冬奧會(huì )上，硬核體育愛(ài)好者關(guān)注賽果，小孩和超齡少女們萌冰墩墩雪容融，吃瓜群眾視谷愛(ài)凌、任子威和蘇翊鳴為新一任愛(ài)豆，對科技愛(ài)好者而言，這場(chǎng)冬奧會(huì )就是一場(chǎng)科技盛宴。

由1.2萬(wàn)塊寶石藍色的光伏發(fā)電玻璃拼接而成的國家速滑館 “冰絲帶”曲面玻璃幕墻，實(shí)時(shí)捕捉，裸眼3D，計算機動(dòng)畫(huà)（CG），增強現實(shí)……五花八門(mén)的新技術(shù)應用，新鮮和熱鬧程度不比一場(chǎng)正兒八經(jīng)秀肌肉的科技展會(huì )低。

新技術(shù)讓人目不暇接，其中最吸引車(chē)圈關(guān)注的是藏在冬奧會(huì )里悄悄進(jìn)行的“世紀暗戰”。

據北京官方報道，本屆冬奧會(huì )上，運行著(zhù)超過(guò)3000輛氫能源汽車(chē)，其中豐田占了三分之二，近三分之一是國產(chǎn)氫能源汽車(chē)，配備30多個(gè)加氫站，堪稱(chēng)全球最大的一次燃料電池汽車(chē)示范大比拼。

這場(chǎng)“世紀暗戰”中，一邊是豐田柯斯達氫擎和我國億華通在商用車(chē)的你來(lái)我往，另外一邊是用上雷克薩斯LS/LC的GA-L后驅平臺的豐田MIRAI2的一枝獨秀?？粗?zhù)這些氫能源車(chē)型真實(shí)地跑著(zhù)，比靜態(tài)演示為主的各車(chē)展刺激多了。

在冬奧會(huì )之前，主機廠(chǎng)已經(jīng)在中國內地快速發(fā)展的新能源汽車(chē)市場(chǎng)中有所動(dòng)作。2021年12月24日，現代汽車(chē)氫燃料電池車(chē)NEXO中國版在廣州迎來(lái)國內開(kāi)放道路首試。

對比一次加滿(mǎn)續航可達850km的豐田MIRAI2，現代NEXO可達596公里的續航里程不算太亮眼，但這兩款車(chē)型共同擁有的“5分鐘即可充滿(mǎn)氫燃料”的特性，對比現階段使用動(dòng)力電池為主的新能源汽車(chē)，補能效率的確令人心動(dòng)。

光憑“充能五分鐘行6百公里”這一點(diǎn)，氫燃料汽車(chē)理論上會(huì )得到消費者認可?？蔀槭裁此浆F在仍然沒(méi)有被大規模推廣？這究竟遇到了什么問(wèn)題？

01 什么是燃料電池

要回答這些問(wèn)題，我們先聊點(diǎn)硬核的化學(xué)內容，了解什么是燃料電池？

現在提起燃料電池，一般是指氫燃料電池。說(shuō)到這里，估計沉睡在大家腦海里多年的初中化學(xué)知識就要動(dòng)起來(lái)。沒(méi)錯，氫燃料電池就是基于氫氣和氧氣/其他氧化劑進(jìn)行氧化還原反應而制作的發(fā)電裝置，目的是把化學(xué)能轉換成電能。

現階段主流的燃料電池有兩種，一種是固體氧化物燃料電池（SOFC），一種是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。無(wú)論商用還是乘用，只要是車(chē)用，用的都是PEMFC，而SOFC更多被使用在航天器上。

為什么會(huì )有這樣的區別？這就得了解PEMFC的優(yōu)勢了。對比SOFC，PEMFC的通常運作溫度在 50℃ 至 100℃，以高分子質(zhì)子交換膜為傳導媒介，發(fā)電過(guò)程無(wú)需加壓或減壓，也不使用任何化學(xué)液體。

通俗對氫燃料的理解就是，其結構簡(jiǎn)單，發(fā)電過(guò)程安全，還無(wú)污染。對比動(dòng)力電池充能工作過(guò)程中仍然會(huì )造成損耗，容易增加碳排放量的情況，氫燃料電池的優(yōu)勢相當明顯。

02 廠(chǎng)商早已扎堆競爭

原理簡(jiǎn)單，碳排放少的的氫能源電池，在不經(jīng)優(yōu)化的情況下，能量效率已經(jīng)達到40%-60%，輕松超越現階段主流的內燃機和動(dòng)力電池，這樣的香餑餑，汽車(chē)廠(chǎng)商為什么會(huì )不重視呢？

其實(shí)不然，自1991年羅杰比林期發(fā)展出世界首個(gè)用于汽車(chē)的氫燃料電池以來(lái)，已經(jīng)陸續有廠(chǎng)商投入到汽車(chē)用氫燃料電池的研發(fā)和量產(chǎn)。

后面的故事發(fā)展行業(yè)大家就熟悉了：豐田是較早投入到氫能源電池的汽車(chē)廠(chǎng)商，上世紀90年代初，豐田汽車(chē)就啟動(dòng)了FCV（Fuel Cell Vehicle，燃料電池汽車(chē)）的相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)。一晃20年，豐田終于在2015年4月正式上市了首款氫燃料電池轎車(chē)MIRAI。憑借先發(fā)的技術(shù)積淀，以及從MIRAI開(kāi)始轉入的正式量產(chǎn)，豐田“多年媳婦熬成婆”地確立了自己在現階段氫燃料電池汽車(chē)的“一哥”地位。

當然，其他廠(chǎng)商也是緊追其后。除了文章開(kāi)頭提到的現代，寶馬也從2013年就開(kāi)始積極開(kāi)展燃料電池技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。有豐田這位“好基友”鼎力相助，寶馬在2019年法蘭克福車(chē)展上就發(fā)布了旗下氫燃料電池概念車(chē)BMW i Hydrogen NEXT。在今年，寶馬也將會(huì )發(fā)布氫燃料電池版本的X5 SUV，這算是氫燃料電池商用的重要一步，決定著(zhù)后面的發(fā)展情況。

回到國內，雖然我國對氫燃料電池商用化的研發(fā)較晚，但中國速度再一次發(fā)揮了作用。以文章開(kāi)頭提到的億華通為例，該公司成立于2012年，2016年開(kāi)始量產(chǎn)，曾參與我國多項國家級燃料電池研發(fā)項目，特別是共同開(kāi)發(fā)燃料電池客車(chē)早期原型。

產(chǎn)自?xún)|華通旗下子公司聚興華通的氫燃料電池客車(chē)，在冬奧會(huì )前的超低溫冷啟動(dòng)測試中，就達成了在-30℃的環(huán)境下放置超過(guò)8小時(shí)后，用時(shí)116秒便成功啟動(dòng)的成績(jì)。處于憑借新能源汽車(chē)異軍突起的大背景中，億華通的崛起代表著(zhù)在中國政策推動(dòng)下的企業(yè)競爭。

除了億華通，佛山飛馳也是我國燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一支重要力量。2015年，佛山飛馳成功研制出國內首批量產(chǎn)的氫燃料電池城市客車(chē)，并在隨后陸續在佛山境內的公交路線(xiàn)上投放使用。隨后，佛山飛馳投入到氫燃料電池牽引車(chē)/貨車(chē)的研發(fā)，并逐步取得成果，即將推向市場(chǎng)。

對比他國車(chē)企，我國車(chē)企的氫燃料電池商用化，更多是以商用車(chē)市場(chǎng)為發(fā)展方向。這也許是揚長(cháng)避短，目前商用車(chē)市場(chǎng)更容易得到國家支持，從而加快研發(fā)節奏以跟上世界水平，保持一線(xiàn)的競爭。雖然發(fā)展的路線(xiàn)和程度各不相同，但國內外多家車(chē)企前仆后繼投入到氫燃料電池的開(kāi)發(fā)和應用，一定程度上顯示了行業(yè)對氫燃料電池的美好前景，只不過(guò)回到現實(shí)生活中，依舊困難重重，痛點(diǎn)多多。

03 氫能之痛，誰(shuí)能解決？

硬幣有兩面，把氫燃料電池的美好前景翻過(guò)來(lái)看，也是有一系列的問(wèn)題。

首先我們來(lái)看燃料來(lái)源這塊，常用的制氫方法有各種礦物燃料制氫、電解水制氫、生物質(zhì)制氫、其他合氫物質(zhì)制氫、各種化工過(guò)程副產(chǎn)氫氣的回收等。

經(jīng)過(guò)十余年的長(cháng)足發(fā)展，我國氫氣年產(chǎn)量已逾千萬(wàn)噸規模，位居世界第一大產(chǎn)氫國。不僅基本實(shí)現國產(chǎn)化，而且大量向國外出口。然而，氫氣占我國終端能源總量份額僅2.7％，即使有政策扶持，至2050年氫氣需求量在終端能源體系中占比才有望達10％。

同時(shí)，我國制備氫氣的主要方式仍然以化石燃料制氫為主。雖然工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫仍有很大的發(fā)展空間，然而換個(gè)說(shuō)法就是氫能源還未能有效降低成本。氫能源的想象空間足夠大，但現實(shí)暫時(shí)還是骨感。怪不得在“寧王”股價(jià)波動(dòng)的時(shí)候，氫能源相關(guān)個(gè)股都未能接過(guò)的大旗，繼續帶領(lǐng)著(zhù)新能源板塊高歌猛進(jìn)。

不僅制備，氫能源的運輸也制約著(zhù)商用化規模的擴大。目前主要的氫能運輸手段有三種:高壓氣氫、低溫液氫、管道輸氫。究竟哪個(gè)是主流，我們只要再次喚醒初中化學(xué)知識就知道答案：氫氣的化學(xué)性質(zhì)較為活躍，要實(shí)現低溫液氫和管道輸氫，難度肯定是更高的。因此，短時(shí)間內，高壓氣氫成為主流的運輸方式。

高壓氣氫運輸，單次載量的確不高，40噸重的長(cháng)管拖車(chē)大約只能運輸400kg的氫氣。而主流的氫能源客車(chē)，搭載的都是35兆帕氫氣儲氫瓶。1兆帕約等于10kg，這樣一換算，卡脖子的不是產(chǎn)氫，更像是運氫。

剛過(guò)去的2021年12月3日，國家工信部發(fā)布的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規劃》已經(jīng)提出，要實(shí)施工業(yè)領(lǐng)域碳達峰行動(dòng)，加快氫能技術(shù)創(chuàng )新和基礎設施建設、推動(dòng)氫能多元利用。進(jìn)一步說(shuō)，在已發(fā)布規劃的13個(gè)省份中，至2025年共規劃加氫站1800座，產(chǎn)業(yè)規模近萬(wàn)億，燃料電池車(chē)共八萬(wàn)輛。顯然，這也會(huì )反過(guò)來(lái)推動(dòng)運氫技術(shù)的發(fā)展。

對比政策可以驅動(dòng)解決的氫氣制備和運輸問(wèn)題，氫燃料電池的“內在不足”，其實(shí)更值得關(guān)注。讓我們回到車(chē)用氫燃料電池的結構：它是基于氫氣和氧氣/其他氧化劑進(jìn)行氧化還原反應而制作的發(fā)電裝置。這個(gè)氧化劑究竟是什么呢？其實(shí)就是鉑金一類(lèi)的貴金屬。

一如其名，鉑金的單價(jià)不低，甚至比黃金還高，這在無(wú)形中拉高了氫燃料電池成本。同時(shí)，我國暫時(shí)只有大連化物所、貴研鉑業(yè)、武漢喜馬拉雅等企業(yè)小規模生產(chǎn)貴金屬催化劑，意味著(zhù)國內暫時(shí)還是沒(méi)有足夠的產(chǎn)能應付大規模使用氫燃料電池，并且使用成本也不會(huì )低。

貴金屬催化劑不僅少，而且還會(huì )在實(shí)際使用過(guò)程中有所損耗，催化劑載體和電池內其他物質(zhì)也會(huì )被催化劑腐蝕。從目前的市場(chǎng)收益來(lái)說(shuō)，想要回收氫能源電池里的貴金屬催化劑？這事兒比回收動(dòng)力電池還虧本和吃力。

既然知道問(wèn)題出在貴金屬催化劑上，那么能不能以“尋求替代品”的方式來(lái)輕松解決？我們在撰稿的時(shí)候咨詢(xún)了氫能源的相關(guān)行業(yè)人士，得到的答復是“如果真有這種玩意兒，其影響力并不亞于一次工業(yè)革命”。

前景如此美好，技術(shù)卻不能解決，只能發(fā)揮“鈔能力”幫幫忙了。據悉，國內企業(yè)正打算通過(guò)收購海外龍頭企業(yè)、與國際頂尖團隊合作研發(fā)等方式實(shí)現技術(shù)追趕。根據中國氫能聯(lián)盟預計，2035年我國氫燃料電池系統的生產(chǎn)成本將降至800元/kW，為當前的五分之一，2050年進(jìn)一步降至300元/kW。目標是2035年，氫燃料電池汽車(chē)成本將具有與內燃機汽車(chē)同等的競爭力并基本接近國外先進(jìn)水平。

路雖難行，仍披荊前往，是現在我國乃至全世界對氫燃料電池發(fā)展和應用的縮影。從制氫運氫到氫燃料電池的制備，國家和企業(yè)攜手合作，拼了命降低成本完善產(chǎn)業(yè)，只是為了把動(dòng)力電池換成氫燃料電池嗎？

04 氫燃料電池不是終點(diǎn)

2021年8月11日，工信部對“鼓勵發(fā)展零碳排放氫能發(fā)動(dòng)機的建議”進(jìn)行答復，提出氫氣發(fā)動(dòng)機是氫能在汽車(chē)上應用的重要技術(shù)路線(xiàn)之一，將積極配合相關(guān)部門(mén)制定氫能發(fā)展戰略，研究推動(dòng)將氫氣內燃機納入其中予以支持。

將這條新聞結合《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規劃》里“推動(dòng)氫能多元利用”這句話(huà)看，我們可以得到一個(gè)推斷：氫能源的使用方式并不重要，關(guān)鍵是要把氫能源用起來(lái)，氫能汽車(chē)其實(shí)其中的一環(huán)，并非全部。

在“碳中和”、“碳達標”、“保護生態(tài)環(huán)境”的全球大趨勢下，汽車(chē)耗能必然要從傳統的化石燃料，轉入污染更低的新能源。搭載動(dòng)力電池的新能源汽車(chē)被消費者接受，算是開(kāi)了個(gè)好頭。然而動(dòng)力電池充能和工作過(guò)程中造成的損耗，增加的碳排放量，還是需要時(shí)間解決。

一邊優(yōu)化現有動(dòng)力電池的制造、使用和回收，一邊探索新能源的多元化使用，這已經(jīng)不是車(chē)企們?yōu)榱速u(mài)車(chē)才去做的事情。不夸張地說(shuō)，無(wú)論車(chē)企還是國家，誰(shuí)在氫能應用上先拔頭籌，花樣玩得多且玩得好，誰(shuí)將更有機會(huì )主導未來(lái)出行方式的發(fā)展。

不得不說(shuō)，先行者的確會(huì )有一定的優(yōu)勢。已經(jīng)在氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)初有成效的豐田，最近幾年在氫內燃機上頻頻發(fā)功。豐田通過(guò)技術(shù)手段讓自家發(fā)動(dòng)機產(chǎn)品支持使用氫燃料，搭載氫內燃機的卡羅拉氫能賽車(chē)順利完成耐力賽，還聯(lián)手雅馬哈搞出V8結構的氫內燃機，已經(jīng)讓不少堅守內燃機的消費者心動(dòng)不已。

除豐田之外，全球最大的獨立發(fā)動(dòng)機制造商康明斯（Cummins）也加入到氫內燃機的研發(fā)中?？得魉惯@個(gè)名字，關(guān)注乘用車(chē)的朋友可能不熟悉，但它在商用車(chē)的世界里，卻是王者的存在——有這樣一個(gè)說(shuō)法，“只要有卡車(chē)的國家，就有康明斯柴油引擎”。

康明斯除了擅長(cháng)制造柴油發(fā)動(dòng)機，還是天然氣、混合動(dòng)力等多元動(dòng)力系統的先行者，在內燃機領(lǐng)域累積了豐富經(jīng)驗。這些經(jīng)驗無(wú)疑為氫內燃機研發(fā)奠定了堅實(shí)基礎，有能力成為氫內燃機的領(lǐng)軍力量。

行業(yè)頭部玩家的加入讓氫燃料的開(kāi)發(fā)大大加快了，跨界帶來(lái)的不同玩法，對氫能的多元化了實(shí)際性的推動(dòng)，氫能源的終局不在汽車(chē)，而在社會(huì )能源方式的變革。

05 智行觀(guān)

按照這樣的發(fā)展態(tài)勢看，我們也許可以設想這樣的未來(lái)：氫燃料電池將會(huì )取代動(dòng)力電池，將乘用車(chē)和商用車(chē)推入新的紀元；氫內燃機將接過(guò)化石燃料內燃機的位置，成為性能車(chē)愛(ài)好者和大功率設備的新寵。要是事情真這樣發(fā)展，那估計基本能落得環(huán)保與熱血兼得的皆大歡喜。

雖然氫能源的使用還屬于小試牛刀的階段，氫能源的未來(lái)也不一定就如我們的想象，但氫能源使用方式的探索，仍在進(jìn)行之中。慶幸車(chē)企和國家走出了這一步，讓未來(lái)有可能發(fā)生，哪怕到達氫能源初步普及的階段，已是“有生之年”系列。