前幾日與朋友聊天，談及了汽車產業未來發展方向的話題，朋友表達了他的困惑：現在有兩種截然不同的聲音，一種認為特斯拉開創的純電技術路徑將是汽車工業的未來，除了電動新勢力發展迅猛之外，所有傳統主機廠也紛紛轉型生產純電汽車，只有以豐田為代表的日企還在推進氫燃料技術路線，卻因此備受嘲諷；另一種聲音則認為現在主要的電力生產方式并非通過清潔能源，因此電動汽車在本質上并不環保，相反氫能是一種真正能夠實現零排放的理想能源，所以純電汽車只是曇花一現，氫燃料汽車才是未來。這兩種聲音各有各的道理，究竟哪種技術路徑才是汽車工業的未來呢？

筆者的確也聽到過這兩種聲音，而且也接觸過不少相關信息，但卻從未系統性的研究過這個技術路線之爭的相關問題。為了搞清楚這個問題，筆者通過查閱資料、與研發人員溝通等方式，逐步梳理出了相關技術和產業發展的整體脈絡，相信可以從更加全面的角度與大家交流分享。

對于很多人來說，對氫能源最初的了解來自于中學化學課。在課上，老師講授并演示了氫氣燃燒和電解水的相關知識，同時介紹說氫氣的燃燒熱值高，燃燒后只產生水，是真正零污染的能源；同時氫氣的電解法生產工藝只以水為原料，而水在地球上的儲量豐富，因此氫氣可是說是取之不盡用之不竭的能源形式。從那時起，許多人的頭腦中便種下了一個極為深刻印象，認為氫氣是人類社會理想的終極能源，而這種印象也在很大程度上影響了人們對于氫燃料汽車前景的判斷。然而，從化學式的成立到可用于大規模工業生產的實用技術的研發成功，這中間存在著巨大的、尚未跨越的鴻溝，因此我們還需要從技術實用性和全產業鏈的角度分析整個產業中存在哪些技術瓶頸，進而探討氫燃料汽車產業的發展前景和可行路徑。

氫燃料電池汽車原理

氫燃料電池原理最早由德國化學家克里斯蒂安·弗里德里希·尚班(Christian Friedrich Sch?nbein)于1838年提出，但直到1955-1958年間，現代意義上的燃料電池才被通用電氣研發制造出來，并以兩位主要貢獻者的名字命名為葛盧布-尼德拉克燃料電池(Grubb-Niedrach Fuel Cell)。

氫燃料電池的核心組件為燃料堆，包括含有鉑基催化劑的正負極和中間的質子交換膜(電解質)，氫氣被供給到陽極端，在催化劑的作用下釋放出電子，進而產生可供電機使用的直流電，而氫離子則穿過電解質到達陰極與空氣中的氧氣發生化學反應產生水。

在這一套系統中，鉑基催化劑是促進反應發生的核心技術，然而鉑元素為稀有金屬，儲量低價格高，據悉僅催化劑一項的成本就占到整車成本的30%以上，因此大規模商用存在很大困難。目前相關研發的主要方向為降低單位面積內鉑的用量和尋找價格更低的非鉑基催化劑，不過非鉑基催化劑的研發尚缺乏實質性突破，只是在降低鉑用量的技術路徑上取得了一些進展，但相較于大規模商用的需求仍顯不足。

就燃料電池技術瓶頸問題，筆者也訪問了參與過氫燃料電池技術開發的同事，除了催化劑問題以外，燃料電池還面臨著催化劑在與雜質氣體(如二氧化碳)接觸下逐步失效的問題，以及反應產水滲入稀釋電解質的問題，這些問題會逐漸降低反應強度，致使整個系統的功率不斷下降，進而縮短系統的使用壽命。

在目前的燃料電池研發領域中，日本由于發展起步較早，因而先發優勢明顯，擁有40%以上的全球相關技術專利，并且已經開始在部分市場中小規模商用，其它主要汽車工業國與日本存在不小的差距。可以想見的是，其它國家在發展氫燃料汽車的過程中無法避免的會碰觸到日本的專利壁壘，這也被認為是其它國家紛紛避開氫燃料汽車技術路線轉而積極鼓勵純電汽車產業發展的原因之一。

加氫、充電產業對比

除了燃料電池技術本身，整個氫燃料汽車產業的發展也存在許多技術瓶頸。我們將與電動汽車產業進行對比，探討兩個不同產業模式之間的優劣差異。

首先需要簡單介紹一下當前不同的氫氣生產工藝。氫氣的類型從生產工藝角度分為三類：綠氫、藍氫和灰氫。綠氫是通過電解水獲得的，優點在于清潔，氫氣純度高，但缺點在于能量轉化效率低，需要消耗大量電能。灰氫是通過裂解化石能源(石油、煤炭、天然氣等)獲得的，是一種傳統的、正在大規模使用的制氫工藝，在生產過程中會產生大量溫室氣體，同時產出的氫氣中也含有其它氣體雜質。藍氫是對于灰氫工藝的技術優化，通過捕獲和儲存制造過程中排放的二氧化碳以降低溫室氣體排放，雖然相對更加環保但仍然需要消耗大量化石能源。其它諸如光解水、生物質制氫技術尚不成熟，無法大規模商用。

觀察上面的充電和加氫產業結構圖，可以發現兩者各有一條清潔能源通路，并且都仰賴于清潔的電力生產方式，而這是需要光伏、風能、原子能等清潔發電技術的發展和大規模應用才能實現的。對于充電產業而言，充換電基礎設施在全球主要市場都在大規模建設中，當前主要的技術瓶頸在于如何大幅提升充電速率。雖然不少廠商已經開發了高壓快充技術，最高可以通過800伏電壓實現10分鐘增加400公里續航，但是尚未大規模鋪開，同時這樣的高壓充電設施也會給電網帶來一定的壓力。另外，在這條技術路徑上，電池回收再利用也是一個長期性的挑戰。目前中國等電動汽車產銷大國已經陸續出臺了鼓勵梯次利用、強制回收拆解的法規，以此來降低廢舊電池帶來的污染問題。

與純電技術路徑相比，氫燃料路徑的清潔能源通路多一個制氫的節點，因此在流程上就相對冗余，而多一個能源轉化節點就意味著能源的消耗損失。考慮到綠氫生產的能源消耗很大，轉化效率也不高，因而成為了這個產業鏈條上的重大技術瓶頸。目前綠氫占整個工業制氫的比例只有5%左右，屬于較為邊緣的生產方式。另外，氫氣的運輸、儲存、加注過程中的安全性在大規模使用過程中也存在一定風險。目前氫氣的主流生產方式仍為灰氫工藝，不但消耗傳統化石能源，還產生大量溫室氣體和其它空氣污染，因此當前的加氫產業比充電產業更加耗能和污染，需要解決許多技術瓶頸才能實現本質的提升。

進一步從能源轉化效率角度考察兩種技術路徑的清潔能源通路，根據德國大眾集團的研究，純電技術路徑在這方面具有明顯優勢。氫燃料路徑從電力產出到運輸加注環節就已經損失了一半左右的能量，再到燃料電池發電輸出能量驅動車輛，整個流程的能源轉化效率只有10%-20%，與純電路徑下的70%-80%相去甚遠，因此如何提高整體的能源轉化效率也是氫燃料路徑下需要大力解決的問題。

氫燃料、純電汽車實際使用對比

正如前文所述，從全產業的角度觀察，氫燃料技術路徑在現階段的能源利用率低、制氫過程污染大，與純電技術路徑相比處于劣勢。然而從兩種車型的實際使用的角度觀察，結果又會是怎樣呢？

從乘用車的角度進行對比，可以發現氫燃料汽車的優勢在于補能時間短，但在補能成本方面不具優勢。據悉在當前的補貼政策支持下，加氫成本與加注燃油的成本接近，不過考慮到政府補貼和主流制氫方式均會逐步發生改變，因此氫氣的價格在未來具有相當的不確定性。

而在補能設施數量上，加氫設施與充電設施則完全無法相比，用天差地別形容一點也不為過。在加氫設施相對充足的美國南加州地區，由于各方的鼓勵措施（如聯邦補貼8,000美元、廠商補貼最高25,000美元、加氫免費），吸引了不少用戶購買或租賃氫燃料乘用車，但是隨著用戶數量的增加，原本相對充足的加氫設施開始顯得不夠用了，據悉加氫等待的時間顯著增加，平均可達45分鐘，使用體驗大幅下降。同時，由于企業(以日韓企業為代表)在推廣氫燃料汽車的過程中提供了大量的價格和燃料補貼，因此企業實際上是在虧本銷售(有消息稱每銷售一輛氫燃料汽車虧損10萬美元，未證實)，因此企業沒有動力和財力繼續擴大加氫站的布局，再加上純電乘用車產業高速發展所帶來的沖擊，整個氫燃料乘用車產業處在一個相當尷尬的局面中。從財務的角度考量，目前車企的高額補貼推廣模式并不具有可持續性，在沒有更加積極的產業政策配套下，企業的單打獨斗很難取得實質性的成功。

不過，對于商用車而言，情況就有很大不同了。目前的商用車市場中，純電車型尤其是純電重載車型發展也很緩慢，與乘用車領域存在很大差距。在技術上，當前的鋰電池能量密度已經沒有了大幅度提升的空間，新型的固態電池、鈉電池技術尚不成熟，因此要為重型商用車提供足夠的動力和續航，就需要增加電池模組的數量，這樣一來車體的重量大幅增加，因而削弱了載貨能力；同時也是由于電池模組數量的增加，充電時間必定會相應的延長，致使貨運周期和時間成本增加。相比之下，氫燃料商用車在車重和補能時間方面存在明顯優勢，而在補能設施方面，兩種技術路徑其實仍然處在同一起跑線上。由于商用車的運營線路相對固定，尤其重載車輛主要在城際公路沿線運行，因此不需要在人口稠密的城區進行大規模的加氫設施建設，只需要在人口稀疏的城際公路沿線建設即可，這不僅對沖了加氫站建設成本高的劣勢，同時也在客觀上降低了氫氣運輸、儲藏和加注的安全風險。

如何發展氫動力商用車產業

了解了氫燃料汽車在商用車領域所具有的優勢，我們必然要問：目前全球的氫燃料商用車產業發展如何？

當前，許多商用車巨頭已經加快了在氫燃料領域的布局，比如戴姆勒、日野等傳統廠商都發布了氫燃料重卡，歐美也有為數不少的新勢力企業涉足這一領域，如Nikola和Hyzon，且都已在美股上市。在中國廠商中，也有不少傳統商用車生產商發布了氫燃料重卡，如上汽紅巖、中國重汽等。在中國如火如荼的造車新勢力中也不乏氫燃料商用車的身影，如格羅夫旗下的中極氫能汽車，百度投資的新能源商用車品牌DeepWay也推出了氫電共用平臺，為未來成熟后的氫燃料動力技術預留了兼容性。

不過在實際使用方面，目前氫燃料商用車還在起步階段，而價格是重要的制約因素。由于商用車本質上是生產工具而非消費品，因此貨運公司和司機個體對于采購價格和使用成本及其敏感。氫燃料商用車由于鉑基催化劑和其它技術因素，目前的采購價格大幅高于燃油商用車，同時加氫成本與加油相比也沒有明顯優勢，便利性更是差距巨大，因此無法吸引潛在用戶實際購買。現在絕大多數的在營氫燃料商用車隊都是廠商自有或針對具體事項的(如奧運會)，測試和推廣的意義大于實際使用的意義。

因此，我國在發展氫燃料商用車產業時需要綜合考慮各種因素，集中資源突破關鍵性的技術難題，才能夠實現技術的實際應用，從而推動產業的可持續發展。在燃料電池技術方面，研發成本更低的催化劑是重中之重，這直接關乎到車輛的實用價值。而在氫氣生產領域，與清潔電力生產相配套的綠氫制備技術突破也是整個產業發展的核心議題，但此類技術的突破有賴于整個能源產業的技術革新，車企在這方面很難親歷親為。另外，加氫基礎設施還要持續完善，不斷擴展布局并提高安全性可靠性。同時，在全產業鏈條的各個技術環節上不斷提高能源轉化效率也是重要的發展突破方向。

除此之外，產業界和政策制定者還應有意識的利用一系列的技術、市場和政策工具打破日本在氫燃料汽車產業中建立的專利壁壘，不能讓其成為阻礙我國相關產業發展的重大障礙。而這一切都需要有合理的產業政策進行有力的支撐，利用產業政策為企業技術研發、基礎設施配套、車主購車和使用提供激勵，同時消除各方面不利因素的影響，才能使我國的氫燃料商用車產業持續發展壯大。

結語

雖然氫燃料汽車產業還有許多有待解決的瓶頸問題，尤其是與當下電動化的大趨勢相比，氫燃料路線沒有表現出足夠的潛力。但筆者仍然認為我國應該積極發展氫燃料汽車產業，不能落后于其它競爭者，因為中國作為一個大國，在任何一個關鍵技術領域的落后都可能帶來卡脖子的系統性風險，尤其是在能源這一全局性的重大領域，更是不能掉以輕心。

在當前階段，可以率先鼓勵發展氫燃料商用車，待技術成熟、布局擴展后，也可依情況拓展氫燃料技術在乘用車領域的應用。畢竟未來的汽車產業究竟如何沒有人可以準確預料，我們能夠做的就是未雨綢繆，利用我們的產業和市場規模優勢加快多種技術路徑的布局，為未來增加一種可能性，更是在激烈的國際產業競爭中增加一分勝算。

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