氫能源拯救世界，可能性實在很小
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文|HooKnows
來源：autocarweekly（ID：autocarweekly）
氫燃料電池車，一個被說濫了的月經話題。
每當（以純電動車為主的）新能源概念火起來，氫能源總會以“不得志的未來黑科技”形象出現在替補席。當此輪長達一年多的新能源漲勢日趨到位，熟悉的論調「氫能源是下一個風口」又有甚囂塵上的苗頭。
很多年了，一邊是“氫能源才是真科技只差政策到位”，另一邊是“氫能源海市蜃樓日本車企押錯了寶”。外界大多數人對“氫”的認識，大致就那么兩派：要么是比電動車更先進更理想，然而太超前沒政策，所謂“贏了技術輸了政治”；要么是電動車蹦跶不了多久，世界終究要靠氫能源拯救。
今年夏天，氫燃料電池最重要的支持者之一本田，宣布從8月起終結氫燃料電池車Clarity Fuel Cell。另一大支持者，也是最為人熟知的“氫陣營”成員豐田，預熱了好幾年的2020東京奧運會展示計劃，在奧運前夜隨著放棄贊助而告吹。
“氫氣從哪里來？”制氫及其成本問題，是一個被太多人討論了太多遍的老問題了，我們說點新鮮的。即便不考慮制氫的成本問題，氫能源車就能走出來一個寧德比亞迪嗎？或者，就走不出來嗎？
?。ū疚闹小半妱榆嚒碧刂敢曰瘜W電池儲能的純電動車/Battery Electric Vehicle/BEV，以特斯拉為典型代表；“氫能源車”均特指氫燃料電池車。）
不談鉑用量，都是耍流氓
“3分鐘加氫”、“續航1000km”、“排放只有水”……如此完美的氫能源汽車，為何至今連個市場零頭都摸不到？為什么曾經難兄難弟的純電動車（階段性）翻身了，而氫能源依舊步履不前？氫能源尤其是氫燃料電池，會成為下一個電動車嗎？不會的話又為什么不會？
在特斯拉剛起步的那個時代，高昂的成本是制約特斯拉在內諸多新老車企研發電動車的主要原因。1996年通用EV1貴到沒有出售整車的必要，只提供租賃方式；2008年特斯拉初代Roadster超過10萬美元，正是因為當時成本過高，促使特斯拉選擇從高價向下發展。
然而同樣是成本高，純電動車當初的“貴”與氫燃料電池車今天的“貴”，有些許的不一樣。
鋰電池每kWh成本的下降趨勢小孩子都知道，電動車上最貴的是電池，貴的是正負極和電解液，加上外圍的線路、冷卻、殼體等。這十多年電動車從無人問津走向千家萬戶的過程，歸根結底就是在投資與補貼的共同助力下，鋰電池從極其昂貴到成本可接受的過程。
可以靠規模經濟降下來的高成本就不是妖魔鬼怪，就只是暫時性和階段性的高成本。
氫能源呢？如果你高中化學知識還剩下，應該知道燃料電池不是“電池”——或者說并非我們熟悉的化學電池。燃料電池，是讓氫氣和氧氣以一種非燃燒的形式，發生氧化還原反應，反應的生成物是水，反應過程釋放出電能。
氫氣燃燒，讓它以不燃燒的方式“燃燒”，就成了燃料電池或者你可以這么理解：燃油車是汽油與氧氣，以燃燒的方式氧化還原，釋放機械能；而燃料電池是氫氣和氧氣，以“一種不燃燒的魔法方式”氧化還原，釋放電能。燃料電池車就好比一輛“燒”氫氣的汽車，只是將燃燒過程變成了非燃燒，釋放的能量變成了電能。
與純電動車相比，燃料電池車雖然名字帶“電池”倆字，但其實它有一點更接近燃油車：電能是由儲存的氫與外界的氧，在燃料電池堆中“現發、現放”，而非電動車那樣，外接電網充電并儲存在電池里“先存、再放”。
于是和燃油車類似，一輛氫燃料電池車最貴的，是能量發生裝置而不是儲能裝置，即燃料電池堆而非儲氣罐。燃料電池堆之所以能讓氫、氧在不燃燒的情況下氧化反應，最關鍵的部件是二者之間的質子交換膜，而交換膜需要一種價格不菲的貴金屬：鉑。
對，就是白金/鉑金首飾的那個鉑，近一年內報價大概在200-300元每克。
在燃料電池堆中，鉑的身份是加快反應的催化劑，其用量直接關系到燃料電池的發電功率。如果反應太慢，放電功率就太小，車就太慢，以至于不可用。到2020年，豐田最新的第二代Mirai燃料電池車，鉑的單位用量已經控制到了低于0.2g/kW，一輛車需要的鉑大約在15-20g——相比早期已降低了超過80%。
但鉑用量依然有繼續下降的空間，和必要。我們以單位用量0.2g/kW、單車20克（對應功率僅100kW）、鉑單價250元/克計算，光是原料成本就達到約5000元人民幣。和純電動車動輒數萬元的電池成本相比，5000元看上去好像不算多。
但首先別忘了，這僅僅是鉑這一種原料的物料成本，尚未進入任何生產制造環節就已存在，整個燃料電池堆的其他任何材料、部件乃至全部制造成本，通通還沒有開始算。而電動車電池的“數萬元”成本，則是整個電池包的總體成本。
然后，鉑是一種稀有貴金屬，2019年數據全球探明儲量僅7萬噸左右，比黃金現存總量的約20萬噸還少。和鋰電池原材料的那些稀有金屬比起來，鉑要更加稀有得多，很難像鋰礦那樣增加上游資本投入、改進開采提取技術，借助規模效應來降低單位成本。
反而，倘若氫能源車普及化，工業用鉑迅速增加，供需此消彼長下，鉑價還會有不降反升的可能。除非技術取得突破，鉑用量大減或找到替代品之前，這部分動輒上萬元的鉑，是沒法靠規?；?、產業化降下來的“硬成本”。純電動車走向普及的過程中，鋰電池成本越來越低的戲碼，在氫燃料電池車身上多了鉑這顆絆腳石。
這顆絆腳石還不小。我們知道鋰電池中原材料用量，主要決定了續航里程；而燃料電池的鉑用量，決定燃料電池堆的發電功率，進而決定了車輛動力。前面計算的5000元成本例子，是在燃料電池堆功率僅100kW/134馬力的基礎上得到的，這是個很低的數字。
豐田第二代Mirai，燃料電池堆發電功率128kW/174馬力，電機功率不過182馬力，結果0-96km/h需9.2秒——和ES200相當，而售價卻高達5萬美元。如果要達到標準版Model 3的175kW，光是鉑的物料成本就要近萬元，且不會隨產量增加而下降，對于一輛合理售價25萬元左右的車型來講，這不可不謂不沉重。
如果不增加燃料電池堆的功率，只增加驅動電機功率，當二者差值過大又會掉入“混動陷阱”：需要更大的鋰電池儲能備用，于是車更重更慢；電池滿電和饋電狀態，車輛性能不一致。自己騙自己并不是一個出路。
啥叫基礎設施，啥叫基礎結構
氫氣來源和加氫站，其實是兩個問題。前者是一個社會總效益的問題，決定了整個模式是否經濟可行，后者則是一個社會總投入的問題。
純電動車普及的一個先決條件是電網，而供電網絡是現代社會最基本、最成熟的基礎設施。雖然安裝充電樁，尤其是大規模建設公共充電站，依然對電網有著不小的負荷壓力，但終究是可以基于一切現有供電基礎設施的。充電網絡建設，更多是充電樁、站、場等終端的成本，并不需要單獨為充電設施另鋪設一套供電網絡。
而加氫站，就沒多少現成的基礎設施可利用。如果是少量加氫站，還能利用現有的天然氣加氣站與天然氣管道改造——現在就是這樣。但要讓氫能源車更廣泛的普及化，那么遍布各地的加氫站大都需要新建。由于氫氣必須以35-70兆帕的高壓儲存，再加上易燃易爆特性，加氫站的建造成本要遠高于加油站。氣體和液體的不同，也讓加氫站依托加油站改造的模式并不簡單易行。
加氫站并不涉及過多技術難點，高成本也并非不可能被降低。問題是幾乎需要重建一整套基礎設施，而少有現成設施可以利用，這使得加氫站網絡需要比電動車充電網絡更有力的資本投入，才有可能走上后者之前的發展路徑。
另一個技術問題來自儲氣罐，尤其是對于乘用車。作為核心的燃料電池堆不大，但氫燃料電池車的儲氫罐，對整車布置造成了不小的麻煩。因為氫氣需要加壓液態儲存——不然哪兒來的上千公里續航，所以圓柱形的儲氣罐也就成了必須。而圓形截面，往往意味著很低的空間利用率。
電動車發展過程中，電池包也曾干擾了整車布局，后來人們發現底盤是天然的電池之家。電池的單個組成——電芯本身體積小、布置靈活，使得無論圓柱電池還是方形電池都可以平鋪于底盤，高效利用空間，且對整車布置沒有不利影響。
電動車的電池布置難題，更多是在初期，車企們不愿專門為電動車開發專用平臺。當電動趨勢被廣泛承認，車企們開始為純電動車從零開始研發專屬平臺，電池包對于車輛布置的影響就基本消失了。
然而儲氫罐是另一個故事。它和電芯不一樣：由于加壓需要，必須做成圓柱形；又因為氣體有泄漏可能，多一個氣罐就是多一重風險，無法像圓柱電芯那樣，用很多小個體來彌補空間效率；因為圓柱形直徑不會小，所以無法平鋪于底盤；又因為需要被保護起來，所以只能放在車輛中、后部。
于是儲氫罐只有一種存在形式，即數量少、尺寸大、圓柱形。
這是豐田第二代Mirai的總體布局，可見三個大型儲氣罐占用了多少空間。
車輛中央的縱向氣罐，使得Mirai后排的中央隆起遠甚于燃油車；后排底部的儲氣罐則會影響后排椅墊的厚度，并讓豐田混動一向布置于此的電池組被移至后排后方，于是后排放倒功能不存在了；后備廂下方的儲氫罐，影響了后備廂地板高度并干掉了備胎。
?。ㄗⅲ簹淙剂想姵剀囃ǔＰ枰粔K小容量鋰電池，平抑燃料電池輸出并回收動能，燃料電池是不能反向回收能量的。不妨理解為“氫電混動”。）
其實無需多言，搜索任何一款氫燃料電池車的總體布置透視圖，都可以明顯看出儲氫罐在其中的尷尬和掣肘：它得圓，還得大，大才能少。
即便車企愿意為氫燃料電池車投入，從頭研發一款專用的車身平臺，“又圓又大”對于空間布置也是個永恒的難題。
可見的未來：商用與補充
借著加氫站和總體布置的話題，你會發現這些對于乘用車很難的題，商用車答起來會瞬間輕松得多。
加氫站少而貴，全面鋪設所需的投入太高，但商用車并不需要整座城市到處都是加氫站——正如現在的天然氣加氣站。事實上已經有商用氫能源車，在利用少量分布的加氫站運行。大型儲氣罐影響了整車布局，然而商用車的空間就要大得多，儲氣罐布置起來豁然開朗。
商用車布置氣罐方便多了，這是PSA有很多觀點認為，日系車企是“all-in”了氫能源，結果現在西瓜芝麻都丟了。然而更準確地講，應該是他們不如其他車企那么“all-in”鋰電池純電動車——于是對比之下，顯得仿佛all-in了氫能源似的。
其實全球多數汽車巨頭，在過去幾十年里，對各種新能源的預研都是比較均衡的（直到最近幾年純電領先）。電動、混動、氫能乃至太陽能，基本是有啥研究啥，氫能源一直是保持研發多年的項目。日韓企業不必再說，寶馬、奔馳、奧迪、通用、PSA……基本你能數得出來的名字，直到近幾年依然有新的燃料電池車推出。當然，大都是概念車或試驗車。
日系企業更快、更積極地將氫燃料車推向民用市場，當然不能否認“純電動車進度落后”是一部分原因。但這種策略差異，更多還是源于日系車企對鋰電池技術的不信任——而非對氫燃料電池有多么信任。比如豐田更傾向于要到固態電池就緒，汽車才會從混動向純電轉變（這就是另一個話題了），至于氫能源始終作為“另一個裝雞蛋的籃子”存在。
如果說作為燃油車、混動車、純電動車（乘用車）的補充選擇，以及商用車領域的主流選擇之一，氫燃料電池車是完全具備充足潛力的；但指望氫燃料電池車像今天的純電動車一般，躋身乘用車市場的主流之一，至少在可預見的未來、在短期乃至中期，這種可能性實在很小。
——除非，鉑用量突破性下降、大量資本投入加氫站、儲氫技術有所突破、制氫成本大幅降低，這四件事同時或至少大部分實現。
氫燃料電池作為乘用車補充與后備角色、商用車新能源重點之一的地位，不應因為暫無可能成為乘用車主流而被貶低；氫燃料電池在乘用車領域不具備“下一個電動車”的現實條件，也不應因為它仍有繼續研究價值、在商用車領域大有可為而被高估。
它是什么，就是什么，就讓它是什么……
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