誰(shuí)關(guān)閉了氫燃料電池車的大門？

氫燃料電池車，遭到著名雜志《Nature》的一記重錘。

近日，一篇刊登在《Nature》子刊上的文章，由于大力唱衰氫燃料電池車的前景，在氫能源業(yè)界引起了不小關(guān)注。

文章名為《氫燃料電池汽車不可能在可持續(xù)道路運(yùn)輸中發(fā)揮重要作用》(《Hydrogen technology is unlikely to play a major role in sustainable road transport》)，作者是海德堡大學(xué)理論物理學(xué)博士Patrick Plötz。文章提出了三個(gè)觀點(diǎn)：

1. 氫燃料電池商業(yè)化速度太慢，產(chǎn)業(yè)發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及電動(dòng)汽車，而這將進(jìn)一步拉大兩者之間的發(fā)展差距;

2. 長(zhǎng)途運(yùn)輸，一貫被認(rèn)為是氫燃料電池的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，正在隨著鋰電續(xù)航里程的提升而消失;

3. 即使在最有利于發(fā)揮氫能優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，即偏遠(yuǎn)地區(qū)的重型運(yùn)輸或超大型和超重型貨物運(yùn)輸，氫燃料電池仍然有可能因?yàn)槭袌?chǎng)太小，不足以發(fā)揮出規(guī)模優(yōu)勢(shì)。

作者的結(jié)論很鮮明，“對(duì)于公路運(yùn)輸，我們不能坐等氫技術(shù)趕上來(lái)，應(yīng)該將重點(diǎn)應(yīng)該放在客運(yùn)和貨運(yùn)中的電池電動(dòng)汽車上。”

氫燃料電池車與鋰電池車孰優(yōu)孰劣之爭(zhēng)，并非新鮮事。近幾年，日產(chǎn)、本田、奔馳、福特等大型車企陸續(xù)宣布放棄氫燃料電池車的開(kāi)發(fā)，成了Patrick Plötz潑這盆冷水的注腳。

反對(duì)者可以很輕易找出更多數(shù)據(jù)佐證：2021年，與全球1.7萬(wàn)輛氫燃料電池車銷量形成鮮明對(duì)比的是，全球電動(dòng)汽車銷量650萬(wàn)輛，兩者完全不可同日而語(yǔ)。

那么，氫燃料電池車商業(yè)化的大門為何遲遲無(wú)法打開(kāi)?氫燃料電池車還有救嗎?

先驅(qū)們都造不起了

2022年，距離世界上第一輛量產(chǎn)氫燃料電池車——現(xiàn)代ix35 FCV問(wèn)世9年，距離豐田、日產(chǎn)、現(xiàn)代這些先行者們投入氫燃料電池車研發(fā)已有20余年，這個(gè)賽道的成績(jī)不可謂不“慘烈”：

2018年6月，日產(chǎn)打響了“氫能退堂鼓接力賽”第一槍，宣布暫停與戴姆勒及福特合作開(kāi)發(fā)燃料電池車的計(jì)劃，集中發(fā)力于電動(dòng)汽車發(fā)展;

同年夏季，福特與戴姆勒的燃料電池合資公司關(guān)閉;

不到兩年后，2020年4月，戴姆勒正式官宣退出氫燃料電池的乘用車研發(fā)計(jì)劃;

2021年7月，本田汽車宣布將關(guān)閉日本狹山工廠，終止氫燃料電池乘用車的生產(chǎn)。

巨頭折腰，無(wú)不是因?yàn)橐粋€(gè)字——“錢”。

去年，就在停產(chǎn)氫燃料電池汽車之際，本田營(yíng)業(yè)收入持續(xù)下滑，全年共實(shí)現(xiàn)銷售額13.17萬(wàn)億日元，比上一財(cái)年減少11.8%，其凈利潤(rùn)則在種種“節(jié)流”的努力之下止住了下滑態(tài)勢(shì)，微增4.2%。

控成本從哪里做起?氫燃料電池乘用車路徑就這么成了“棄子”。

2020年，本田汽車Clarity Fuel Cell的全球銷量?jī)H240輛，比以往年均不足400輛的銷量還要差勁。攔住絕大部分消費(fèi)者的，正是其每臺(tái)約合人民幣45萬(wàn)元的昂貴價(jià)格。戴姆勒也承認(rèn)，制造一輛氫燃料電池汽車的成本太高，大約是同等電池電動(dòng)汽車費(fèi)用的兩倍。

降不去的成本，增不了的需求，再發(fā)展下去，氫燃料電池將是個(gè)無(wú)底洞。

沒(méi)有錢的巨頭率先放棄，還堅(jiān)持著的巨頭日子也不好過(guò)。無(wú)獨(dú)有偶，在日產(chǎn)和奔馳打退堂鼓的那兩年，都是其他車企遭遇發(fā)展危機(jī)，經(jīng)濟(jì)十分“拮據(jù)”的時(shí)刻——戴姆勒財(cái)報(bào)顯示，2019年，由于經(jīng)營(yíng)問(wèn)題，公司凈利潤(rùn)27億歐元，下跌幅度高達(dá)64%。日產(chǎn)放棄氫燃料電池的2018年，公司營(yíng)收11.57萬(wàn)億日元，同比下滑3.2%，凈利潤(rùn)3190億日元，同比下滑率高達(dá)57.3%。

豐田引以為傲的氫燃料電池乘用車Mirai，在冬奧會(huì)亮相了140輛，出盡風(fēng)頭。但2021年，其全球銷量?jī)H5918臺(tái)，如果按照單臺(tái)價(jià)格折合人民幣約40萬(wàn)元計(jì)算，其總營(yíng)收約24億元。這與豐田每年平均700億美元以上研發(fā)投入相比，簡(jiǎn)直是九牛一毛。

就是豐田再堅(jiān)持氫燃料電池路線，也經(jīng)不起這么日積月累的巨虧。2021年，距離豐田社長(zhǎng)章男大罵“電動(dòng)車是垃圾”之后僅僅一年，豐田一口氣發(fā)布了15款電動(dòng)車，并表示“純電動(dòng)是豐田最有前景的戰(zhàn)略之一”。

即便坐擁5000多項(xiàng)氫燃料電池專利，熬成了日本氫燃料電池車領(lǐng)域的“獨(dú)苗”，豐田最終也開(kāi)始向電動(dòng)車妥協(xié)。

韓國(guó)現(xiàn)代，另一大氫燃料電池車巨頭，在去年年底亦不得不承認(rèn)，由于燃料電池研發(fā)進(jìn)度遠(yuǎn)遜于最初的目標(biāo)，暫停原本計(jì)劃于 2025 年上市的氫能汽車項(xiàng)目 Genesis。

為什么氫燃料電池車這么貴?

氫燃料電池車費(fèi)錢，還得從自身原因找起。

據(jù)美國(guó)能源局的統(tǒng)計(jì)，在燃料電池車的動(dòng)力系統(tǒng)中，燃料電池堆的成本占比超過(guò) 50%，是最關(guān)鍵的核心部件。

質(zhì)子膜燃料電池，是當(dāng)前最適合車用的燃料電池，構(gòu)造主要分為三個(gè)部分：膜電極組件、雙極板和密封圈，其中，膜電極組件由質(zhì)子交換膜、催化劑和擴(kuò)散層三部分構(gòu)成，占總成本的81%，是絕對(duì)大頭。

進(jìn)一步拆分，我們找到了燃料電池高成本的兩大“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;——鉑金和質(zhì)子交換膜。

膜電極中的催化劑主要由鉑金組成，而鉑金正是用于制造鉆戒的一種稀有金屬，每克價(jià)格超過(guò)200元人民幣;

質(zhì)子交換膜則由于對(duì)電化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、阻氣性能等要求較高，難在了開(kāi)發(fā)和制造工藝上。成膜過(guò)程中，水解、磺化等化學(xué)反應(yīng)，容易使聚合物變性、降解，從而增大了對(duì)工藝要求，提高了成本。

在鉑金方面，各國(guó)技術(shù)研究所日復(fù)一日地從研發(fā)鉑金替代材料，或提高鉑金使用率兩方面尋求降本。質(zhì)子交換膜方面，全球各有機(jī)化學(xué)研究所也在積極尋求工藝改進(jìn)方案。種種努力，停留在實(shí)驗(yàn)室階段居多。

破局固然要靠技術(shù)改進(jìn)，但歸根到底，關(guān)鍵點(diǎn)還在于“規(guī)?；?rdquo;。

只有規(guī)模化，才能加速兩個(gè)環(huán)節(jié)的前沿技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)化落地，只有通過(guò)落地集結(jié)上下游產(chǎn)業(yè)的力量，才能加速技術(shù)迭代過(guò)程，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。

但目前，由于氫燃料電池遲遲沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)，“技術(shù)升級(jí)-規(guī)?；瘧?yīng)用-技術(shù)升級(jí)”的飛輪在氫燃料電池領(lǐng)域運(yùn)轉(zhuǎn)很慢。

為什么規(guī)?；@么難?

因?yàn)闅淙剂想姵剀囅噍^于純電動(dòng)車，還有更麻煩的問(wèn)題——基礎(chǔ)設(shè)施成本極高。

建設(shè)一個(gè)加氫站有多貴?據(jù)媒體統(tǒng)計(jì)，除去土地成本外，建設(shè)一座35MP、日加氫500kg的固定式加氫站的平均投資在1500萬(wàn)元左右，而且運(yùn)營(yíng)成本更高。

也就是說(shuō)，建設(shè)一座加氫站，考慮到設(shè)備、運(yùn)營(yíng)、折舊和土地成本，1000萬(wàn)元只是個(gè)起步數(shù)字。中信證券研報(bào)指出，建設(shè)一座加氫站，成本比充電樁貴3倍以上。

韓國(guó)現(xiàn)代暫停氫能車Genesis，也正是如此。據(jù)韓國(guó)政府透露，建設(shè)一個(gè)加氫站的成本約為30億韓元，折合人民幣是1700萬(wàn)元，給財(cái)政造成不小的負(fù)擔(dān)。即便政府拿出30億韓元補(bǔ)貼加氫站建設(shè)，仍不過(guò)九牛一毛——2021年，韓國(guó)加氫站95座，并未達(dá)到2020年目標(biāo)的114座。

除此之外，制氫、運(yùn)氫、儲(chǔ)氫等環(huán)節(jié)都十分復(fù)雜，需要舉國(guó)之力建設(shè)。以運(yùn)氫為例，氫氣管道是最高效的氫氣輸送方式，但十分“勞民傷財(cái)”。美國(guó)數(shù)據(jù)顯示，2019年，美國(guó)氫氣管道的造價(jià)高達(dá)30萬(wàn)—100萬(wàn)美元/公里，是天然氣管道造價(jià)的2倍。

據(jù)北京環(huán)宇京輝京城氣體科技有限公司執(zhí)行總裁閆東雷向氫啟未來(lái)網(wǎng)透露，考慮到氫氣管道的安全隱患、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)營(yíng)管理等問(wèn)題，“即使有足夠的資金，想建也建不成輸氫管道”。

氫燃料電池的未來(lái)在哪里?

既然氫燃料電池在電池成本、配套設(shè)施上存在明顯短板，那么發(fā)展氫能，原則上應(yīng)該避開(kāi)劣勢(shì)，盡可能發(fā)揮其在能量密度方面的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)越來(lái)越多企業(yè)放棄乘用車的探索，有沒(méi)有能讓燃料電池“揚(yáng)長(zhǎng)避短”的領(lǐng)域?

重卡是一個(gè)。正如Patrick Plötz博士在文中所言，有些交通應(yīng)用具有非常高的能源需求或低成本敏感性，例如偏遠(yuǎn)地區(qū)的重型運(yùn)輸或超大型和超重型貨物的運(yùn)輸。這些場(chǎng)景，往往以完成運(yùn)輸任務(wù)為剛需，運(yùn)營(yíng)成本在其次。

戴姆勒在終止氫燃料電池驅(qū)動(dòng)乘用車計(jì)劃的同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)，只是把重心轉(zhuǎn)移到重型車輛的燃料電池系統(tǒng)，并未完全放棄氫動(dòng)力研發(fā)。

這恰好是氫燃料電池相較于純電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)所在——由于具備更高功率和能量密度，氫燃料電池卡車可以勝任更長(zhǎng)的續(xù)航和更大的載重負(fù)荷。

一些國(guó)家發(fā)展氫燃料電池的思路已經(jīng)向重卡傾斜，比如中國(guó)。

2020年9月21日，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，對(duì)氫燃料電池補(bǔ)貼做了全面調(diào)整。其中，輕型和中型貨車單車補(bǔ)貼上限都有所下降;重型貨車大幅上升，其中31t以上的重型貨車單車補(bǔ)貼上限漲幅達(dá)36.5%。

以最新積分標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算，一臺(tái)功率≥110kw，31t以上的重型貨車最多可享受補(bǔ)貼100萬(wàn)元。這足以讓一臺(tái)均價(jià)150萬(wàn)元的燃料電池重卡，在價(jià)格上與同規(guī)格柴油重卡媲美。

2021年，我國(guó)燃料電池重卡逐漸從理論變?yōu)閷?shí)際。根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021年1-9月，燃料電池重卡銷量406臺(tái)，這得益于各地示范運(yùn)營(yíng)開(kāi)張。南京金龍、成都大運(yùn)、江鈴重汽、飛馳汽車，聯(lián)合國(guó)鴻氫能、海卓科技、未勢(shì)能源等燃料電池配套商，在河北、山東、北京等產(chǎn)業(yè)釋放區(qū)投運(yùn)氫燃料電池重卡。

除了重卡，往航空方向發(fā)展燃料電池也是不錯(cuò)的思路。

空客公司是氫燃料電池的堅(jiān)定支持者。2020年9月，空客首次公布了3款氫能源概念飛機(jī)，預(yù)計(jì)最早于2035年問(wèn)世。就在今年的2月22日，空客燃料電池技術(shù)取得新進(jìn)展，其宣布與CFM國(guó)際共同啟動(dòng)在A380飛機(jī)上對(duì)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

力挺氫燃料電池的理由，正如空客公司副總裁格倫·盧埃林所說(shuō)：“電池方面的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，電池技術(shù)的發(fā)展沒(méi)有達(dá)到我們想要的速度。于是氫出場(chǎng)了，每公斤氫產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)今電池。”

一些創(chuàng)業(yè)公司也在航空燃料電池領(lǐng)域躍躍欲試。ZeroAvia，是一家由比爾蓋茨的突破能源風(fēng)險(xiǎn)投資基金、李嘉誠(chéng)的維港投資、亞馬遜的氣候承諾基金和美聯(lián)航等諸多明星股東背書的航空公司。其將技術(shù)路徑壓在了氫能飛機(jī)上，并從美聯(lián)航、阿拉斯加航空集團(tuán)等股東處獲得了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)訂單，計(jì)劃用于這些航空公司的支線飛機(jī)上。

航空領(lǐng)域，中國(guó)的嘗試更多放在了無(wú)人機(jī)上。2020年1月，由北京新研創(chuàng)能研發(fā)的一款六旋翼氫燃料電池?zé)o人機(jī)，不間斷飛行331分鐘，打破了世界紀(jì)錄。同時(shí)，在四川甘孜州的高原環(huán)境，該無(wú)人機(jī)長(zhǎng)續(xù)航飛行實(shí)驗(yàn)也獲得了成功，證明了其氫燃料電池在大風(fēng)、低溫、低氧等惡劣條件的穩(wěn)定性。

得益于中國(guó)在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位，氫燃料電池的研究亦走在世界前列。據(jù)氫云鏈統(tǒng)計(jì)，目前有數(shù)十家燃料電池企業(yè)涉足無(wú)人機(jī)用燃料電池產(chǎn)品，正與各無(wú)人機(jī)廠商、高校等聯(lián)合研發(fā)氫燃料電池產(chǎn)品。

短時(shí)間內(nèi)，要敲開(kāi)氫燃料電池乘用車的大門很難，但重卡、航空、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域，給氫燃料電池開(kāi)了不少扇窗。誰(shuí)最終決定氫燃料電池發(fā)展命運(yùn)?正如《Nature》這篇文章作者Patrick Plötz博士所言，“技術(shù)發(fā)展和降低成本的潛力經(jīng)常被低估。成本是關(guān)鍵，而不是技術(shù)屬性。”