撰文/ 張 鷗編輯/ 吳 靜設(shè)計(jì)/ 趙昊然來源/ Automotive News，作者：Pete Bigelow

(資料圖片)

看好它的人贊其為“擁有魔力的解決方案”。而在對它嗤之以鼻的人看來，相關(guān)研究都只是“年復(fù)一年的妄想”——這便是爭議不斷的、將氫氣作為燃料的可能性。

氫氣是一種豐富的、無污染的能源，被看作天然氣的清潔替代品?？苹眯≌f之父儒勒·凡爾納（Jules Verne）曾經(jīng)描述過“在未來，水如何被用作燃料”。在1874年的小說《神秘島》中，他寫道“氫氣和氧氣將提供無窮無盡的熱源和光源”。

近150年后的今天，氫氣的應(yīng)用已經(jīng)不再局限于科幻小說。只不過，它能否改變整個(gè)社會(huì)的能源結(jié)構(gòu)仍是未知數(shù)。

經(jīng)過幾十年的試點(diǎn)項(xiàng)目和零星的部署，這個(gè)理想中的燃料似乎已經(jīng)處于經(jīng)濟(jì)可行性和廣泛采用的邊緣。美國能源部在2021年7月開啟了“氫能源地球計(jì)劃”（Hydrogen Energy Earthshot）,希望在10年內(nèi)將清潔氫的成本降低80%，至每公斤1美元。

在氣候變化的全球挑戰(zhàn)和對能源獨(dú)立的更多渴望之下，美國政府和跨國公司們正在花費(fèi)數(shù)十億美元，試圖開創(chuàng)氫氣時(shí)代。

美國能源部尋求在10年內(nèi)達(dá)成氫氣大范圍采用▼

（圖源：GenH2）

全球供應(yīng)商博世公司表示，到本10年末將在氫氣生產(chǎn)技術(shù)方面投資多達(dá)5.91億美元。

根據(jù)美國環(huán)保署的數(shù)據(jù)，運(yùn)輸業(yè)占美國溫室氣體排放的27%，比任何其他行業(yè)都要高。美國應(yīng)對交通領(lǐng)域碳排放的主要努力集中在電動(dòng)汽車的推廣和政府對所有關(guān)聯(lián)領(lǐng)域的支持上。

但是，這可能還不夠。安永會(huì)計(jì)師事務(wù)所的全球移動(dòng)性分析師克里斯汀·林格蘭德（Kristin Ringland）說：“有些東西是換電池?zé)o法解決的?！?/p>

雖然沒有達(dá)成共識，但越來越多的行業(yè)分析師和科學(xué)家認(rèn)為，交通將需要鋰電池電動(dòng)車和氫能源動(dòng)力車的共同努力，以在2050年達(dá)到凈零碳排放目標(biāo)。

“我們不認(rèn)為兩者會(huì)是‘非此即彼’。”洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室氫氣和燃料電池技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目經(jīng)理羅德·博魯普（Rod Borup）說，“我們認(rèn)為應(yīng)該是‘和’?！?/p>

始于能源危機(jī)

如今，對于氫氣燃料電池的開發(fā)和部署越來越多，這些努力和成果都始于洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室因開發(fā)氫彈而聲名鵲起，博魯普現(xiàn)在負(fù)責(zé)監(jiān)督該實(shí)驗(yàn)室耗時(shí)最長的非武器項(xiàng)目。

這些研究是在1973年和1974年經(jīng)濟(jì)震蕩和汽油長線困擾美國之后開始的，當(dāng)時(shí)石油輸出國組織禁止向特定國家出口石油并削減石油產(chǎn)量。

美國在1977年成立了能源部，部分原因正是為了應(yīng)對這場能源危機(jī)。不同的研究項(xiàng)目被納入國家級別的管轄范圍，包括洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室。彼時(shí)剛剛從亞利桑那大學(xué)畢業(yè)三年的年輕科學(xué)家拜倫·麥考密克（Byron McCormick）建立了氫氣和燃料電池技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。

洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室在1943年創(chuàng)立于曼哈頓計(jì)劃期間，當(dāng)時(shí)入口被嚴(yán)防把守▼

（圖源：Los Alamos National Laboratory, Department of Energy）

就是這樣一個(gè)時(shí)機(jī)，美國能源部為后來的太陽能、風(fēng)能、先進(jìn)電池和燃料電池的研究埋下了種子。幾十年后，這些技術(shù)已經(jīng)成熟。

現(xiàn)年76歲的麥考密克說：“所有這些東西從70年代就已經(jīng)形成了。如果不是因?yàn)槭徒\(yùn)，它可能根本不會(huì)開始?！?/p>

麥考密克后來成為通用汽車公司的高管，在2009年退休之前，他建立了該汽車公司的全球替代動(dòng)力中心，專注于氫氣和燃料電池技術(shù)。

2021年6月，通用汽車啟動(dòng)了一項(xiàng)350億美元的投資，開始雙重減碳戰(zhàn)略。除了正在推出一個(gè)完整的鋰電池電動(dòng)車產(chǎn)品線，這些資金還支持開發(fā)用于卡車、火車和飛機(jī)的GM Hydrotec燃料電池。

解決卡車應(yīng)用問題

業(yè)內(nèi)共識是，鐵路和航運(yùn)是氫燃料電池的首選。它在地面運(yùn)輸中的應(yīng)用目前還無法斷定。

地面運(yùn)輸中最具有潛力的應(yīng)該是長途卡車。根據(jù)美國環(huán)保署的數(shù)據(jù)，中型和重型卡車消耗了美國運(yùn)輸燃料的26%。燃料電池在氫氣提供的能量密度方面被證明是有優(yōu)勢的。與鋰電池電動(dòng)卡車相比，它們有更短的加注燃料時(shí)間和較小的能量損失。

重型鋰電池會(huì)吸收有效載荷能力，這對于長途卡車的運(yùn)輸來說是一個(gè)問題，因?yàn)樗鼫p少了利潤。北美貨運(yùn)效率委員會(huì)執(zhí)行主任邁克爾·羅斯（Michael Roeth）表示，由于重量不同，一輛燃料電池卡車在560公里的路程中可以攜帶大約17噸的貨物，而鋰電池卡車則為15噸。

他說，雖然它比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)卡車要重，但美國聯(lián)邦政府對零排放卡車發(fā)放近1噸的有效載荷補(bǔ)貼，使燃料電池卡車的貨運(yùn)能力和成本能夠與柴油卡車相當(dāng)。

燃料電池供應(yīng)商Ballard估計(jì)，就總擁有成本而言，鋰電池卡車在區(qū)域性運(yùn)輸中將花費(fèi)434381美元；類似的燃料電池卡車將花費(fèi)414367美元，這一價(jià)格與柴油相當(dāng)。

(圖源：Daimler Truck)

美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室于2021年9月發(fā)布了一項(xiàng)分析，支持鋰電池和氫氣燃料電池兩種技術(shù)都具有發(fā)展空間。它表明，在特定的商業(yè)場景和路線距離中，每種動(dòng)力系統(tǒng)都可能擁有成本優(yōu)勢。燃料價(jià)格是一個(gè)重要的變量。

總的來說，這兩種技術(shù)最早在2025年就可以在成本上與柴油卡車競爭。

由現(xiàn)代汽車集團(tuán)支持的新墨西哥州氫氣部件創(chuàng)業(yè)公司Pajarito Powder的聯(lián)合創(chuàng)始人湯姆·斯蒂芬森（Tom Stephenson）說：“如果類比的話，氫氣燃料電池車等于今天的柴油車，鋰電池電動(dòng)車等于今天的汽油車?！?/p>

并非所有人都信服。

約翰·亨利·哈里斯（John Henry Harris）在2021年7月與合伙人創(chuàng)立了中型卡車初創(chuàng)公司Harbinger。在他從零開始造車的過程中，他很快就對氫氣從希望變成了失望。

他說：“當(dāng)我們實(shí)際考察這兩種解決方案的成熟度時(shí)，我們只看到了一個(gè)巨大的鴻溝。”

與鋰電池相輔相成

在乘用車市場上，目前的燃料電池車型銷量都很低。

豐田在2014年面向日本市場推出了Mirai，根據(jù)咨詢公司Interact Analysis 2022年10月的一份報(bào)告，這款車的累計(jì)銷量約為4200輛。在韓國，盡管國家戰(zhàn)略認(rèn)證了氫氣在去碳化努力中的核心作用， 2020年和2021年，現(xiàn)代Nexo等燃料電池乘用車的銷量僅為8500輛。

現(xiàn)代Nexo氫燃料動(dòng)力車▼

（圖源：Hyundai USA）

盡管如此，兩家汽車制造商都沒有失去對氫氣的興趣。

現(xiàn)代汽車公司打算在2028年前為整個(gè)車型陣容開發(fā)氫燃料電池版本，下一代系統(tǒng)將在2023年推出。它預(yù)計(jì)燃料電池將用于卡車、火車和海船。

除了Mirai，豐田在2022年8月與寶馬合作，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)氫燃料電池車，預(yù)計(jì)最早在2025年銷售。豐田還在研究氫氣巴士，測試與肯沃斯公司在洛杉磯開發(fā)的8級燃料電池卡車，并計(jì)劃與五十鈴汽車公司和日野汽車公司合作開發(fā)中型燃料電池卡車。

這家日本公司在2021年12月表示，它計(jì)劃在鋰電池和氫燃料電池技術(shù)方面投資高達(dá)700億美元。

當(dāng)大多數(shù)競爭者都更專注鋰電池電動(dòng)車時(shí)，將目光望向另一種選擇在很多人看來是一個(gè)奇怪的決定。但是，豐田認(rèn)為，不同的技術(shù)相結(jié)合，或許能夠最大限度地服務(wù)于不同的汽車細(xì)分市場和地理區(qū)域，現(xiàn)在做出判斷還為時(shí)尚早。此外，他還在探索氫氣內(nèi)燃機(jī)。

“我們希望在這件事上保持謙遜，因?yàn)槲覀儾恢牢磥頃?huì)如何?！必S田汽車首席科學(xué)家兼豐田研究所所長吉爾·普拉特（Gill Pratt）說，“而事實(shí)是，在我們看來，其他人也不知道。”

Pajarito Power公司的斯蒂芬森說，關(guān)于什么技術(shù)最能降低碳排放的爭論讓人想起了之前風(fēng)能和太陽能行業(yè)之間的爭吵。他預(yù)計(jì)，從長遠(yuǎn)來看，鋰電池和氫燃料電池之間的互補(bǔ)將大于競爭。

德勤咨詢公司的一份新報(bào)告顯示：“現(xiàn)在看來，氫氣很可能將成為下一種規(guī)模化的能源?！?021年，與氫氣相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)投資活動(dòng)達(dá)到了近20億美元的記錄。德勤預(yù)計(jì)2022年將超過這一數(shù)字。

基礎(chǔ)設(shè)施難關(guān)

盡管如此，現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施并不足以支撐大規(guī)模采用。

根據(jù)能源部替代燃料數(shù)據(jù)中心2022年11月的數(shù)據(jù)，美國有48148個(gè)電動(dòng)汽車充電站，而且得益于聯(lián)邦政府的大力補(bǔ)貼，充電站的數(shù)量正在迅速增長。

氫氣加注站呢？只有54個(gè)。

美國只有54個(gè)加氫站▼

“當(dāng)你問房地產(chǎn)行業(yè)的人什么是重要的，你會(huì)聽到‘位置、位置、位置’的答案。在氫氣這里，最重要的便是‘基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施’?！?吉爾·普拉特說。

當(dāng)然，氫氣加注站也必須有足夠數(shù)量的用戶，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)國際清潔運(yùn)輸委員會(huì)2017年的一份報(bào)告，從加注頻率和使用情況來看，每個(gè)加氫站可以支持100-400輛車。

商業(yè)卡車運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施可以根據(jù)具體地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，而許多人懷疑氫燃料電池在輕型車應(yīng)用中能否趕上鋰電池電動(dòng)車的發(fā)展速度。

安永會(huì)計(jì)師事務(wù)所的林格蘭德說：“就氫氣的基礎(chǔ)設(shè)施而言，它還不具備這種能力?！?/p>

無論是用于卡車運(yùn)輸還是更廣泛的用途，能源部正在開始為氫氣基礎(chǔ)設(shè)施打下根基。在為鋰電池電動(dòng)車建立50萬個(gè)充電樁的同時(shí)，該部門正在花費(fèi)80億美元，從《兩黨基建法案》中撥款，建立6-10個(gè)氫氣中心，選址在氫氣生產(chǎn)商、消費(fèi)者和企業(yè)之間的關(guān)鍵樞紐區(qū)域。

能源部已于2022年9月開始為這筆資金開放申請，預(yù)計(jì)將在2023年春天做出決定。

更深層次的意義

盡管氫氣有可能只排放水，但它在實(shí)現(xiàn)零碳經(jīng)濟(jì)的道路上仍有一個(gè)很大的路障。就像鋰電池可能依賴于來自燃煤電廠的電力一樣，氫燃料同樣是使用化石燃料制造的。

根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇的數(shù)據(jù)，只用可再生能源生產(chǎn)的綠色氫氣只占當(dāng)今氫氣總產(chǎn)量的0.1%。在業(yè)內(nèi)專家看來，綠色氫氣想要成為主旋律，還有幾十年的路要走。

能源和氣候政策智囊團(tuán)Energy Innovation的電氣化主管薩拉·鮑爾德溫（Sara Baldwin）說：“電動(dòng)汽車花了差不多20年的時(shí)間達(dá)到如今的大規(guī)模生產(chǎn)水平，我預(yù)計(jì)，氫氣也需要同樣的時(shí)間。重點(diǎn)是要擺脫化石燃料。”

盡管難度肉眼可見，氫氣確實(shí)是在趕來的路上了。

歐盟已經(jīng)開始實(shí)施一項(xiàng)計(jì)劃，以削減對俄羅斯石油的依賴。目前全球氫氣電解器項(xiàng)目的管道自2022年4月-10月已經(jīng)增加了一倍多。

開創(chuàng)了燃料電池之路的麥考密克認(rèn)為，還有另一個(gè)轉(zhuǎn)型正在進(jìn)行中，并且，意義更加深遠(yuǎn)。

他說：“人們談?wù)撌偷慕K結(jié)，我認(rèn)為他們沒有抓住重點(diǎn)。重點(diǎn)是‘燃燒’的結(jié)束。從人類起源至今，燃燒，一直是我們賴以生存的技能。從這個(gè)角度來看，你就會(huì)真的領(lǐng)悟到氫氣劃時(shí)代的意義?！?/p>

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