钜大LARGE | 点击量：602次 | 2019年03月21日
氢燃料电池汽车成本高吗
几十年来，氢燃料电池一直被人们所忽略，但是，它们己经悄悄进入了自己的角色，渐入佳境。丰田要告诉我们燃料电池可以实现卡罗拉成本，也就是中国人常说的白菜价。
特斯拉的埃隆马斯克经常对燃料电池肆无忌惮地妄加指责，嘲讽之为“令人难以置信的愚蠢”，和“傻瓜细胞”，与电池路线支持者摇旗呐喊产生共鸣。
新能源另外一侧表现则比较安静，为了了解燃料电池如何成为白菜价，笔者专门采访了丰田燃料电池项目的核心人物之一——广濑胜彦（KatsuhikoHirose）教授，他一直负责丰田的燃料电池系统开发，他解释了为什么马斯克理如此害怕燃料电池：氢燃料电池汽车终将比汽油动力汽车便宜，在世界各地为零排放运输敞开大门，而不仅仅是在能够负担依赖稀缺的自然资源和政府支持的电动汽车的富裕地区。
现在加氢站太少，而且这种稀缺性让对燃料电池汽车未来持怀疑态度的人大放厥词。一位年轻的物理学家Hirose，他在核聚变工程中曾开发了早期的数字引擎控制器单元。这个控制器可以说是天上掉下了一个大馅饼，成就了混合动力的丰田普锐斯。
当丰田开始研究氢燃料电池时，Hirose加入了团队。Hirose还清楚地记得，作为一名科学家，他明确指出氢气需要依靠能量产生能量。当时他质疑氢气从哪里来，以及储存在什么地方。因为，当时并没有合适安全的大型存储系统。
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充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
那时是2003年，Hirose的老板MitsuhisaKato告诉他“现在是加入敌对阵营的时候了”，从混合动力转向氢气研究。Hirose被任命为丰田燃料电池系统开发总经理，他不得不努力消除自己的疑虑。当然，他并不是唯一的怀疑者。
三年后，在2006年，德国科学家UlfBossel撰写了一篇论文，基本上声称用电制氢是浪费能源。
Bossel认为，将相同数量的能量存储在电池中，而不是将其转化为氢气以便存储和以后使用，会更有效。相信几十年后，电池行业的极端者仍然将把这一理论视为宝典。直到今天，博塞尔的电熨斗理论仍然是纯电池原理的思想基础。
Hirose认为，Bossel在他的分析中犯了一个根本性的错误。Bossel假设氢气将利用现有电力产生。“如果起点是电力已经在那里，如果你用现有的电力用电解水制氢，那么是的，你会失去30％的能量，”Hirose提醒说。“但是人们忘记了，当用天然气或煤炭制造电力时，60％到70％的能量都会损失掉。如果直接从天然气甚至煤中产生氢气，它们将不会损失60％或70％的能量。这一切都取决于你从哪里开始。“
今天的大部分氢不是通过电解水制成的，而是通过重整天然气，甚至是煤。奇怪的是，Bossel并没有像他自己承认的那样“考虑这个选择，因为氢气完全可以以相对较低的成本进行化学合成。”
反燃料电池技术的另一个支柱是“当储存液态氢时，出于安全原因必须允许一些气体蒸发，这意味着在两周后，即使没有被驱动使用，汽车也会失去一半的燃料。“这意味着我们让一半的氢气在还没有为车辆提供动力之前蒸发消失了。”这里有点牛头不对马嘴，我们讨论的是氢气，而博塞尔谈论的是液氢。
汽车制造商早就放弃了在乘用车上使用液氢的想法，因为如此之小的储氢罐无法保持液氢在－253°C以下，其中一半的确可能在两周内蒸发。
燃料电池汽车中使用的氢气是加压的，而不是液体，它不会逸出。然而，如果氢气想从现在的储氢罐中逃脱可能至少需要13年时间。
另一方面，大规模储存氢采用液态储氢确实是非常实用的，在日本的种子岛空间站，足够的液态氢为多个火箭发射提供动力储存数月，蒸发量小于1％。即便是少量的增发也可以不浪费用于发电或其他应用。
电池的重量一直是电池无法逃避的短板。重量是里程的大敌，通过增加电池来提高续航，让越来越多的能量被电池重量所抵消和浪费。电动重型卡车的失败尝试就充分证明了这一点。请加微信公众号：工业智能化(robotinfo)马云都在关注
40吨电池动力卡车，500公里续航需要8吨电池。这个数字确实有点荒谬，你想要运输的是货物，而不是一个巨大的电池。而燃料电池组却更轻，更易于操作。氢燃料电池动力传动系统的重量可与柴油发动机相媲美，丰田的专家甚至说，可以更轻。而单位重量氢气的能量是柴油燃料的三倍。
自UlfBossel写论文以来，时代和技术发生了变化，他自己早已不做纯粹的电池信仰的传教士。UlfBossel现在是瑞士AlmusAG的所有者，该公司出售UBOCELL，一种将燃料转化为电能的小型SOFC燃料电池。
到目前为止，燃料电池对电池阵营的最大威胁一直保持不变，燃料电池车将很快比丰田自己的混合动力汽车便宜，而且有一天它们可能比普通汽车便宜。虽然我们提及燃料电池汽车非常昂贵，那是因为它们使用了大量的铂金。
Hirose说：“当第一批燃料电池车耗资一百万美元时，我们就使用了100克铂金。你要花3000美元购买。现在我们用量......“他停顿了一下。“已经很少了，甚至可以不使用。”随着铂在丰田的燃料电池组的影响不断减少，Hirose透露它现在的用量与柴油车催化转换器的铂金相当，MIRAI大约使用10克白金。
虽然事实如此，人们仍然习惯认为燃料电池使用了大量昂贵的贵金属。“Hirose说。“燃料电池堆中最昂贵的东西是0.01毫米的薄膜。电堆的其余部分非常便宜。实际上，燃料电池最昂贵的部分就是工艺，它是单一零件重复堆叠的制造，成本并不进入它的材料。”
这使得燃料电池相对于电池具有巨大的成本优势。70％的电池成本是在原材料中，原材料的价格通常不会随着需求的增加而迅速下降。电池也没有逃脱政治的捆绑。
电池的一个关键成分是钴(Cobalt)，世界上66％的供应来自刚果民主共和国，该地区人权状况欠佳。原始设备制造商急于获得供应，钴的价格一路飙升。
但“全球都在狂热地争夺和提取金属锂来供应锂电池”，相比之下，只要世界上有水，就有取之不尽的氢气。
由于70％的电池成本与原材料相关，因此成本优化必须集中在剩余的30％，并且电池产能已经足够大了，但是电池成本并没有下降很多？“由于产能过剩，电池成本大幅下降，”Hirose说。
电池是一种商品，如果有人以低于10％的价格出售它们，他们就能获得销售，而且这样做的结果是销售价格会越来越低。
世界各地建造的巨大电池厂需要巨大的前期投资，技术进步几乎没有时间来收回CAPEX。
丰田公司的电池合作伙伴松下写道，两年内亏损70亿美元，主要是因为过时的电池厂的拖累，全球又有多少电池厂被套上了这个紧箍咒呢？
松下制造的电池由特斯拉转而成为内华达Gigafactory的电池模块。松下公司总裁KazuhiroTsuga最近告诉彭博社，松下与特斯拉仍在亏钱，只能称之为有望改变。
与此同时，松下为特斯拉制造的18650和2170电池已经过时，当丰田和松下宣布联盟首先制造棱柱形电池，接下去是固态时，Tsuga公开希望技术不会进展太快，如果突然转向固态电池，现在的投资就又要被打水漂了。
与电池相比，燃料电池仍处于规模的早期阶段，丰田6万美元的Mirai燃料电池汽车只生产了约3，000辆，但它“正在建造一座新工厂，到2020年将产量提高到每年30，000辆”。
最重要的是，丰田将其燃料电池技术应用于卡车，公共汽车以及非机动性之外的许多应用，规模的扩大，已经使丰田拥有世界上成本最低的燃料电池了。
到2025年，丰田计划将使燃料电池汽车的价格与现在混合动力汽车的水平相当，但就个人而言，Hirose对这个目标并不十分满意。
“为了进入替代燃料世界，我们需要提供比传统汽车更便宜的燃料电池。“这是我个人的目标。我认为可以做到。
这个目标听起来有点高不可攀，即使电池永远是新能源统的头条新闻，但根据行业标准燃料电池行业评论的共同作者，燃料电池工程师MatthewKlippenstein说法，丰田对燃料电池成本的乐观情绪在行业中悄然分享和走俏。随着燃料电池的生产规模扩大，其成本将直线下降。
Hirose认为燃料电池汽车的成本会低于卡罗拉，这取决于对真正可持续交通的认真程度和决心。丰田的努力微不足道，如果有全社会的参与，那就完全有可能。Hirose现年63岁，他相信他的有生之年能看到它实现的那一天。
关于电池和燃料电池堆之间细微差别的争论还没有结束，只要工厂必须摊销，它就会肆虐，只要有政府资金，没有人愿意与另一个阵营分享。
虽然电池电量成为所有头条新闻关注的话题，但全球对氢的支持正在增长。在达沃斯举行的2017年世界经济论坛期间，成立了一个氢能委员会，其中包括53家能源、运输和工业公司，Hirose作为丰田在论坛的发言人。
到2025年，中国宣布了350个加氢站的计划。到那时，德国希望拥有400个加氢站。日本将世界第三大经济体重新投入燃料电池，并宣布在2030年到2050年之间计划将该岛国变为“氢社会”。日本首都东京都希望氢气更加普遍，并计划到2020年奥运会实现氢气社会。
广濑是一个直言不讳的人，他并不像他承认的那样“喜欢氢社会这个词”。氢社会并不意味着我们完全豪赌氢能源。相反，我们应该为可持续发展的社会提供一系列解决方案。
当然，政府可以激励，但从长远来看，我们需要提供客户喜欢选择的东西。这与电池与燃料电池无关。它涉及可持续、运输和客户的选择。
“建设一个可持续发展的社会是一项繁重的工作，”Hirose说道，“但如果我们推迟就全球变暖等问题作出决定，我们就可能偷拿走了我们后代的未来。
氢燃料电池首次进入政府工作报告该如何面对这波“氢能热”？
日前，国务院新闻办举行吹风会，就2019年《政府工作报告》的83处修订进行解读，其中提出“推进充电、加氢等设施建设”。这是氢能首次被写入《政府工作报告》。
近20年来，氢能在全球范围内迎来了一轮快速发展。包括中国、美国、日本、欧盟、加拿大和韩国等国家和地区均制定了氢能发展规划。
燃料电池汽车是当下氢能应用的主要形式之一。按照《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》提出的目标，到2020年，中国燃料电池车辆要达到1万辆、加氢站数量达到100座，行业总产值达到3000亿元；到2030年，燃料电池车辆保有量要“撞线”200万，加氢站数量达到1000座，产业产值将突破1万亿元。发展氢能燃料电池技术，已被写入《“十三五”国家科技创新规划》中。
今年全国两会期间，氢能也成为代表、委员热议的话题。多位委员将氢气从危化品中分离出来，按照能源属性管理。
“在氢气供给方面，无论是煤制氢，可再生能源制氢，还是工业副产品制氢，中国都有巨大的供给能力。”据央广网报道，国家能源投资集团（下称国家能源集团）总经理凌文日前接受采访时表示。
凌文称，根据估算，中国已有的工业制氢产能可以满足1亿辆燃料电池汽车的需要，其中，仅国家能源集团的产能就可供4000万辆车使用。
在各方讨论中，氢能的技术研发和标准制定仍是焦点问题。
正泰集团董事长南存辉在采访中表示，应鼓励通过技术合作、人才引进、设立产业基金等多途径，支持制氢、储运氢、加氢及燃料电池基础材料等核心技术和关键部件的技术攻关；重点突破膜电极、空压机和储氢罐等技术瓶颈，大幅降低产业链成本，推动产业化发展。
“从技术角度看，车用燃料电池技术在约五年内逐步走向成熟。”中国科学院院士欧阳明高表示。未来一段时间，如何实现产业化应用将变得更为重要。
为加快氢燃料汽车的商业化推广，上海市政协委员、上汽集团总裁陈志鑫建议，地方购置氢燃料汽车补贴继续按国补1：1比例予以支持。公共服务和物流运输是目前最适合推广燃料电池汽车的领域。陈志鑫建议，有关部门应在运营牌照方面给予氢燃料汽车专门支持，明确每年发放数量与方式。
作为氢燃料电池汽车的配套设施，加氢站也受到众多关注。长城汽车总裁王凤英建议称，应通过改变加氢站补贴形式，来加大补贴力度，避免加氢站成为地方政府形象工程、“建而不用”。
王凤英表示，有关部门应加强顶层规划，鼓励多方合作，组建加氢站建设运营“国家队”，统一规划全国加氢基础设施建设，并降低审批难度。还应细化氢能源技术标准并出台相关政策，明确加氢站建设及运营监管的相关制度，建议参照天然气加注站的管理方式对加氢站进行管理。
公开数据显示，截至2017年底，全球共有328座在运加氢站，其中欧洲139座，占比42.38%；亚洲118座，占比35.98%；北美68座，占比为20.73%。
另据《中国氢能与燃料电池年度报告2018》的数据显示，截至2018年11月，中国共有27座建成的加氢站，其中3座已被拆除，另有16座在建。已落成的加氢站中，多数仅供示范车辆加注使用，尚未完全公开。
为抢占氢能产业发展机遇，上海、武汉、苏州、佛山、张家口等近十个城市均出台了氢能规划。
面对氢能产业的火热，潍柴集团董事长谭旭光也提醒到，不是所有地区都适合氢能产业的发展。有关部门应选定部分适合的地区作为示范区，以有效推动氢能的发展。
目前，中国已在氢燃料电池技术上取得了部分成果，但在燃料电池催化剂、质子交换膜、碳纸等一些关键材料上仍处于实验室阶段，一致性和可靠性难以保证。此外，整车企业尚未形成稳定的零部件供应体系，供应链薄弱，工程化能力不足，导致零部件的工艺质量低，产品一致性、可靠性和耐久性不足，不能满足市场的要求。
中国工程院院士干勇也曾表示，从市场状况看，氢燃料电池汽车仍然主要应用于物流车、公交车及部分特种车辆，由于生产、运营规模小，实际运行数据积累不足，仍有部分工程技术问题需通过大量工程实践来解决。
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