 燃料储存装置的燃料生产环节，而后者 是指车辆运行阶段的能量消耗。在考 虑不同车型时，其主要WTW能量转换阶 段可分为：

• 对于燃料电池车：氢燃料生产，运输 和储存到车辆氢气罐，以及燃料电池 车运行中的燃料电池使用

• 对于纯电动车：发电，通过电网输 电，给纯电动车电池充电，以及在电 动车运行中的用电

• 对于传统燃油车辆：汽油/柴油开采、 精炼、运输到加油站，以及车辆运行 过程中的燃料消耗

如图70所示，燃料电池车的整体能源 效率很大程度上受氢气的生产和运输， 以及在将氢能转化为动能的燃料电池技 术的影响。反对燃料电池车的人会争辩 说，氢能源本质上不如电池汽车，因为 氢必须从电（通过电解）中产生，然后 再转换回电，这其中必然会有能量损耗。然而，当我们更详细地研究氢能源 的产业链时，情况并非如此。例如，氢 也可以从天然气中产生，而相关的碳可 以被捕获和回收。

那么今天氢是如何生产和运输的呢？它们 对能源效率有什么影响？未来的生产和运输趋势将如何变化？这些都是值得深入分 析的复杂问题，我们将在本白皮书系列的 下一卷中讨论这些问题。然而，出于本文 的目的，我们将在较宏观的层面上讨论从 油井到车轮过程中完整的能量转换，重点 关注当前和未来的趋势。

燃料电池车、纯电动车和燃油车燃料生 产的能效比较

燃料电池车在制氢阶段的能量转换为 23%~69%。效率的差异来源于不同的制 氢途径，这一点我们将在本节稍后的部分 中更详细地分析各种不同类型的制氢原 料以及不同的加工技术。

制氢过程的能源效率由两部分组成：1）原 料的提取和回收效率;2）燃料转化为氢的 效率。美国能源部已经将不同类型燃料的转化成氢气的能效统计汇编，我们将在下 一节中探讨。

以电解为例—集中式电解水制氢方法中 从电到氢的能量转化率为66.8% 。然而，电力本身的能源效率约为35%-60% 。这一广泛的范围取决于不同的发电方 式—燃煤发电和天然气联合循环发电 导致了相当不同的效率和温室气体排放 。在电解制氢过程中，很明 显燃料电池车与纯电动车在燃料生产阶段能效差异的核心原因是电解制氢过程 中燃料电池车的电能向氢气的二次能源 转换。

对于使用柴油或汽油的常规内燃机，生 产阶段的能源效率更标准化，约为82%87%，在化石燃料开采、精炼和回收过 程中，能源损失约为13~18%。

燃料电池车、纯电动车和燃油车的三种 能源运输方式的能效比较

对燃料电池车：氢气可以以压缩气体、 液体或固体的形式进行运氢和储氢，前 两种是最常用的方法。将氢压缩成液体 用于运输和储存会造成40%~46%的效 率损失，这主要是由于低温压缩氢所需 要的能量。虽然以气体形式压缩氢气的效率更高，但仍会带来系统整体 效率的损失，气态氢的总能源效率约为 72%~80%。

纯电动车的能量传递相对简单；其输电 过程中的平均损失率约为7%-10%，预计 到2020年将降至6% 。充电过程 中还有10%的能量损耗。还应该注意的是，电池会自我放电，但由于难以量化 ，因此我们没有将这些损失包括在本分 析中。

对于燃油车，汽油在装卸、运输和零售 过程中的总损失率低于0.4%，柴油为 0.28%，损耗主要是由于蒸发、溢出或 附着在容器上 。

4.1.2 氢气生产及其能源效率

4.1.3 氢气的运输与储存

4.1.4 燃料电池的运行 

……

4.2 环境影响的分析框架 

在前一节中，我们介绍了氢的生产、运 输和使用，以及燃料电池车每一步的能 源效率。值得探讨的另一个维度是燃料 电池车对环境的影响，这是一个高度复杂的话题。这不仅包括氢供应链的每一 步，汽车的制造和报废也需要考虑进 来。这些分析对于理解燃料电池车的整 体环境影响至关重要，燃料电池车被誉 为未来的绿色可再生运输解决方案。燃料电池车的整个生命周期温室气体排放 如图78所示，我们将在接下来的几页中 更详细地对其进行拆分。

4.2.1 “油井到车轮”（WTW）生命周期的环境影响 

虽然氢燃料电池车一直被认为是一种绿 色新能源汽车，在其运行过程中只会产 生水，但是氢的生产、储存、运输和加 氢的过程会产生温室气体，对环境造成 影响。据氢能理事会统计，由天然气通 过SMR制氢（油井到油箱阶段）的CO2 排放量约为75 g/km，占燃料电池车生 命周期CO2排放量的约60%。因此，制氢环节是保证燃料电池车低碳性能的关 键环节。由于能源效率和原料转 化时温室气体排放的不同，不同制氢途 径的总能耗和温室气体排放是不同的。如图79所示，不同制氢途径 的生命周期产生的温室气体排放是不同 的：电网电解水制氢排放温室气体的范 围最广，可再生能源电解水制氢最环保。

用美国电网的电力进行电解产生的氢消 耗了相对较高的总能源和化石能源，并 导致显著更高的温室气体排放。这在很 大程度上是由于在美国占主导地位的燃 煤电厂的相对低效率和高排放。在 中国也发现了类似的结果，用中国电网 电力进行水电解产生的能耗最高，产生 较多温室气体排放，而目前中国发电也 以燃煤能源为主。

燃料电池车和电动车在车辆运行过程中 不会通过废气排放温室气体，然而发电 和制氢过程会产生排放 。如图79所 示，温室气体排放的变化取决于电力或 氢气的来源。许多研究人员得出结论，燃料电池车产 生的排放比传统汽车少，但也有些人认 为，纵观其整个生命周期，燃料电池车 并不是那么环保 。这取决于研究人 员的研究视角，以及如何整体地考虑整 个燃料车的生命周期。例如，在中国目 前的电网结构下使用电解生产的氢气， 无论是在能源消耗还是温室气体排放方面，燃料电池车都不比电动车或燃油车 有更大的优势。然而，由于以下因 素，氢气制取环节的碳排放仍有降低可 能性，为燃料电池车温室气体排放的减 少提供了空间：

• 正如我们刚刚看到的那样，基于可再 生能源的电力将大幅降低“油井到车 轮”（WTW）整个生命周期中的温室 气体排放。 

• 在电力可能被浪费的情况下，氢气可 以作为能量捕获的载体；例如，太阳 能和风能发电受到季节性和高峰使用 周期的影响，导致电力生产过剩;制成氢气能够捕获并储存这些浪费的电 力，因此可以认为是负的温室气体生 产 。 

• 目前世界各地的电网结构仍有很大的 改善空间，且各国都在投入大量精力 改善电力生产；例如，根据中国氢联 盟，到2050年，大约70%的氢将由可 再生能源生产。

• 最后，正如我们在前一节中所看到 的，电解制氢仅占制氢总量的4%；这 与上述几点相结合，从温室气体排放 的角度为未来制氢方式的改善指明了 道路。

4.2.2 生产制造阶段的环境影响 

对于传统的石油驱动的燃油车，大约 80%的生命周期温室气体排放和能源使 用都与燃料在车辆运行过程中的燃烧有 关。然而，在电动车和燃料电池车 的生命周期碳排放中，来自其制造和报 废阶段处理环节的碳排放比例更高。相较于燃油车的制造过程中的碳排放， 电动车及燃料电池车的额外的碳排放主 要来源于能量系统（即电池和燃料电池 系统）制造，一方面电池及燃料电池用 了许多金属材料，这些材料的挖掘及提 炼就需要消耗许多能量，另一方面，能 量系统的组装也产生了大量碳排放。

对于燃料电池车来说，虽然制氢对燃料 电池车的能耗和温室气体排放起着关键 作用，但燃料电池系统的制造过程也不可忽视。燃料电池系统制造过程中产生 的碳排放约占燃料车生产及报废两个阶 段碳排放的50% 。

如前所述，燃料电池系统由燃料电池组 和其他支持部件组成。实际发生电化学 反应的燃料电池堆由催化剂层、膜、气 体扩散层、双极板等组成，如下图80所 示。以质子交换膜燃料电池为例，铂被 应用于催化剂层。对于大多数不了解的 读者来说，使用铂金这种高成本的贵金 属可能会引起对燃料电池车的一系列批 评。此外，铂还会引起一系列的环境影 响，例如在提取铂的过程中会产生硫氧 化物的排放 。

然而，事实是燃料电池系统中铂的使用 量非常小，而且还在不断减少。例如， 燃料电池车中使用的铂约为每辆汽车 10-20克。这可以与燃油车的催化转 换器相比较，后者对于类似大小的柴油 车需要大约5-10克的铂。此外，无铂 催化剂也处于不同的发展阶段，如后面 几页所示。

此外，需要注意的是，燃料电池系统的大 部分成本是相关的制造成本，而不是材料 成本。事实上，最昂贵的材料—铂，估 计仅占70kw燃料电池系统总成本的0.8% 295。随着生产规模的扩大，国际能源署估 计，如果将工厂生产规模从每年1,000台 增加到10万台，燃料电池零部件的成本可 以降低65% 。

预计随着燃料电池系统研发的不断推进，铂在催化剂上的使用量将继续下降。各种各样有前途的其他催化剂也已经被开发出 来，如图81所示。这些催化剂在实验室测试中表现出了异常的活性，并且处于不同的试点/研发进展。

当提到电动车的时候，人们常常会误以为 电动车不产生任何碳排放。在车辆运行 时这是没有问题的，但如果考虑到电动车 的生产制造就不是这样了，电动车的生产 过程产生了大量的碳排放。事实上，在 生产制造阶段，相较于燃料电池汽车及燃 油车，电动汽车的碳排放是最高的。

首先，燃料电池车的材料使用和发展 趋势与电动车有很大的不同。对于电 动车，电池的材料成本占比有可能达到75%（ 如锂和钴），因此电池的材 料用量及成本未来不太可能以类似燃料 电池系统的速度降低。

此外，电池的制造是电动车整个生命周 期中产生最多温室气体排放的环节。由于电池的制造需要提取和精炼稀 土金属，涉及高热量和无菌条件，整个 过程是能源密集型的。在电池生产 过程中，近50%的温室气体排放来自电 池的组装和制造，其余一半主要来自原材料的开采、提炼和加工过程。

而且开采和回收电池内的相关金属也增 加了污染。例如，开采锂矿需要消耗大量 的水。此外，锂矿开采过程中产生的有毒 化学物质有可能从锂矿蒸发罐泄漏到供 水系统中。在回收方面，由于材料不能 完全回收，未回收的锂和钴会造成重金 属污染，增加环境PH值。

金属供应安全性-铂 

如前文所述，燃料电池车（铂）和电动车 （锂和钴）在生产中需要使用贵金属。为 了估计未来的价格趋势和大规模生产的 可能性，我们对这些金属的供应安全性进 行了分析。

首先，我们对燃料电池车的金属需求和 供应情况进行了评估。如图82所示，在过 去的几年中，铂的供应增长已经超过了需 求。从供应角度来看，全球铂储备量估计 为14,000吨（4.94亿盎司）。在可预见 的未来，铂的开采量有望保持稳定。在 铂回收方面，由于许多国家要求整车厂商 对报废汽车负责，铂供应中越来越多的部 分来自“地面上” -即来自回收的燃油车尾 气催化剂中的铂，而非采矿。预计未来几 年，回收将成为铂一个重要的供应渠道， 提升铂的总体供应量。

从需求的角度来看，由于投资和珠宝需求 的下降，铂的总需求一直在下降 303。如图 83所示，铂金主要用于珠宝首饰、汽车、 工业应用和投资。随着珠宝首饰和投 资的减少，铂在燃料电池中的使用得到了 更多的空间。珠宝首饰需求从2014年到 2018年下降了20%，投资需求从150 千 盎司（以下简称koz）下降到2018年的15 koz 。

近年来，汽车中使用的铂稳定在3,100至 3,500 koz之间，主要用于内燃机催化转 化器，还有一小部分用于燃料电池 。据 业内预测,如果燃料电池车的普及率在短 期到中期达到4.5%,铂金作为燃料电池催 化剂的全球需求将从目前的88koz增长到 未来的接近2,280和2,660koz。假设每辆 车分别含有12.5和17.5克铂 ，如果珠 宝等其他行业的需求没有显著增长，预计 燃料电池车用铂不会出现短缺。

此外，随着燃料电池技术的发展，铂的使 用在不断减少。目前，燃料电池催化剂中 的铂含量已经降低到本田Clarity的0.12 克/千瓦和丰田Mirai的0.175克/千瓦。2015年我国燃料电池车催化剂的平均铂 需求量约为0.4克/千瓦，预计2020年将降 至0.3克/千瓦, 2025年将降至0.2克/千瓦, 2030年将降至0.125克/千瓦。

综上所述，考虑到氢燃料电池车市场的发 展，铂的供应将在短期和中期得到保证， 能够满足需求的增长。

铂 

锂是制造纯电动汽车必不可少的成 分。从供应的角度来看，目前的总储备 量为1,400万吨，在智利、澳大利亚和中 国等国家都有大量的储备量。根据 2019年矿产概要，2018年全球锂产量约 为8.5万吨 。与此同时，随着未来几年锂 产量的扩张，到2025年，锂的总供应量预计将达到227,547吨，这意味着充足的供 应能力可以满足预期的需求增长。

与此同时，锂的需求也在迅速增长。根据 2019年矿产概要，2018年全球锂消费量 约为47,600吨 ，预计到2025年将增至 约126,226 – 168,490吨 。锂主要用于 电池、润滑脂、耐热玻璃和陶瓷。电动汽车所用锂约占锂总需求的27%。

锂的供需明细如图84所示。总体而言，锂 的供应在中短期内可以得到满足。然而， 由于预计需求将超过供给，锂价格上涨或 供应量短缺可能是未来的一个担忧。

钴 

在地壳中，钴是一种相对稀有的金属。如图85所示，2017年全球钴产量约为12 万吨，消费量约为11.5万吨。然而， 考虑到供应的高度不确定性，钴在未来面 临特殊的挑战。

钴的供应严重依赖于刚果（金），而刚 果（金）的地缘政治风险很高。全球钴 矿总储备量为690万吨，其中49%在刚 果（金），该国供应了全球60%以上 的钴矿产量。由于这种地缘 政治 风险，钴被认为是一种“冲突金属”，因为它的开采地由武装组织控制。这 种情况在近期不太可能改变，并可能导 致钴供应危机。此外，钴的浓度通 常较低，这意味着它主要是作为铜和镍 等其它金属的副产品被开采出来的。因此，铜或镍的价格通常决定了钴的开 采量是否增加，导致钴供应缺乏弹性， 开采的钴或许无法应对潜在的日益增长 的需求。

然而，钴在电动汽车的生产中是一种重 要的材料。锂电池所用的钴约占钴总需 求量的59%。供应的不确定性将是电池生产商面临的一大挑战。为了解决 这个问题，大多数汽车制造商和电池公 司都 在开发降低钴含量的锂电池新技 术，一些公司甚至已经开始开发无钴电 池。然而，为了减少钴的使用量，电 池制造商往往会增加镍的用量来维持电 池的能量密度，这降低了电极材料的结 构稳定性， 进而影响电池的寿命和安全 性。

4.2.3 报废阶段的环境影响 

4.2.4 环境影响总结 

……

总结与展望

氢不仅是宇宙中最丰富的元素，它还是 核聚变的主要元素，为太阳提供能量， 是地球上所有生命的基础。它也是自第 一次工业革命以来推动商业、工业和生 活水平提高的所有化石燃料中的一个关 键元素。此外，与化石燃料相比，氢能 在移动出行应用领域还有两个关键优 势。一方面氢气具有清洁性，其通过氧 化释放能量并只产生水作为副产品，另 一方面氢气具有可持续性，只要太阳照 常升起，它就能够无限可再生。

毫无疑问，氢能将为地球的未来提供燃 料，就如通它贯穿于地球的整个发展历 史一样。本次研究工作的重点是找到最 理想的机制来提取最大的能量，为移动 出行各应用场景提供动能。随着时间的 流逝，氢能的使用已经并将会完成从作 为内燃机燃料简单燃烧，到通过燃料电 池直接发电再到最终可控的氢聚变的进 化过程。

总而言之，通过本白皮书的分析，我们 可以看到氢能是未来最有发展前景的能 源之一。美国、中国、欧洲、日本等国 家和地区已经认识到了这一趋势，并开 始在氢能及燃料电池技术产业中大力投 入。由于氢燃料车具有加氢速度快（类 似于燃油车）、能量密度高（即和电池 相比，燃料电池系统在提供相同的能量 时，其重量会更轻）等特点，燃料电池 车对于商用车，尤其是重卡，是非常合 适的清洁车辆解决方案。我们也通过量 化的方式证明了燃料电池车在未来将会 比电动车及燃油车具有更高的经济性。总体来说，在燃料电池系统价格下降、 生产规模的扩张、可再生能源在制氢过 程中使用比例提升、及加氢基础设施逐 渐完善等多个因素的驱动下，我们预计 氢燃料车的TCO到2029年将下降50%。此外，和电动车及燃油车相比，燃料电 池车的全生命周期温室气体排放量也是 最低的，而随着可再生能源在氢气制取 过程中使用比例不断提升，我们预计燃 料电池的温室气体排放量将会进一步 降低。

氢能源在能源政策制定者、能源供应 商和相关行业的技术公司的规划中占据 重要位置。在像中国这样对未来发展有 长远和明确规划的国家，氢能源已经是 一个重要的话题。如今的全球技术和经 济竞争正在驱使着高效能源解决方案的 不断创造和部署。但除此之外应对气候 变化更是重中之重，而这显然将是我们 这一代人面临的最重要的使命。即使乍 一看以氢能源作为一种交通工具能源已经是毫无争议的整体解决方案中的一部 分，但如果没有清醒地认识到政府和企 业所采取和追求的潜在经济激励措施， 那么任何关于应对气候变化的反思都是 无益且不现实的。同样重要的是，在这 种情况下，氢能源在全球范围内并不是 将绿色能源转化为交通出行动力的唯一 解决方案。相反，它同电动车和其他新 兴技术一样都是解决方案的一部分。经 验丰富的读者可能会注意到，本文中提 到的所有政府都为许多不同类型的绿色 能源解决方案提供了政策激励——未来 的出行生态系统很可能由不同的技术提 供动力，这取决于实际应用案例、消费 者需求和基础设施发展水平。

我们在本卷中验证了从短期和中期来 看，在移动出行领域的各种商业应用场 景中，目前已被应用到多种交通方式中 的燃料电池技术已经将会至少等同于甚 至比电动车和燃油车更划算。这种情况 在不同地区的多个应用场景中得到了很 好的支撑。从总拥有成本的角度来看， 这三种动力方式都有很大的改进空间， 但是燃料电池车的发展曲线在短期和中 期都有明显的改善。虽然相比电动车和 传统燃油车，这还处在一个相对较初始 的发展阶段，但世界各地交通运营商已 经感受到了燃料电池车的好处。此外， 我们已经证明燃料电池车在整个生命周 期中比电动车和燃油车更清洁、更环 保。随着氢气生产在可再生能源发展中 发挥更广泛的作用，氢燃料电池车的环 境影响一定还会有更多的改进。

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