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汽车行业的未来属于燃料电池车?


来源:雷锋网

续航方面,根据电池组大小的不同,纯电动车的里程一般在65 - 320公里左右,不过较为强悍的特斯拉 Model S 和 Model X 则可达 480 公里。有些人可能不太同意笔者的观点,他们与特斯拉 CEO 马斯克站在一边,认为氢燃料电动车根本没有前途。

如果你是个车迷,那么一定能感觉到近些年来整个汽车行业的转变。现在燃油发动机的统治地位已经有所动摇,曾经在性能车上备受推崇的各种V6、V8 发动机开始逐渐消亡,就连以速度为核心的F1 都用上了1.6 升的四缸引擎。更甚者如特斯拉,已经彻底抛弃了燃油发动机,电动车开始登上历史舞台,硅谷各大科技公司总部停车场一水的特斯拉就是最好的例证。

推动这一转变的原因有三点:首先,电动车能大幅减少二氧化碳排放并起到保护环境,延缓气候变化的作用。其次,全面拥抱电动车也是某些缺乏石油地区的无奈之举,如果不加速转变,未来在政治经济上都会受制于他国。最后,地球上的化石燃料正在一点点耗尽,一旦产量无法满足需求,燃油价格就会涨上天,从而加大经济发展的成本压力。

电动车分三类

如今,市场上的电动车可以分成三类。

其中,保有量最大的一类是混合动力车(代表车型为丰田普锐斯)。这是转变过程中的折衷方案,电动机可与传统燃油发动机共同运作,起到提高燃效和节省燃油的作用。

第二类则是以特斯拉Model S 和日产聆风为代表的纯电动车(BEV),经过多年的发展,此类车辆已经不是市场上的异类了。虽然它们用的电依然来自化石燃料发电厂,但由于转化效率高,纯电动车依然比传统燃油车辆环保。未来,随着发电厂向可再生能源转化,纯电动车将变得更加环保。

第三类电动车则是燃料电池车(FCEV)。它们是市场上的新兵,但凭借自己独一无二的优势,未来将会成为用户的终极选择。

下面,笔者就来分析一下这三类电动车辆的优缺点以及未来它们在电动革命中将扮演何种角色。

燃料电池车工作原理

混动车和纯电动车我们已经探讨过多次,其特性和工作原理大家也都耳熟能详。不过与它们相比,燃料电池车却很少被人谈及,因此现在就让我们一起了解此类车辆的工作原理吧。

与混动车辆电机靠回收内燃机能量来充电不同,燃料电池直接依靠电化学来发电,而为其提供能量的燃料就是车中加注的压缩氢气,氢气与空气中的氧气发生反应后产生电能和水,由于整个过程没有燃烧反应,因此不会排出碳氢化合物、一氧化碳和二氧化碳等污染物。

丰田氢燃料电池车内部布局

此外,氢燃料电池车拥有超高的燃效,几乎可以达到现有燃油车辆的3 倍。同时,其续航里程与燃料加注速度也能达到传统燃油车辆的水平。最后,氢燃料容易制造,燃料电池运行中也不会产生恼人的震动。

听起来是不是可以碾压混动车辆和纯电动车?但为什么这样好而美的产品路上却很少见呢?那是因为你没去对地方,眼下美国只有加州有氢燃料电池车出售,而市售车辆仅有三款,分别为丰田Mirai、本田Clarity 和燃料电池版现代途胜。

当然,车型少并非氢燃料电池车的硬伤,真正阻碍其发展的还是加氢站的缺乏,到今年年底,建成投入使用的加氢站只有27个,到2020年这一数字才会增长到74个,基础设施建设的严重滞后让消费者根本不敢下手。

美国如此,欧洲的加氢站也不多,而对氢燃料电动车较为重视的日本则只有80个加氢站,为了推广这一技术,日本政府准备在2020 年东京奥运会前加紧建设相关基础设施。

氢燃料电池车与纯电动车有何不同?

虽说氢燃料电动车是个新鲜事物,但其主要的传动机构与纯电动车非常相似,而且它们都要配备电池组。至于制动力回收等节能技术,也都是两类产品的标配。两者的不同主要在于电能的来源,充电时间、续航里程和车辆大小。

能量来源方面,纯电动车的电能来自于发电厂,而氢燃料电池车则来源于压缩氢气。两者虽然都配备电池组,但氢燃料电池车的电池组可以做的很小,而纯电动车为了续航可能整个底盘都是电池。

续航方面,根据电池组大小的不同,纯电动车的里程一般在65 - 320公里左右,不过较为强悍的特斯拉Model S 和Model X 则可达480 公里。氢燃料电动车在续航上优势较为明显,一次加氢可以行驶480-640公里,而最新的Nikola One 燃料电池卡车,一次加注则可连续行驶1200 公里。

为什么说汽车行业的未来属于燃料电池车?

Nikola One 氢燃料电池车

在充电时间方面,纯电动车更是被甩得远远的,即使用上最强悍的快充,至少也要等待半小时,而氢燃料电池车完成一次燃料补充最多需要5 分钟。

在车辆体型方面,纯电动的驱动方式则更适合小型车辆,虽然已经有纯电动公交等大型车辆诞生,但其续航里程依然有限,只能满足日常通勤需求。要想克服这一困难,车辆就必须多装电池组,但车重增加后又会带来更多附加问题,这样的解决方案完全是个死循环。与其相比,氢燃料电池车则没有这种顾虑,它们能用在各种类型的车辆上。

虽然氢燃料电池车刚刚在市场上斩获些许成绩,但笔者相信,未来25 年内,大多数消费者都会选择此类车辆,而由于在续航里程、充电时间等方面表现较弱,纯电动车将退居二线。

马斯克对于氢燃料电池车必败的推断真的成立吗?

有些人可能不太同意笔者的观点,他们与特斯拉CEO 马斯克站在一边,认为氢燃料电动车根本没有前途。

去年,在讨论该问题时马斯克给出了氢燃料电池车必败的三大原因,其中之一是我们提到的加氢站建设问题,此外马斯克认为氢能源安全性不够,而且不属于可再生能源。

下面,笔者对马斯克的“指控”进行一一反驳。

首先,马斯克称氢能源安全性不够完全是夸大其词,市场上的现有产品,无论是汽油、柴油、燃气、电池还是氢燃料在安全性上都不是尽善尽美的,在遭遇极端车祸时它们都曾造成较大的伤亡。

氢气比空气氢,一旦泄露马上就会散佚到空气中,而传统的汽油和柴油则极易在碰撞过后燃起大火吞噬车辆。

日本的加氢站

此外,马斯克对加氢站建设滞后的指责也有些五十步笑百步,与传统的加油站相比,充电站和加氢站现在都属于稀罕事物。不过,加州能源委员会的报告显示,加州只需68 个加氢站就能基本满足用户需求了。而在南加州地区,38 个加氢站就足够了。随着氢燃料电池车的增多,只需将现有加油站的15% 改造成加氢站就能满足用户需求。

纯电动车对充电站的需求则与氢燃料电池车不同,由于充电时间较长,用户一般会在家中装配充电设施(类似中国这样车位紧张的建设起来很麻烦),而公共充电站则大多数建在购物中心和写字楼等人流密集的区域。不过,这些区域的充电位有限,争夺充电桩的事情时有发生。此外,如果车主在购物或上班,还有可能造成充电桩的浪费或被别人恶意拔掉充电枪。

马斯克认为氢燃料并非可再生能源的看法更是大错特错。如今,加州33% 的氢能源都来自可再生能源,这是法律明确规定的,而随着技术进步这一比例将继续提高。

眼下,生产氢能源的方式主要有两种,一种是热电冷三联产,该方案效率高,能大幅减少燃料消耗。另一种则靠电解,鉴于电网上的电如果用不完就会浪费掉,这种方式也较为环保。而且,别忘了生产氢能源我们还能用到风能和太阳能。

本田Clarity

氢燃料电池车的时代已经到来

虽然马斯克对氢燃料电池车极尽抹黑之能,但大多数汽车制造商都已经开始了相关技术的积累,经验老道的它们完全能分得清哪种解决方案更有前途。

当然,笔者并不是说纯电动车将被氢燃料电池车完全替代,毕竟不是所有人都喜欢大车,大多数人的车都用来短途通勤,而且夜里在家充电也不麻烦。不过,纯电动车未来肯定不会成为主流产品。

按现在的发展趋势来看,氢燃料电池车未来风头将盖过纯电动车,但要实现这一目标我们可能需要数十年的时间,而到时纯电动车的保有量肯定已经相当庞大了。

虽然氢燃料电池车要获得统治地位还需经历一个漫长的过程,但属于它的时代已经到来。(雷锋网 2016年12月7日报道)

 

此前报道:

电动汽车vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

燃料电池汽车也可以算作电动汽车,但你可以在五分钟内给电池灌满燃料,而不是等上几个小时来充满电。电动汽车要做到这一点,就必须更换整组电池。那为什么现在只投产了一种燃料电池汽车,而电动汽车却无处不在呢?这就是一个有关效率、燃料、污染和政治的故事了。

燃料电池汽车是什么?

电动汽车vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

燃料电池汽车也是电动汽车,只不过“电池”是氢氧混合燃料电池。和普通化学电池相比,燃料电池可以补充燃料,通常是补充氢气。一些燃料电池能使用甲烷和汽油作为燃料,但通常是限制在电厂和叉车等工业领域使用。

和普通电池一样,燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。大部分燃料电池汽车如Mirai 或本田的FCX Clarity 使用聚合物交换膜燃料电池(PEMFC)。在这一系统中,氢气受压通过铂催化剂,分解成两个氢离子和两个电子。这些电子会驱动汽车的电动机,而氢离子会和氧气结合成水,以蒸汽“废气”的形式排出。通过将这些电池堆叠在一起,就能为汽车提供足够电力。

氢气来自哪里?

电动汽车vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

如果你想要一辆百分百环保的燃料电池汽车,就必须以不造成污染的方式来制造氢气。这可不容易,目前最好的方法是通过电解水来制造氢气,即用电将水分解成氧气和氢气。目前最好的电解水系统的能量转化率只有80%,并不怎么高效。

甲烷转化(上图)要更划算,但却会造成污染。蒸汽需要加热到700 到1000 摄氏度,然后与甲烷结合生成氢气和一氧化碳,以及少量二氧化碳。得益于水力压裂法生产的大量天然气,美国有95% 的氢气通过这种方法来制造。

如何购买氢气?

电动汽车vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

电动汽车已经在道路上(和你家中)建立了充电基础设施,但氢气销售点却很少,相隔距离也很远。这部分是由于缺少需求,还有就是建造成本高昂。普通的电动汽车充电站只需花数十万美元来建造,特斯拉的超级充电站建造成本高达30 万美元。但建造一个氢气燃料站需要花费100 万至200 万美元,因为需要解决处理液态氢气的问题。因此,美国现在只有大约50 个氢气燃料站,其中22 个位于加州。

为什么这么贵?根据Autoblog Green 披露的细节,氢气燃料站的主燃料箱以至少负250 摄氏度的温度存储着近1 万加仑液态氢气。和天然气或柴油不同,液态氢气保存在地面上的一个特别区域,与泵分离。然后液态氢气会在汽化塔内转化成气体,然后加压传输给更小的储罐来销售。

电动汽车vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

《人车志》(Car and Driver)描述了充气过程:

 

  • 首先需要将一个多管通信插头插入汽车,以了解其燃料需求

  • 接着需要连上氢气喷嘴,用扭锁和泵来密封

 

一些燃料电池汽车可以同时接受350 个大气压和700 个大气压的氢气,后者的行程更远。只需3 分钟到5 分钟就能充满700 个大气压的氢气,价格约3 美元至3.5 美元GGE(每加仑汽油当量)。

丰田和本田将向买家免费提供三年氢气。丰田计划逐步增加在美国的氢气燃料站数目,将在加州新建19 个,并在纽约和罗德岛之间建造12 个。加州已拨款2 亿美元用于兴建氢气燃料站,并想在2016 年时将这一数目增至40 个。不过,几乎没有其他州宣布类似计划,意味着燃料电池汽车早期用户想要环游美国会有困难。

为什么要关心这事?

如果你正在阅读本文,我猜你不想留给后代子孙一个乌烟瘴气的地球。而且我们已经详细阐述了电动汽车如何来帮助减少温室气体排放。但购买环保汽车也有更自私的理由。从长期来看,如果算上折扣,日产Leaf、丰田普锐斯(Prius)等环保汽车要比普通汽车更省钱。那么燃料电池汽车的费用相比其他环保汽车如何呢?

电动汽车vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

燃料电池汽车相比电动汽车的主要优势就是方便。氢气燃料电池汽车只需3 到5 分钟就能充满长途行驶所需的气量,而Tesla Model S 至少需要20 分钟才能充满电(见上图),但行驶的距离还不到氢气燃料电池汽车的一半。这让燃料电池汽车更方便日常使用,汽车制造商们据此认为,希望寻找更环保汽车的消费者也许会认为燃料电池汽车要比电动汽车更实用。

州监管机构也这么想。现在汽车制造商需要在15 分钟内充满足够行驶285 英里的燃料才能获得满额加州零排放汽车(ZEV)信用点。这些信用点可以转售给汽车制造商,特斯拉在去年首次盈利靠的也是ZEV 信用点。然而,像Model S 这样的纯电动车现在已经不符合获得满额ZEV 信用点的规定,因为大部分电动汽车都达不到补充燃料的要求。你很快就会看到,加州的政策变更或许会增加污染,但这无疑会激励丰田、本田和其他公司在电动汽车之外制造燃料电池汽车。

至于性能和环保性方面,燃料电池汽车使用和电动汽车一样的电动马达,性能表现差不多。丰田Mirai 百公里加速时间大约为10 秒,能行驶434 英里。燃料电池也更适合皮卡和SUV,目前的锂电池没法满足这些车型的需要。锂电池也要比燃料电池组/氢气箱重得多。

但你是否就该为只排放水的燃料电池汽车感到骄傲呢?悲哀的是,答案是不。

燃料电池汽车的问题?

燃料电池汽车的主要问题是,制造驱动它们的氢气燃料要消耗比普通电动汽车更多的能源。污染也是个很严重的问题。

燃料电池汽车的售价和维护费用要比电动汽车贵

丰田表示,全新Mirai 售价5.75 万美元,联邦和州政府补贴后的价格可低至4.5 万美元。这比特斯拉要便宜不少,但日产Leaf 的售价差不多是3 万美元,补贴后的价格约为2 万美元。如上文所述,给燃料电池汽车补充的氢气价格约为3 美元GGE,美国能源部估计给一辆车加满气需要花约50 美元(丰田的免费燃料不算在内)。这意味着,一辆燃料电池汽车的维护成本是普锐斯混合动力汽车的两倍,是电动汽车的四倍。的确,这一成本会随时间推移降低,但电动汽车和混合动力汽车也一样。

电动汽车vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

制造和使用绿色氢气的费用更高

除了甲烷转化,获得绿色氢气的唯一可行的方式是通过电解。但坦白讲,这一过程中消耗的电可以更好地用在普通电动汽车上。正如上面的图表所示,相比起氢气燃料电池汽车,电动汽车能更好地利用电力。至少这就是燃料电池技术的现状。

甲烷转化得到的氢气和汽油一样糟

好吧,假设你使用的氢气来自于甲烷转化。这至少要比燃烧天然气或柴油好,对吧?并不完全如此。福特最近表示,相对于燃气发动机,燃料电池汽车“对环境的好处有限”。而且可能要更糟一些,因为最近的研究显示,甲烷基础设施的泄露情况比原先想象的还糟糕(最高达7%),而作为温室气体,甲烷的温室效应是二氧化碳的86 倍。

电动汽车vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

补充氢气燃料的基础设施造价高昂

正如上文所述,氢气具有爆炸性,很难处理。输电就相当简单,每个房子都有电。但氢气燃料电池汽车需要对制造和运送环节投入巨资,每一个环节又会增加成本、复杂性和污染。

 

这一切是不是说明氢气燃料电池汽车没戏了呢?

从这些标准来看,相对于环保省钱的电动汽车,氢气燃料电池汽车根本没法比。但在消费者的心中,“实用”也很重要,燃料电池汽车加满燃料的速度更快,行驶的距离更远。而且,氢气燃料电池汽车还处于早期阶段,充电式电动汽车在10 年前也存在似乎无法克服的问题,现在美国境内有近28 万辆电动汽车。

正如一名燃料电池汽车推动者所说的,目前上路的汽车中仍有97% 的车辆用汽油做燃料,电动汽车粉丝何必嫉恨氢气燃料电池汽车呢?燃料电池的发展将推动技术改进,希望也能在未来让化石燃料汽车永远从道路上消失。

相关报道:

最新研究:氢燃料电池车局限大难以普及

据美国媒体Leflanenews报道,思迈汽车信息咨询公司的最新研究显示,氢燃料电池汽车(FCV)在与传统的燃料汽车与电动汽车的竞争中优势不大,预计到2027年,FCV在车市中的占有率甚至不到0.1%。

研究人员表示,目前不少车企在加大电动汽车的研发,打造经济型、续航里程更长的新车。然而,氢燃料电池汽车仍然相对较贵,并受基础设施的限制。

思迈汽车信息咨询公司指出,“加氢站相当占地,而且常常需要专门的网点”。其还成称,“电动汽车充电站相对较便宜,加氢站成本可达300万美元(约合19.55亿元人民币)”。(环球网 2016年5月10日报道)

[责任编辑:叶绍明]

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