摘要：

氫燃料電池車(chē)長(zhǎng)期以來(lái)都持續(xù)被世界各地專(zhuān)家學(xué)者和汽車(chē)企業(yè)認(rèn)定為新能源汽車(chē)的最終形態(tài)。對(duì)于氫燃料電池的研發(fā)工作其實(shí)早在上世紀(jì)就已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)展，各大車(chē)企也在致力于氫燃料電池技術(shù)的儲(chǔ)備工作。然而，雖然氫燃料電池車(chē)的原理早就寫(xiě)入了中學(xué)化學(xué)課本，但即便是在新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的今天，氫燃料電池車(chē)及氫產(chǎn)業(yè)鏈的小規(guī)模量產(chǎn)化和商業(yè)化還僅限于日本等少數(shù)地區(qū)，其余多地還處于試點(diǎn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，成本也居高不下，未能真正推廣開(kāi)來(lái)。那么就目前而言，那些走在前沿的氫燃料電池車(chē)企們有著怎樣的研發(fā)和推廣進(jìn)度？氫產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)如愿成為未來(lái)新能源社會(huì)的終極形態(tài)嗎？我們不妨來(lái)了解并探討一番。

● 氫燃料電池車(chē)的基本背景

在新能源車(chē)領(lǐng)域當(dāng)中，主流的四種產(chǎn)品類(lèi)型包括混合動(dòng)力、插電式混合動(dòng)力、純電動(dòng)，以及氫燃料電池。而關(guān)于這幾種不同形式的新能源車(chē)，在網(wǎng)絡(luò)上也在持續(xù)不斷地進(jìn)行著究竟孰優(yōu)孰劣的爭(zhēng)論。對(duì)于這一問(wèn)題，豐田給出了他們的答案——不同地區(qū)市場(chǎng)有著不同的地域特色，四種新能源形式都會(huì)找到歸屬。

『四種主流的新能源車(chē)型』

舉例來(lái)說(shuō)，在北歐地區(qū)，發(fā)達(dá)的風(fēng)力發(fā)電帶來(lái)的清潔電力能夠支撐插電式混動(dòng)或純電動(dòng)車(chē)的充電需求；而在石油資源富足的中東地區(qū)，普通混合動(dòng)力可能在拿捏成本和資源的平衡后顯得更有意義；在政策倡導(dǎo)電動(dòng)化新能源的中國(guó)大陸地區(qū)，插電混動(dòng)、純電動(dòng)和氫燃料電池可能將一同成為著重發(fā)展的方向。

在四種新能源形式中，氫燃料電池車(chē)被許多業(yè)內(nèi)人士公認(rèn)為最環(huán)保且最理想的一種形式，但目前它也是四種形式中相對(duì)最不成熟的，距離真正普及到消費(fèi)者日常使用還需一些時(shí)日。那么，氫燃料電池是怎么回事？它好在哪兒？現(xiàn)在的發(fā)展情況又是如何？

『Fuel Cell（燃料電池）』

氫燃料電池（Hydrogen Fuel Cell）是一套將氫氣和氧氣蘊(yùn)含的化學(xué)能經(jīng)過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，它并不是什么遙不可及的高深事物，因?yàn)槠涔ぷ髟碓缇捅粚?xiě)入了高中化學(xué)課本，并“困擾”著一代又一代學(xué)子。而在近年來(lái)的新能源汽車(chē)領(lǐng)域中，氫燃料電池扮演的角色正在逐漸重要起來(lái)。

『豐田Mirai氫燃料電池車(chē)的儲(chǔ)氫罐之一』

現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，氫燃料電池車(chē)除了與傳統(tǒng)純電動(dòng)車(chē)同樣是“0碳排放（此處忽略電能和氫氣生產(chǎn)過(guò)程的碳排放）”外，還有著幾大明顯優(yōu)勢(shì)——?dú)錃庀噍^于電能更易儲(chǔ)存、更易運(yùn)輸，且充填效率與傳統(tǒng)汽油車(chē)相近，遠(yuǎn)優(yōu)于電動(dòng)車(chē)充電，并且單次充填燃料后的續(xù)航里程也明顯大于純電動(dòng)車(chē)。因此，越來(lái)越多的車(chē)企加入到了氫燃料電池車(chē)的研發(fā)當(dāng)中，其中走在前列的都是來(lái)自亞洲的企業(yè)——豐田、本田、現(xiàn)代，他們生產(chǎn)的氫燃料電池車(chē)已經(jīng)量產(chǎn)，并投放到了世界多地市場(chǎng)，同時(shí)他們也在致力于打造更加完善的“氫能社會(huì)”。

然而就現(xiàn)階段而言，以純電動(dòng)為主的新能源汽車(chē)遭人詬病的一大原因之一就是電力本身不夠“清潔”，而這主要是由于各地電力系統(tǒng)依賴火力發(fā)電造成的。其實(shí)，氫燃料電池車(chē)也同樣面臨著這種“源頭不干凈”的問(wèn)題，那就是氫氣的制取。目前工業(yè)上主要依靠電解水的方式制取氫氣，而電解水所需的電能如果還是依靠傳統(tǒng)火電，那么它就和現(xiàn)階段的純電動(dòng)車(chē)一樣，只是將實(shí)際的碳排放從人類(lèi)聚集區(qū)轉(zhuǎn)移開(kāi)了，而“0碳排放”也只是噱頭和空話。

● 破解低碳?xì)渲迫‰y題——豐田用風(fēng)能給出解決方案

◆ 橫濱Hama Wing風(fēng)電制氫實(shí)證實(shí)驗(yàn)探究氫產(chǎn)業(yè)鏈

為解決這一問(wèn)題，豐田在2015年聯(lián)合日本橫濱/川崎市政府、巖谷產(chǎn)業(yè)、東芝、豐田自動(dòng)織機(jī)等多家機(jī)構(gòu)與企業(yè)，在橫濱風(fēng)力發(fā)電站（Hama Wing）開(kāi)展了風(fēng)力發(fā)電制造低碳?xì)淙剂系膶?shí)證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。項(xiàng)目的主要內(nèi)容就是通過(guò)風(fēng)力發(fā)電制取真正的“低碳?xì)洹?，并將氫氣供?yīng)給橫濱、川崎兩地四家企業(yè)的12輛氫燃料電池叉車(chē)，從而對(duì)整個(gè)氫能供應(yīng)鏈進(jìn)行初步摸索，并對(duì)供應(yīng)鏈廣泛推廣的可行性進(jìn)行評(píng)估。在不久前的10月份，我曾親自前往Hama Wing進(jìn)行了參觀。關(guān)于這套氫能供應(yīng)鏈的細(xì)節(jié)，請(qǐng)隨我一起往下看吧。

『實(shí)證實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前的橫濱風(fēng)力發(fā)電站』

由于周?chē)容^空曠，還沒(méi)到地兒，頂點(diǎn)高118米的Hama Wing“大電扇”就可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)望到了。它坐落在橫濱市海濱的一片工業(yè)區(qū)里，周?chē)卸嗵幑さ亍U料回收廠等。

下圖展示了風(fēng)電制氫實(shí)證項(xiàng)目的全景，項(xiàng)目在已有的Hama Wing風(fēng)力發(fā)電機(jī)腳下增設(shè)了氫供應(yīng)鏈所需的更多設(shè)備，如受電盤(pán)、配電盤(pán)、制氫穩(wěn)定化系統(tǒng)、水電解設(shè)備、氫氣壓縮/填充裝置等必要環(huán)節(jié)，下面我們就來(lái)一一解讀。

Hama Wing是“0碳?xì)洹钡脑搭^，這座風(fēng)力發(fā)電機(jī)采購(gòu)自丹麥維斯塔斯，最初于2007年3月落成，建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用由市民、政府補(bǔ)助、企業(yè)等共同承擔(dān)。

180塊回收自二手普銳斯的電池組構(gòu)成了這個(gè)“大蓄電池”，由于風(fēng)力發(fā)電非常容易受天氣影響——在風(fēng)速過(guò)小或過(guò)大時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)都無(wú)法工作。因此，這個(gè)“大蓄電池”就用于緩沖、消除由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作斷續(xù)帶來(lái)的供電波動(dòng)，保證下方的水電解制氫裝置可以得到持續(xù)的供電。

基于上圖三個(gè)裝置，氫氣完成了生產(chǎn)（制備）和包裝（壓縮）過(guò)程，接下來(lái)的環(huán)節(jié)就是將壓縮氫氣運(yùn)輸至需求方，而載具則是下圖中這輛日野DUTRO Hybrid運(yùn)氫車(chē)。

豐田在橫濱市中央批發(fā)市場(chǎng)本場(chǎng)蔬果部、麒麟啤酒橫濱工廠、日冷物流東扇島物流中心、中村物流川崎FAZ物流中心四家企業(yè)投放了12輛氫燃料電池叉車(chē)進(jìn)行試點(diǎn)，分別用于短距離多頻次、重物搬運(yùn)，以及低溫工作環(huán)境的驗(yàn)證和測(cè)試。這款叉車(chē)充滿氫所需的時(shí)間約為3分鐘，可以支持其工作約8小時(shí)，無(wú)需像傳統(tǒng)純電動(dòng)叉車(chē)一樣充電或換電池。

那么經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)營(yíng)，這套氫產(chǎn)業(yè)鏈相比傳統(tǒng)電動(dòng)叉車(chē)和汽油叉車(chē)究竟能夠減排多少碳呢？

◆ 實(shí)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論：相比傳統(tǒng)電動(dòng)/汽油叉車(chē)減碳86%/94%

根據(jù)官方給出的碳排放數(shù)據(jù)對(duì)比，我們不難發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的汽油叉車(chē)，實(shí)證研究下的氫燃料電池叉車(chē)在總CO2排放上有著高達(dá)94%的降低，相比電動(dòng)叉車(chē)也有著86%的削減。實(shí)際上，如果能解決將柴油充氫車(chē)替換成燃料電池驅(qū)動(dòng)的車(chē)型的話，那么這套“低碳?xì)涔?yīng)鏈”就基本上實(shí)現(xiàn)0碳排放了。

風(fēng)能制氫實(shí)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論-碳排放一覽（單位：kg/天）叉車(chē)類(lèi)型再生能源風(fēng)力發(fā)電傳統(tǒng)電力系統(tǒng)柴油車(chē)運(yùn)輸叉車(chē)自身碳排放總二氧化碳排放量，實(shí)證研究氫燃料叉車(chē)二氧化碳排放量16.3kg/天（60km），電動(dòng)叉車(chē)119kg/kg，汽油叉車(chē)266kg/天。

比汽油叉車(chē)減碳90%還多？看到這里，您可能認(rèn)為這套氫能源供應(yīng)鏈已經(jīng)“非常棒”了。然而，它還有一個(gè)不可忽略的硬傷制約著它的推廣——成本高昂。并且，作為小規(guī)模實(shí)證實(shí)驗(yàn)，其實(shí)這套風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)也還是沒(méi)能完美解決因天氣不穩(wěn)定帶來(lái)的發(fā)電中斷，只能緩解短時(shí)間停止發(fā)電帶來(lái)的供電波動(dòng)。

對(duì)于此，豐田表示將會(huì)努力壓縮風(fēng)能制氫的成本，力求將制氫和壓縮氫氣這兩個(gè)環(huán)節(jié)所需的成本壓縮至當(dāng)前傳統(tǒng)非低碳?xì)淠茉吹膬r(jià)格，從而實(shí)現(xiàn)推廣。當(dāng)然，這個(gè)任務(wù)也是十分艱巨的。

『東京街頭的巖谷產(chǎn)業(yè)加氫站』

此次，豐田并未透露這套尚處于實(shí)證階段的氫能源供應(yīng)鏈的制氫成本，但他們透露了當(dāng)前傳統(tǒng)來(lái)源氫能源的成本大約為1000-1500日元/千克（約合人民幣5.22-7.83元/標(biāo)方）。以每輛叉車(chē)13.4標(biāo)方/工作日（官方數(shù)據(jù)）的耗氫量計(jì)算，一天的加氫成本約為70-105元人民幣。而除了風(fēng)能發(fā)電制氫外，豐田還將著眼于探究褐煤制氫、廢水污泥制氫方式，它們都有望成為未來(lái)低碳?xì)渖鐣?huì)的重要制氫方式。