电动车与氢能车争议再起：氢燃料电池车为何难商业化
撰文 | Sueyl
→这是《环球零碳》的第091篇原创
环球零碳
碳中和领域的《新青年》
摘要：尽管氢燃料汽车在长途旅行，卡车等情景有运用优势，相关学者却表示氢燃料电池车难以商业化。我国拥有全球最大的重卡市场，中国工程院预计，燃料电池重型载货车会在未来5~10年内实现商业化运营。
北京冬奥会上运行的1000辆氢能源汽车，是全球最大的一次燃料电池汽车示范。让市场对氢能汽车的前景充满想象。
氢能汽车，一般有两种技术路线，一种是用氢气直接通过内燃机燃烧使用，氢能内燃机与传统的燃油发动机类似，只不过驱动的燃料是高压缩的氢气。原理是通过燃烧氢气，燃烧能转换为动能来提供动力。这种路线因为安全性和能量的转换效率等原因，落地阻碍过大。
所以一般采用第二种路径，即氢燃料电池的路线。氢燃料电池车依靠氢燃料电池电堆中的氢气与氧气发生电化学反应，产生电能驱动。
氢燃料电池汽车因为排放水，而且氢能取之不尽，所以被称为比较完美的车用能源“终极形式”。
但是，就是这种看似完美的能源汽车，最近却在业界遭遇沉重“打击”。
近日，在著名的《自然》（Nature）杂志上，刊登了一篇名为《氢燃料电池汽车不可能在可持续道路运输中发挥重要作用》（《Hydrogen technology is unlikely to play a major role in sustainable road transport》）的文章，对氢燃料电池车的商业前景非常不看好，在业界引发了震动。
文章的作者是来自德国的弗劳恩霍夫系统与创新研究所（ISI）的Patrick Plötz博士。德国是氢能使用大国，Patrick Plötz博士为何不看好氢燃料电池汽车呢？
Patrick Plötz表示：“氢技术不太可能在可持续道路运输中发挥重要作用。”
Plötz博士将电动汽车与氢燃料汽车对比，从客运车、货运车、成本等角度展开，展现了两种类型车的发展现状，从而得出结论：“电动汽车和快速充电技术的发展，很快就会使氢燃料车在公路运输中变得多余。”
注：图片来源于网络
01
即使对于长途旅行，氢能的优势也不显著
根据Patrick Plötz博士的文章，氢燃料电池车之所以无法商业化，是因为氢燃料电池车存在几大弊端。
首先是动力电池的技术发展，挤压了氢燃料电池汽车的生存空间。
对于乘用车市场，氢能车的市场规模从2021年初，全球约有2.5万辆氢燃料汽车库存，其中90%以上的汽车仅分布在韩国、美国、中国和日本。而对于纯电动和插电式混合动力汽车，到2022年初，全球可能有大约1500万辆上路。
从可供选择的车型方面，全球制造商仅提供两种乘用燃料电池车型。相比之下，几乎所有制造商现在都在销售此类电动汽车，全球有350多种型号可供选择。
其次，从燃料供给方面，全球仅约有540个加氢站正在运行。而电动车充电桩，到2020 年全球已约有130万个公共充电桩在运行，其中约四分之一是快速充电桩（至少22 kW功率）。最近，充电点运营商已开始构建功率超过150 kW，通常高达300 kW的大功率快速充电器（欧洲已经有1,000多个300 kW充电点在运行）。而且这个规模还在扩大。
Plötz表示，随着动力电池制造投资的扩大，电动汽车和充电基础设施的成本进一步降低，电池性能提升，燃料电池汽车不可能有竞争力。
仅从这几个角度的数据来说，氢燃料电池汽车的发展与电动车相比的劣势明显。那么，在长途旅行车方面呢，氢燃料电池车是否有优势？
Plötz认为，即使对于长途旅行车，氢能的优势也不显著。
与电动汽车相比，压缩氢的能量密度更高，并且能够在几分钟内加满燃料，使得燃料电池汽车成为频繁长途旅行的理想选择。但电池电动汽车现在提供约400公里的实际续航里程，最新一代使用800V电池，可在约15分钟内充电200公里。
虽然目前已有多家卡车制造商以及燃料电池和基础设施供应商联合宣布了到2030年在欧洲道路上行驶 10万辆燃料电池卡车的目标，但与相关公司宣布最早开始生产商用系列燃料电池电动卡车的日期为2027年相比，这似乎不太可能。到那时，新一代电动汽车将已经扩大商用范围。
大型卡车的市场规模方面，全球约有 3万辆纯电动卡车库存，其中90%以上在中国。而燃料电池电动卡车迄今为止仅在测试试验中运行，尚未商业化。
卡车车型方面，受重型车辆二氧化碳减排目标的激励，许多制造商发布了50多种重型货车车型。这些卡车基本上将是第一代电池电动卡车，并建议中型货车的续航里程为250公里，重型货车的续航里程为300-350公里。
电动汽车目前面临的挑战是长途物流运输（平均每年10万公里）和过重的货物运输（意味着每公里的能源消耗很高）。这也是氢燃料电池卡车最长讨论的运用情景。
基础设施方面，目前也没有用于燃料电池或是电动卡车的专用基础设施。由于卡车的大容量电池需要更高的充电功率才能充满电，虽然现有的快速充电器可以用于电池电动卡车，但也对停车场的大小有要求以容纳车辆。
Plötz表示，对比纯电动车的商业化速度，结合全球碳中和的时间表，已经给不了给氢燃料电池汽车足够的时间，来解决成本和技术问题，完成商业化。
02
成本决定技术发展
成本而非技术属性，是决定技术发展的关键。技术发展和降低成本的潜力经常被低估。从长远来看，成本是决定性的。
Plötz的文章认为，氢燃料电池较低的效率比意味着汽车使用成本增加。能量转换方面，纯电动车从其他能源转换到电能，全程效率比为70%至90%；而氢燃料电池车最终效率比只有25%至35%。
对于基础设施的建设成本，据相关资料显示，建设一个普通的充电站所需成本在100万人民币左右，而建造一个氢气燃料站需要花费至少1000万。尚不清楚氢气或充电是否会降低总成本。
不算上氢的成本，一辆氢能源车的造价同样昂贵。和电动车一样，氢能源车的核心结构是氢燃料电池系统。这一系统主要分为四个部分：电堆、供氢系统、空气系统和热管理系统。其中电堆成本最高。
研究表明，燃料电池电动卡车的总成本将高于兆瓦充电的电池电动卡车。物流运输行业是高度成本驱动的，因此即使燃料电池汽车被广泛使用，也可能是电池汽车占据主导地位。
除了公路运输之外，还有许多相关应用，包括航空、航运和钢铁制造。
但是，Plötz表示，为氢燃料汽车建立相关市场份额的机会已关闭。因为对于卡车来说，运营成本比汽车更重要，这使得燃料电池卡车的运用比例更小。
如果卡车制造商不尽快开始大规模生产燃料电池卡车以降低成本，那么此类车辆将永远不会在低碳公路运输中取得成功。行业需要迅速决定燃料电池电动卡车的市场是否足够大以维持氢技术的进一步发展。
03
只有中国才能撑起氢能重卡市场？
纵观全球的氢能应用，原本氢燃料电池汽车两只领头羊日本和韩国，但在市场规模方面，均已败下阵来。
尽管业界对氢动力汽车不看好，中国却因为广大的应用场景，成为氢燃料车崛起发展的最主要市场。
中国汽车工业协会秘书长助理兼技术部部长王耀表示，与锂电池电动车相比，氢燃料电池汽车续航足、加氢快、绿色环保。
根据我国相继出台政策来看，氢燃料电池在卡车和公共汽车等大型车辆中的前景最好。与电动续航相比，氢燃料电池具有更好的性能。尽管目前燃料电池公共汽车的市场份额仍然很小，但最近的投资和设定的目标表明公共交通正在转向燃料电池移动解决方案。
我国拥有全球最大的重卡市场。除此之外，依托我国高速公路网络完善，加氢站等基础设施建设依托交通枢纽，附着服务区网络，服务氢能汽车的发展。我国已实现了包括电池功率在内的多项重要的技术突破。
在氢能交通领域的布局上，2020年9月，五部委发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》明确指出，要重点推动中远途、中重型商用车示范应用。
目前，我国燃料电池卡车的运行已经进入了初级商业化阶。2021年8月14日，雄安新区开通了“容易线”，百辆氢能重卡同时投入运营。另外，在北京、天津、河北等多地，先期布局的示范项目，包含上千台氢能重卡，涵盖多领域、多类型应用场景。
据中国工程院预计，燃料电池重型载货车会在未来5~10年内实现商业化运营，逐步替代传统燃油车市场。先发展重卡为首的商业车，等到加氢站相关技术成熟，再挑起氢能乘用车的大梁。
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参考资料：
[1] Plötz, Patrick. "Hydrogen technology is unlikely to play a major role in sustainable road transport." Nature Electronics 5.1 (2022): 8-10.
[2] 燃料电池重卡有望率先商业化https://chuneng.bjx.com.cn/news/20210616/1158379.shtml
[3]https://m.jiemian.com/article/7085217.html
[4]https://m.jiemian.com/article/6889741.html
[5] 新能源汽车再起技术路线之争 氢燃料电池是尴尬选择吗
俄乌冲突专区
END
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