燃料电池汽车会普及吗？“零排放”的理想形态以及氢能源的潜力

汽车厂商的氢能源产业正式发力

2月2日，本田公司召开了一场以氢能源业务为主题的记者招待会，宣布其新研发的燃料电池汽车（FCEV，也作“FCV”）计划于2024年在日本和北美上市。该公司从2013年起就与美国通用汽车公司（GM）联合研发新一代燃料电池系统，明年上市的燃料电池汽车将搭载该公司研发的这种燃料电池系统。

本田公司30多年来一直致力于氢能技术和燃料电池汽车的研究开发。自1998年研制出第一辆原型车以来，至今已经制造了3款燃料电池汽车，但都用于研究开发或租赁目的，没有广泛上市销售。

但是，计划2024年发售的新款燃料电池汽车，有可能面向大众销售。如果真是这样的话，其将有可能继丰田公司的初代MIRAI（2014年，723.6万日元）、二代MIRAI（2020年，710.6万-860万日元）、以及韩国现代汽车公司的NEXO（2022年，776.83万日元）之后，成为“第四款在日本国内能买到的燃料电池汽车”（括号内为发售年份和含税价格。梅塞德斯-奔驰公司虽然也在2019年推出了燃料电池汽车GLC F-CELL，但其仅限于租赁销售，四年后须返还车辆）。

丰田公司当前在售的第二代“MIRAI”，厂商公布的续航距离为850公里 （图片：丰田汽车公司）

所谓燃料电池，是一种利用氢氧结合得到水和电的化学反应原理来发电的装置。在中学理科学过把水电解可以得到氢气和氧气的话，你可以这么认为，燃料电池的原理就是通过逆向反应来获得电能。

燃料电池汽车，就是把氢气作为燃料储存在车载高压气罐中，通过使之与空气中的氧气发生反应来发电，然后将该电力供给电动机以获得驱动力。由于该化学反应的结果只产生电和水，不排放二氧化碳，因此作为有助于实现碳中和社会的新一代环保汽车之一，燃料电池汽车受到广泛关注。

MIRAI的燃料电池包。其采用后轮驱动方式，发动机输出功率为134KW（182PS） （图片：丰田汽车公司）

电池电动汽车与燃料电池汽车的差异以及并存的可能性

不过，目前在全世界范围内，利用电池充电的电力行驶的电池电动汽车（BEV，也作“EV”）的销量急剧上升。2022年，纯电动车在新车销量中所占的比例，日本仅为1.7%（0.6%），而欧洲为12.1%（9.1%），北美为5.9%（3.2%），中国为20%（11%），其存在感逐年增强（括号内为2021年的比例）。

纯电动车也被寄予厚望为实现碳中和社会做出贡献，但经常有人指出充电桩等基础设施建设不足阻碍了其普及。那么，在纯电动车基础上再普及燃料电池汽车，真的有意义吗？

燃料电池汽车的最大优点是，补充能量所需时间仅为3-5分钟，与燃油车相当，比电动车快多了。而且，由于氢能的能量密度比电动车的锂电池高，相对更容易实现更大的续航里程。

此外，与大量使用锂、钴等地下资源的电动车相比，燃料电池汽车相应原料的使用量只需五十分之一左右，从可持续发展的观点来看非常优秀。

但是，与电动汽车相比，燃料电池汽车的缺点是能源效率比较低。

瑞典隆德大学的马克斯•乌曼博士在2001年发表的论文中指出，电动车的能源转换效率为61%左右，而燃料电池汽车只有34%，普通燃油车更是只有14%。此外，燃料电池汽车中用来储存氢气的高压气罐通常体积较大，难以适用于小型车，这一点也是缺点。

综合这些优缺点，一般认为燃料电池汽车比较适合跑远距离路程较多的大型车辆，而电动车则比较适合作为以城市为主要使用场景的小型市内交通工具。也就是说，燃料电池汽车和电动车不是优劣竞争关系，而是互补关系。

电动车和燃料电池汽车并存的好处，也存在于基础设施方面。

宝马公司将于2022年12月起小规模生产“iX5 Hydrogen” （图片：宝马汽车公司）

前不久，宝马公司在比利时推出了新款燃料电池汽车“iX5 Hydrogen”的国际试驾活动。其提出，如果零排放汽车只依靠电动车来实现，在基础设施建设上所需的投资可能要更大。

这项统计是以德国为对象实施的，且是以电动车数量超过2000万台，燃料电池也普及了数百万台为前提估算的。如果集中依赖于电动车，就需要加强建设输电网络，需要巨额的基础设施投资。在这一点上，日本的基本条件也是差不多的。

另外，宝马还指出，电动车充电站在输电线路网络完善的城市里比较容易建设，但在城市间隔较大的地方，建设加氢站则成本上更有优势。

进一步来说，目前很难在集体住宅小区建设充电设施，这是阻碍电动车普及的劣势。而燃料电池汽车补能所需时间较短，与目前燃油车在加油站加油感觉相近。从这个观点来看，燃料电池汽车也能够成为城市用户便利使用的零排放汽车。

此外，丰田汽车公司还试造出了用氢气作为内燃发动机燃料的氢气发动机汽车，并参加了日本超级耐力系列赛。燃料电池汽车和氢气发动机汽车虽然同样使用氢气作为能源，但原理却完全不同。

宝马和马自达曾经也投入过氢气发动机汽车的研究开发，但目前公开进行类似研发的只有丰田公司。与之相对地，丰田、本田、通用、现代等汽车厂商正积极推进燃料电池汽车的相关研发工作，手握吉普、标致等14个汽车品牌的世界第四大汽车联合企业斯特兰蒂斯集团，也收购了法国氢燃料电池制造商Symbio公司的股份，对燃料电池汽车的研发表现出积极姿态。

“花冠H2概念车”从2021年起参加超级耐久系列赛，每年都有进步，圈速也在提高 （图片：丰田汽车公司）

氢能源有望贡献于整个产业

前面论述了氢能作为汽车动力源使用的情况，但这只是未来氢能产业的一个方面。

2021年日本政府发布的《2050年碳中和绿色发展战略》中，将氢能产业与海上风力产业、氨能源产业作为能源相关产业的实施计划之一相提并论。

具体来说，氢能是“广泛应用于发电、产业、运输等领域的碳中和关键技术”，在这一领域，“日本先行，欧洲、韩国也制定了战略等并紧随其后”，氢能“将成为今后的新型资源，用途不仅限于汽车，还将吸引更广泛的玩家参与进来”。也就是说，氢能将在社会上广泛应用，燃料电池汽车只是其中的一个方面。

为什么日本政府热衷于氢能的应用呢？因为氢气比电力更容易储存和运输。电力在远距离传输时中途会产生损耗，因此数千公里的远距离“能源输送”不太现实。另外，储存电力需要电池，这也需要很大成本。

与电相比，氢能更容易储存和运输。这对于弥补风力发电和太阳能发电等可再生能源的弱点具有非常大的意义。由此人们正在探讨，可以利用风力发电和太阳能发电得到的电力将水电解，进而把得到的氢能储存起来运输到相隔甚远的消费目的地。

已经建成了几个把在澳大利亚精制的氢气运往日本的项目，其中就包括利用太阳能发电精制得到的氢气。也就是说，氢能作为以相对低廉的价格进口的可再生能源的“主力能源”，备受关注。

因此，不久前就氢能业务发表了声明的本田公司，也设想把与通用公司联合研发的新一代燃料电池系统拓展应用到各个产业。例如，通过将燃料电池系统根据用途多台并联，有望应用于大型卡车、建筑机械甚至固定型电源等应用场景。

总而言之，将来的零排放汽车，电动车将成为主流，但也希望燃料电池能广泛应用于大型轿车、大型卡车、建设机械等领域，并在此基础上有效构建零排放社会，这才是最现实的做法。

标题图片：本田公司计划于2024年在北美和日本上市的燃料电池汽车中搭载使用的新一代燃料电池系统。站在中央的是该公司专务董事青山真二（时事社）

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