本文来自微信公众号:甲子光年(ID:jazzyear),作者:Amelie,编辑:九月
氢燃料电池车,遭到著名杂志《Nature》的一记重锤。
近日,一篇刊登在《Nature》子刊上的文章,由于大力唱衰氢燃料电池车的前景,在氢能源业界引起了不小关注。
文章名为《氢燃料电池汽车不可能在可持续道路运输中发挥重要作用》(《Hydrogen technology is unlikely to play a major role in sustainable road transport》),作者是海德堡大学理论物理学博士Patrick Plötz。文章提出了三个观点:
1. 氢燃料电池商业化速度太慢,产业发展、基础设施建设远远不及电动汽车,而这将进一步拉大两者之间的发展差距;
2. 长途运输,一贯被认为是氢燃料电池的优势领域,正在随着锂电续航里程的提升而消失;
3. 即使在最有利于发挥氢能优势的领域,即偏远地区的重型运输或超大型和超重型货物运输,氢燃料电池仍然有可能因为市场太小,不足以发挥出规模优势。
作者的结论很鲜明,“对于公路运输,我们不能坐等氢技术赶上来,应该将重点应该放在客运和货运中的电池电动汽车上。”
氢燃料电池车与锂电池车孰优孰劣之争,并非新鲜事。近几年,日产、本田、奔驰、福特等大型车企陆续宣布放弃氢燃料电池车的开发,成了Patrick Plötz泼这盆冷水的注脚。
反对者可以很轻易找出更多数据佐证:21年20,与全球1.7万辆氢燃料电池车销量形成鲜明对比的是,全球电动汽车销量650万辆,两者完全不可同日而语。
那么,氢燃料电池车商业化的大门为何迟迟无法打开?氢燃料电池车还有救吗?
一、先驱们都造不起了
2022年,距离世界上第一辆量产氢燃料电池车——现代ix35 FCV问世9年,距离丰田、日产、现代这些先行者们投入氢燃料电池车研发已有20余年,这个赛道的成绩不可谓不“惨烈”:
2018年6月,日产打响了“氢能退堂鼓接力赛”第一枪,宣布暂停与戴姆勒及福特合作开发燃料电池车的计划,集中发力于电动汽车发展;
同年夏季,福特与戴姆勒的燃料电池合资公司关闭;
不到两年后,年20204月,戴姆勒正式官宣退出氢燃料电池的乘用车研发计划;
21年207月,本田汽车宣布将关闭日本狭山工厂,终止氢燃料电池乘用车的生产。
巨头折腰,无不是因为一个字——“钱”。
去年,就在停产氢燃料电池汽车之际,本田营业收入持续下滑,全年共实现销售额13.17万亿日元,比上一财年减少11.8%,其净利润则在种种“节流”的努力之下止住了下滑态势,微增4.2%。
控成本从哪里做起?氢燃料电池乘用车路径就这么成了“弃子”。
年2020,本田汽车Clarity Fuel Cell的全球销量仅240辆,比以往年均不足400辆的销量还要差劲。拦住绝大部分消费者的,正是其每台约合人民币45万元的昂贵价格。戴姆勒也承认,制造一辆氢燃料电池汽车的成本太高,大约是同等电池电动汽车费用的两倍。
降不去的成本,增不了的需求,再发展下去,氢燃料电池将是个无底洞。
没有钱的巨头率先放弃,还坚持着的巨头日子也不好过。无独有偶,在日产和奔驰打退堂鼓的那两年,都是其他车企遭遇发展危机,经济十分“拮据”的时刻——戴姆勒财报显示,2019年,由于经营问题,公司净利润27亿欧元,下跌幅度高达64%。日产放弃氢燃料电池的2018年,公司营收11.57万亿日元,同比下滑3.2%,净利润3190亿日元,同比下滑率高达57.3%。
丰田引以为傲的氢燃料电池乘用车Mirai,在冬奥会亮相了140辆,出尽风头。但21年20,其全球销量仅5918台,如果按照单台价格折合人民币约40万元计算,其总营收约24亿元。这与丰田每年平均700亿美元以上研发投入相比,简直是九牛一毛。
就是丰田再坚持氢燃料电池路线,也经不起这么日积月累的巨亏。21年20,距离丰田社长章男大骂“电动车是垃圾”之后仅仅一年,丰田一口气发布了15款电动车,并表示“纯电动是丰田最有前景的战略之一”。
即便坐拥5000多项氢燃料电池专利,熬成了日本氢燃料电池车领域的“独苗”,丰田最终也开始向电动车妥协。
韩国现代,另一大氢燃料电池车巨头,在去年年底亦不得不承认,由于燃料电池研发进度远逊于最初的目标,暂停原本计划于 2025 年上市的氢能汽车项目 Genesis。
二、为什么氢燃料电池车这么贵?
氢燃料电池车费钱,还得从自身原因找起。
据美国能源局的统计,在燃料电池车的动力系统中,燃料电池堆的成本占比超过 50%,是最关键的核心部件。
质子膜燃料电池,是当前最适合车用的燃料电池,构造主要分为三个部分:膜电极组件、双极板和密封圈,其中,膜电极组件由质子交换膜、催化剂和扩散层三部分构成,占总成本的81%,是绝对大头。
进一步拆分,我们找到了燃料电池高成本的两大“罪魁祸首”——铂金和质子交换膜。
膜电极中的催化剂主要由铂金组成,而铂金正是用于制造钻戒的一种稀有金属,每克价格超过200元人民币;
质子交换膜则由于对电化学稳定性、导电性、阻气性能等要求较高,难在了开发和制造工艺上。成膜过程中,水解、磺化等化学反应,容易使聚合物变性、降解,从而增大了对工艺要求,提高了成本。
在铂金方面,各国技术研究所日复一日地从研发铂金替代材料,或提高铂金使用率两方面寻求降本。质子交换膜方面,全球各有机化学研究所也在积极寻求工艺改进方案。种种努力,停留在实验室阶段居多。
破局固然要靠技术改进,但归根到底,关键点还在于“规模化”。
只有规模化,才能加速两个环节的前沿技术从实验室向产业化落地,只有通过落地集结上下游产业的力量,才能加速技术迭代过程,实现规模效应。
但目前,由于氢燃料电池迟迟没有大规模量产,“技术升级-规模化应用-技术升级”的飞轮在氢燃料电池领域运转很慢。
为什么规模化这么难?
因为氢燃料电池车相较于纯电动车,还有更麻烦的问题——基础设施成本极高。
建设一个加氢站有多贵?据媒体统计,除去土地成本外,建设一座35MP、日加氢500kg的固定式加氢站的平均投资在1500万元左右,而且运营成本更高。
也就是说,建设一座加氢站,考虑到设备、运营、折旧和土地成本,1000万元只是个起步数字。中信证券研报指出,建设一座加氢站,成本比充电桩贵3倍以上。
韩国现代暂停氢能车Genesis,也正是如此。据韩国政府透露,建设一个加氢站的成本约为30亿韩元,折合人民币是1700万元,给财政造成不小的负担。即便政府拿出30亿韩元补贴加氢站建设,仍不过九牛一毛——21年20,韩国加氢站95座,并未达到年2020目标的114座。
除此之外,制氢、运氢、储氢等环节都十分复杂,需要举国之力建设。以运氢为例,氢气管道是最高效的氢气输送方式,但十分“劳民伤财”。美国数据显示,2019年,美国氢气管道的造价高达30万—100万美元/公里,是天然气管道造价的2倍。
据某科技有限公司员工向氢启未来网透露,考虑到氢气管道的安全隐患、建设标准、运营管理等问题,“即使有足够的资金,想建也建不成输氢管道”。
三、氢燃料电池的未来在哪里?
既然氢燃料电池在电池成本、配套设施上存在明显短板,那么发展氢能,原则上应该避开劣势,尽可能发挥其在能量密度方面的优势。
当越来越多企业放弃乘用车的探索,有没有能让燃料电池“扬长避短”的领域?
重卡是一个。正如Patrick Plötz博士在文中所言,有些交通应用具有非常高的能源需求或低成本敏感性,例如偏远地区的重型运输或超大型和超重型货物的运输。这些场景,往往以完成运输任务为刚需,运营成本在其次。
戴姆勒在终止氢燃料电池驱动乘用车计划的同时,也强调,只是把重心转移到重型车辆的燃料电池系统,并未完全放弃氢动力研发。
这恰好是氢燃料电池相较于纯电动车的优势所在——由于具备更高功率和能量密度,氢燃料电池卡车可以胜任更长的续航和更大的载重负荷。
一些国家发展氢燃料电池的思路已经向重卡倾斜,比如中国。
年20209月21日,财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委、国家能源局联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,对氢燃料电池补贴做了全面调整。其中,轻型和中型货车单车补贴上限都有所下降;重型货车大幅上升,其中31t以上的重型货车单车补贴上限涨幅达36.5%。
以最新积分标准测算,一台功率≥110kw,31t以上的重型货车最多可享受补贴100万元。这足以让一台均价150万元的燃料电池重卡,在价格上与同规格柴油重卡媲美。
21年20,我国燃料电池重卡逐渐从理论变为实际。根据高工产业研究院数据,21年201-9月,燃料电池重卡销量406台,这得益于各地示范运营开张。南京金龙、成都大运、江铃重汽、飞驰汽车,联合国鸿氢能、海卓科技、未势能源等燃料电池配套商,在河北、山东、北京等产业释放区投运氢燃料电池重卡。
除了重卡,往航空方向发展燃料电池也是不错的思路。
空客公司是氢燃料电池的坚定支持者。年20209月,空客首次公布了3款氢能源概念飞机,预计最早于2035年问世。就在今年的2月22日,空客燃料电池技术取得新进展,其宣布与CFM国际共同启动在A380飞机上对氢燃料发动机进行测试。
力挺氢燃料电池的理由,正如空客公司副总裁格伦·卢埃林所说:“电池方面的经验告诉我们,电池技术的发展没有达到我们想要的速度。于是氢出场了,每公斤氢产生的能量远远大于当今电池。”
一些创业公司也在航空燃料电池领域跃跃欲试。ZeroAvia,是一家由比尔盖茨的突破能源风险投资基金、李嘉诚的维港投资、亚马逊的气候承诺基金和美联航等诸多明星股东背书的航空公司。其将技术路径压在了氢能飞机上,并从美联航、阿拉斯加航空集团等股东处获得了燃料电池发动机订单,计划用于这些航空公司的支线飞机上。
航空领域,中国的尝试更多放在了无人机上。年20201月,由北京新研创能研发的一款六旋翼氢燃料电池无人机,不间断飞行331分钟,打破了世界纪录。同时,在四川甘孜州的高原环境,该无人机长续航飞行实验也获得了成功,证明了其氢燃料电池在大风、低温、低氧等恶劣条件的稳定性。
得益于中国在无人机领域的全球领先地位,氢燃料电池的研究亦走在世界前列。据氢云链统计,目前有数十家燃料电池企业涉足无人机用燃料电池产品,正与各无人机厂商、高校等联合研发氢燃料电池产品。
短时间内,要敲开氢燃料电池乘用车的大门很难,但重卡、航空、无人机等领域,给氢燃料电池开了不少扇窗。谁最终决定氢燃料电池发展命运?正如《Nature》这篇文章作者Patrick Plötz博士所言,“技术发展和降低成本的潜力经常被低估。成本是关键,而不是技术属性。”
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