燃料电池照亮电动车前路

姚尧

“MIRAI”（日语，未来）已来，这是电动车的未来？

2015年4月20日，上海国际汽车工业展览会在国家会展中心（上海）正式拉开了帷幕。车展上的几款燃料电池汽车，丰田MIRAI、奔驰 F 015 Luxury in Motion、大众全新高尔夫Variant HyMotion等出尽了风头。据全球首款实现量产的燃料电池车丰田MIRAI的展台工作人员介绍，MIRAI完成一次充电仅需3分钟，但其续航里程却可以达到482公里，基本达到内燃机汽车水平。“它们或许可以代表电动车的未来。”国外某汽车品牌参展商告诉《中国经济信息》记者。

2015年4月23日，在接受《中国经济信息》记者采访时，华泰证券电力设备与新能源行业分析师郑丹丹说：“这种汽车的动力是由氢气、氧气与电解质反应发电驱动电动马达提供，唯一的反应生成物是水。经过数年的发展，其成本已有所降低，在某些领域实现了商业化。”

日本位于前列

1992年，丰田就是从这一年开始研究氢燃料电池车的。经过十年的研制，丰田和本田联合推出了首台燃料电池车，造价高达1亿日元，无法推广。但现在，情况已经彻底扭转。2015年1月，丰田MIRAI燃料电池车的开发负责人田中义和表示，现在燃料电池系统的成本已经降至从前的5%，主要是因为由碳纤维缠绕的氢燃料罐成本大幅降低。

MIRAI在日本的售价仅为720万日元（人民币约37万元），日本政府为了鼓励绿色出行，每辆车还补贴约200万日元（人民币约10.7万元），这样的价格已具有相当竞争力。

丰田公司对这一款燃料电池车的销售预期并不激进，计划在今年年底前完成销售700辆的目标，但是自从2014年年底在日本上市以来已经销售多达1500辆，这一成绩出乎许多人的意料。当然这与日本政府的大力支持不无干系，仅仅日本政府就订购了多达900辆。其余600辆是由个人订购的。

同时，日本政府还承诺通过各种政策鼓励加氢站的建立。目前，在日本建设一座加氢站的成本约为4.5亿日元，日本政府现在给每个加氢站补贴2.8亿日元。并考虑将政策松绑，允许企业使用价格更为低廉的金属储氢罐。按照这样计算，每座加氢站的建设成本仅为2亿—2.5亿日元。

日本政府还提出了具体的加氢站建设目标，预计到今年底前在全国建设100个加氢站。但由于燃料电池车的普及刚刚起步，所以加氢站建设目标很难完成。

一面是雄心勃勃的政府，一面则是迫不及待的车企。面对普及燃料电池车的重任，车企希望通过开放专利技术扩大整个产业的生态圈。2015年1月6日，丰田公司宣布将为生产燃料电池车的企业无偿提供其十数年积累的5680项电池技术专利。

丰田这么做不是没有原因。燃料电池车正处于市场开发阶段，规模小、成本高，加上加氢站建设数量有限，很多想在这一领域发展的企业往往败在前期研发阶段。但对丰田而言，显然已经迈过了这第一道坎。摆在它面前的最大障碍已经不是燃料电池车的生产商们，或者生产纯电动车的同行，而是占据乘用车庞大市场的内燃机汽车制造商。开放专利可以帮助燃料电池汽车或者纯电动车的同行，才有可能把燃料电池车市场做大。当然，丰田的技术也不会白白转让，这能让丰田在未来成为行业标准的制定者。

当愈来愈多的人进入这一领域以后，成本才能随之下降，加氢站的建设才能提速，整个燃料电池车产业将随之开启。

技术攻坚不断

在燃料电池车领域，技术进步从未停止，是推动这一产业向前发展的基础。这种技术其实始于1990年，是戴姆勒-奔驰集团通过收购多尼尔公司，最先获得了质子交换膜燃料电池技术。

其原理是把氢气送入燃料电池的负极，再通过铂催化剂的作用，把氢原子中的一个电子分离出来，当失去了电子的氢离子穿过质子交换膜后，就可以到达燃料电池的正极，无法通过质子交换膜的电子只能通过外部电路到达正极，这样就可以在外部电路中产生源源不断的电流，而此时氢离子与氧原子就会在正极处生成水。这样，只要不断地给正极输送氧气，并把水排出，就可以获得持续的电能。

与1960年代开始在航天器上应用的碱性燃料技术相比，质子交换膜燃料电池技术的优势是对空气中大量的二氧化碳并不敏感，对温度要求也不高，只要70摄氏度的工作环境就可以正常启动。但劣势是铂催化剂的价格十分昂贵，且对空气中可能存在的一氧化碳敏感。

为了克服这一缺陷，多尼尔公司在技术研发时设计了氢燃料源和甲醇燃料源两种技术路径。甲醇（俗称酒精）是一种液体燃料，存储十分方便，但其能量密度却很低，与氢气相比劣势明显。

随着电池技术研发的不断深入，戴姆勒-奔驰还尝试着生产了自己的燃料电池车。1994年，戴姆勒-奔驰发布了其首款自主研发的轻型燃料电池小货车—NECAR1。8年之后，其已经生产出了使用燃料电池技术的A级车。2010年，其生产了多达300辆氢燃料电池B级车，并进行了大量的公路测试。

据戴姆勒-奔驰公司的研发报告显示，燃料电池B级车与之前的A级车相比，电能密度提高了三分之一，续航里程提高1.5倍，最高时速提高了五分之一；同时，氢气燃料的消耗量降低了15%，燃料电池体积却缩小了四成。

目前，戴姆勒-奔驰公司正在与福特和日产进行合作开发，以加快研发进度。

质子交换膜燃料电池技术，虽然已经成为时下大多数燃料电池汽车生产商共同的选择，但固体氧化物电池技术也有成为后起之秀的潜质。与质子交换膜技术不同的是，固体氧化物燃料电池需要700摄氏度至1000摄氏度的高温才能慢慢启动，但它的优势是对一氧化碳不敏感，其可以使用的燃料源也更加广泛，现在已经可以被作为辅助电源。据意大利国家研究委员会发布的能源领域高新技术研究报告显示，宝马公司已经将固体氧化物燃料电池技术应用于原型车上，并在开展相关实验。

环保终极目标

对于传统的内燃机汽车而言，其动力是来自于有机物在内燃机中燃烧产生的热能。这一过程中产生的温室气体使得地球气候发生变化，其规模已经达到全球温室气体的一半。各国政府一直在努力达成共同遵循的减排目标，但汽车尾气这一主要污染源如果没有减少，减排目标很难达到。

对汽车企业而言，可以选择的减排路径只有三条，分别是提高内燃机的工作效率，发展纯电动车或者发展燃料电池车。现在能够确定的是，内燃机车的效率极限已经临近，纯电动车的储能电池发展思路尚有分歧，充电时长和续航能力还没有达到市场要求。只有燃料电池车的技术水平已经基本能满足用户对其续航能力，加氢时长的要求。

但要想实现真真正正的环保，氢燃料电池车还面临氢气从哪里来的问题，即氢气的生产及储运的过程是否能实现彻底环保。

现在，最普通的制造氢气的方式是使用天然气制造氢气。但在这一制氢过程中，仍然会在生产及运输过程中产生二氧化碳。

德国能源与环境问题专家施瓦茨说：“只有使用可再生能源生产的电力，通过电解水来制造氢气，再通过国家的天然气管道网络进行运输，才能杜绝或者把温室气体排放降至最低。”

为了实现氢燃料电池的市场化，戴姆勒-奔驰和国际知名的能源公司壳牌、道达尔等已经达成联盟，计划于2023年前在德国境内建设400个加氢站。德国政府也在对储能技术的发展投入大量资金，同时促进可再生能源的顺利入网。

在我国，燃料电池汽车发展正处于初级阶段。郑丹丹说，“根据科技部于2015年2月公布的《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案（征求意见稿）》，燃料电池汽车有望在2020年实现如下目标：技术取得突破，达到产业化要求，实现千辆级市场规模。”endprint