“氢能源自由”何时到来

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“氢能源自由”何时到来

发布时间：2022-11-09 15:49:08 文章来源：汽车商业评论杂志

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撰文/ 张鸥编辑/ 吴静设计/ 赵昊然来源/ Automotive News，作者：Pete Bigelow

(资料图片)

看好它的人赞其为“拥有魔力的解决方案”。而在对它嗤之以鼻的人看来，相关研究都只是“年复一年的妄想”——这便是争议不断的、将氢气作为燃料的可能性。

氢气是一种丰富的、无污染的能源，被看作天然气的清洁替代品。科幻小说之父儒勒·凡尔纳（Jules Verne）曾经描述过“在未来，水如何被用作燃料”。在1874年的小说《神秘岛》中，他写道“氢气和氧气将提供无穷无尽的热源和光源”。

近150年后的今天，氢气的应用已经不再局限于科幻小说。只不过，它能否改变整个社会的能源结构仍是未知数。

经过几十年的试点项目和零星的部署，这个理想中的燃料似乎已经处于经济可行性和广泛采用的边缘。美国能源部在2021年7月开启了“氢能源地球计划”（Hydrogen Energy Earthshot）,希望在10年内将清洁氢的成本降低80%，至每公斤1美元。

在气候变化的全球挑战和对能源独立的更多渴望之下，美国政府和跨国公司们正在花费数十亿美元，试图开创氢气时代。

美国能源部寻求在10年内达成氢气大范围采用▼

（图源：GenH2）

全球供应商博世公司表示，到本10年末将在氢气生产技术方面投资多达5.91亿美元。

根据美国环保署的数据，运输业占美国温室气体排放的27%，比任何其他行业都要高。美国应对交通领域碳排放的主要努力集中在电动汽车的推广和政府对所有关联领域的支持上。

但是，这可能还不够。安永会计师事务所的全球移动性分析师克里斯汀·林格兰德（Kristin Ringland）说：“有些东西是换电池无法解决的。”

虽然没有达成共识，但越来越多的行业分析师和科学家认为，交通将需要锂电池电动车和氢能源动力车的共同努力，以在2050年达到净零碳排放目标。

“我们不认为两者会是‘非此即彼’。”洛斯阿拉莫斯国家实验室氢气和燃料电池技术实验室的项目经理罗德·博鲁普（Rod Borup）说，“我们认为应该是‘和’。”

始于能源危机

如今，对于氢气燃料电池的开发和部署越来越多，这些努力和成果都始于洛斯阿拉莫斯国家实验室，该实验室因开发氢弹而声名鹊起，博鲁普现在负责监督该实验室耗时最长的非武器项目。

这些研究是在1973年和1974年经济震荡和汽油长线困扰美国之后开始的，当时石油输出国组织禁止向特定国家出口石油并削减石油产量。

美国在1977年成立了能源部，部分原因正是为了应对这场能源危机。不同的研究项目被纳入国家级别的管辖范围，包括洛斯阿拉莫斯实验室。彼时刚刚从亚利桑那大学毕业三年的年轻科学家拜伦·麦考密克（Byron McCormick）建立了氢气和燃料电池技术实验室。

洛斯阿拉莫斯国家实验室在1943年创立于曼哈顿计划期间，当时入口被严防把守▼

（图源：Los Alamos National Laboratory, Department of Energy）

就是这样一个时机，美国能源部为后来的太阳能、风能、先进电池和燃料电池的研究埋下了种子。几十年后，这些技术已经成熟。

现年76岁的麦考密克说：“所有这些东西从70年代就已经形成了。如果不是因为石油禁运，它可能根本不会开始。”

麦考密克后来成为通用汽车公司的高管，在2009年退休之前，他建立了该汽车公司的全球替代动力中心，专注于氢气和燃料电池技术。

2021年6月，通用汽车启动了一项350亿美元的投资，开始双重减碳战略。除了正在推出一个完整的锂电池电动车产品线，这些资金还支持开发用于卡车、火车和飞机的GM Hydrotec燃料电池。

解决卡车应用问题

业内共识是，铁路和航运是氢燃料电池的首选。它在地面运输中的应用目前还无法断定。

地面运输中最具有潜力的应该是长途卡车。根据美国环保署的数据，中型和重型卡车消耗了美国运输燃料的26%。燃料电池在氢气提供的能量密度方面被证明是有优势的。与锂电池电动卡车相比，它们有更短的加注燃料时间和较小的能量损失。

重型锂电池会吸收有效载荷能力，这对于长途卡车的运输来说是一个问题，因为它减少了利润。北美货运效率委员会执行主任迈克尔·罗斯（Michael Roeth）表示，由于重量不同，一辆燃料电池卡车在560公里的路程中可以携带大约17吨的货物，而锂电池卡车则为15吨。

他说，虽然它比传统的内燃机卡车要重，但美国联邦政府对零排放卡车发放近1吨的有效载荷补贴，使燃料电池卡车的货运能力和成本能够与柴油卡车相当。

燃料电池供应商Ballard估计，就总拥有成本而言，锂电池卡车在区域性运输中将花费434381美元；类似的燃料电池卡车将花费414367美元，这一价格与柴油相当。

(图源：Daimler Truck)

美国国家可再生能源实验室于2021年9月发布了一项分析，支持锂电池和氢气燃料电池两种技术都具有发展空间。它表明，在特定的商业场景和路线距离中，每种动力系统都可能拥有成本优势。燃料价格是一个重要的变量。

总的来说，这两种技术最早在2025年就可以在成本上与柴油卡车竞争。

由现代汽车集团支持的新墨西哥州氢气部件创业公司Pajarito Powder的联合创始人汤姆·斯蒂芬森（Tom Stephenson）说：“如果类比的话，氢气燃料电池车等于今天的柴油车，锂电池电动车等于今天的汽油车。”

并非所有人都信服。

约翰·亨利·哈里斯（John Henry Harris）在2021年7月与合伙人创立了中型卡车初创公司Harbinger。在他从零开始造车的过程中，他很快就对氢气从希望变成了失望。

他说：“当我们实际考察这两种解决方案的成熟度时，我们只看到了一个巨大的鸿沟。”

与锂电池相辅相成

在乘用车市场上，目前的燃料电池车型销量都很低。

丰田在2014年面向日本市场推出了Mirai，根据咨询公司Interact Analysis 2022年10月的一份报告，这款车的累计销量约为4200辆。在韩国，尽管国家战略认证了氢气在去碳化努力中的核心作用， 2020年和2021年，现代Nexo等燃料电池乘用车的销量仅为8500辆。

现代Nexo氢燃料动力车▼

（图源：Hyundai USA）

尽管如此，两家汽车制造商都没有失去对氢气的兴趣。

现代汽车公司打算在2028年前为整个车型阵容开发氢燃料电池版本，下一代系统将在2023年推出。它预计燃料电池将用于卡车、火车和海船。

除了Mirai，丰田在2022年8月与宝马合作，设计和生产氢燃料电池车，预计最早在2025年销售。丰田还在研究氢气巴士，测试与肯沃斯公司在洛杉矶开发的8级燃料电池卡车，并计划与五十铃汽车公司和日野汽车公司合作开发中型燃料电池卡车。

这家日本公司在2021年12月表示，它计划在锂电池和氢燃料电池技术方面投资高达700亿美元。

当大多数竞争者都更专注锂电池电动车时，将目光望向另一种选择在很多人看来是一个奇怪的决定。但是，丰田认为，不同的技术相结合，或许能够最大限度地服务于不同的汽车细分市场和地理区域，现在做出判断还为时尚早。此外，他还在探索氢气内燃机。

“我们希望在这件事上保持谦逊，因为我们不知道未来会如何。”丰田汽车首席科学家兼丰田研究所所长吉尔·普拉特（Gill Pratt）说，“而事实是，在我们看来，其他人也不知道。”

Pajarito Power公司的斯蒂芬森说，关于什么技术最能降低碳排放的争论让人想起了之前风能和太阳能行业之间的争吵。他预计，从长远来看，锂电池和氢燃料电池之间的互补将大于竞争。

德勤咨询公司的一份新报告显示：“现在看来，氢气很可能将成为下一种规模化的能源。”2021年，与氢气相关的风险投资活动达到了近20亿美元的记录。德勤预计2022年将超过这一数字。

基础设施难关

尽管如此，现有的基础设施并不足以支撑大规模采用。

根据能源部替代燃料数据中心2022年11月的数据，美国有48148个电动汽车充电站，而且得益于联邦政府的大力补贴，充电站的数量正在迅速增长。

氢气加注站呢？只有54个。

美国只有54个加氢站▼

“当你问房地产行业的人什么是重要的，你会听到‘位置、位置、位置’的答案。在氢气这里，最重要的便是‘基础设施、基础设施、基础设施’。” 吉尔·普拉特说。

当然，氢气加注站也必须有足够数量的用户，才能实现经济效益。根据国际清洁运输委员会2017年的一份报告，从加注频率和使用情况来看，每个加氢站可以支持100-400辆车。

商业卡车运输网络的基础设施可以根据具体地点进行调整，而许多人怀疑氢燃料电池在轻型车应用中能否赶上锂电池电动车的发展速度。

安永会计师事务所的林格兰德说：“就氢气的基础设施而言，它还不具备这种能力。”

无论是用于卡车运输还是更广泛的用途，能源部正在开始为氢气基础设施打下根基。在为锂电池电动车建立50万个充电桩的同时，该部门正在花费80亿美元，从《两党基建法案》中拨款，建立6-10个氢气中心，选址在氢气生产商、消费者和企业之间的关键枢纽区域。

能源部已于2022年9月开始为这笔资金开放申请，预计将在2023年春天做出决定。

更深层次的意义

尽管氢气有可能只排放水，但它在实现零碳经济的道路上仍有一个很大的路障。就像锂电池可能依赖于来自燃煤电厂的电力一样，氢燃料同样是使用化石燃料制造的。

根据世界经济论坛的数据，只用可再生能源生产的绿色氢气只占当今氢气总产量的0.1%。在业内专家看来，绿色氢气想要成为主旋律，还有几十年的路要走。

能源和气候政策智囊团Energy Innovation的电气化主管萨拉·鲍尔德温（Sara Baldwin）说：“电动汽车花了差不多20年的时间达到如今的大规模生产水平，我预计，氢气也需要同样的时间。重点是要摆脱化石燃料。”

尽管难度肉眼可见，氢气确实是在赶来的路上了。

欧盟已经开始实施一项计划，以削减对俄罗斯石油的依赖。目前全球氢气电解器项目的管道自2022年4月-10月已经增加了一倍多。

开创了燃料电池之路的麦考密克认为，还有另一个转型正在进行中，并且，意义更加深远。

他说：“人们谈论石油的终结，我认为他们没有抓住重点。重点是‘燃烧’的结束。从人类起源至今，燃烧，一直是我们赖以生存的技能。从这个角度来看，你就会真的领悟到氢气划时代的意义。”

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