0
人類已在各領域廣泛應用氫能，無論是將火箭發(fā)射到太空，抑或是制造常見的日用品，如牙膏這類。但人們并不滿足于此——今后，氫能還要應用在私家汽車領域。
credit: sciencedaily.com
燃料電池汽車（FCVs）是電動汽車的一種。其工作原理是，氫作為燃料，在汽車搭載的燃料電池中與大氣中的氧發(fā)生化學反應，不經(jīng)過燃燒直接產(chǎn)生電能，發(fā)動電動機驅動汽車。
credit: blogs.cas.suffolk.edu
與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車具有以下優(yōu)點：
1.零排放或近似零排放。
2.減少了機油泄漏帶來的水污染。
3.降低了溫室氣體的排放。
4.提高了燃油經(jīng)濟性。
5.提高了發(fā)動機燃燒效率。
6.運行平穩(wěn)、無噪聲。
燃料電池車和純電動車相比，雖然續(xù)航里程超過后者 5 倍，并且重新加注燃料時間比充電時間更短，但研發(fā)和制造費用過高，成為限制其推廣的瓶頸。羅伯特·博世公司汽車業(yè)務部負責人 Wolf-Henning Scheider 預計，到 2025 年燃料電池動力總成將比電動車動力總成貴一倍。
不過，續(xù)航里程優(yōu)勢將使燃料電池成為替代方案變成現(xiàn)實。“它們（燃料電池）在競賽中并未落后，對于其他汽車零排放技術而言是可行的替代方案?！盬olf-Henning Scheider 如是說。得益于規(guī)模經(jīng)濟，到 2025 年燃料電池將更加產(chǎn)業(yè)化，F(xiàn)CVs 也可在商業(yè)化角度達到實用性。
早在今年六月，現(xiàn)代汽車公司（Hyundai Motor Co.）已率先推出量產(chǎn)的 ix35 FCVs，并已對外出租 Tucson Fuel Cell?，F(xiàn)代立誓要在 2015 年以前達到全球 1000 臺的出貨量。豐田汽車公司（Toyota Motor Corp.）和本田汽車公司（Honda Motor Co.）也將在明年開售下一代 FCVs。
credit: autos.yahoo.com
豐田的首款商用燃料電池汽車被命名“未來（Mirai）”，對此本站曾有報道。本站《燃料電池汽車，日本人怎么看？》一文也曾提到幾家日本廠商的態(tài)度。豐田計劃未來將燃料電池成本削減九成以上。
其余幾大汽車制造巨頭也紛紛表示，要在 2017 年發(fā)布燃料電池汽車。當前戴姆勒、現(xiàn)代、日產(chǎn)、福特、豐田、本田、通用汽車和寶馬都在開發(fā)燃料電池車。
隨著氫燃料電池成本不斷降低，到 2025 年燃料電池車可在商業(yè)化角度達到實用性。
為何人們?nèi)绱丝春脷淠芷嚕恳驗?，氫能汽車能做到零尾氣排放?/span>
在全球各國均在收緊尾氣排放標準的大背景下，汽車制造商的減排壓力不斷增大。雖然已有插電式電動車，可以克服這一壓力，但插電式電動車仍無法突破里程數(shù)的制約，更要花費時間充電。
FCVs 則無這等煩惱，只需要充氫氣，而這一過程所需時間很短，就像傳統(tǒng)汽車加油一般迅速；再加上氫氣本身密度低，里程數(shù)瓶頸一下子得到了化解——充氣不到五分鐘便能支撐汽車跑 300 英里。
因而，各國政府和汽車公司都已押注氫能這一清潔又高效的交通能源，作為未來最重要的動力來源。這一舉措也容易贏得消費者首肯。
credit: comparefuelcards.co.uk
氫能也不是全無弱點，盡管它是宇宙中含量最豐富的化學元素，但在目前，氫能開采及供應鏈仍然跟不上人們?nèi)找媾畈哪茉葱枨?。好在，目前已有若干種途徑能產(chǎn)氫后將其分發(fā)到各加注站，詳見《雷鋒科普：燃料電池汽車要普及，氫氣從哪里來？》一文。
每種途徑各自有商業(yè)案例，參與對象也不一樣。氫能的來源同時也會決定 FCVs 的凈排放量——盡管汽車本身不會有尾氣排放，但在生產(chǎn)制造氫氣時必然涉及化石能源，如甲烷便是氫元素的重要直接來源之一。
為了讓 FCVs 在實現(xiàn)經(jīng)濟騰飛的基礎上為節(jié)能減排目標做貢獻，各國政府及行業(yè)合作伙伴需要建立起一套強有力的加注站網(wǎng)絡，并為消費者提供清潔且廉價的氫。
下一季度，F(xiàn)CVs 將會侵入加州。加州政府已制定計劃：零排放汽車數(shù)目在 2035 年以前達到 150 萬臺。為此，加州政府去年已投資 2 億美元，計劃在十年內(nèi)建設至少 100 座氫加注站。僅每座加氫站就耗資 100 萬美元。
今年五月，加州能源委員會（CEC）宣布投資 4660 萬美元建設 28 座新的加注站。該州目前已有 10 座公共使用的加注站，更有不下 12 座加注站尚在施工。
毋庸置疑，我們是基礎建設這整件事的中心角色，我想說，加州這項建設任務全權依靠我們。
——Shane Stephens，F(xiàn)irstElement Fuel 首席發(fā)展官兼委托人
創(chuàng)業(yè)公司 FirstElement Fuel 已于去年成立，本部設在加州。作為 CEC 投資項目的一部分，該公司現(xiàn)已收到撥款 2760 萬美元，以建設 19 座加注站。據(jù)彭博社消息，豐田也至少對該公司提供了 720 萬美元資助。該公司無官方中文名，其命名大意為：第一元素（即氫）燃料。
上個月，F(xiàn)irstElement Fuel 已與空氣產(chǎn)品和化工有限公司（Air Products and Chemicals Inc.）達成協(xié)議，為加注站提供設備。這批站點要在 2015 年底之前竣工。
credit: earth911.com
在老字號公司因猶豫不決而錯失“氫氣高速公路（Hydrogen Highway）”這一難得的發(fā)展機遇的同時，像 FirstElement Fuel 這樣的新角色正抓緊機會謀發(fā)展。
大量生產(chǎn)氫氣的工業(yè)用氣公司，如空氣產(chǎn)品和化工有限公司、法國液化空氣集團（Air Liquide）以及林德集團（the Linde Group），看起來會是氫運輸燃料市場的天然領袖。其中一些公司已憑借自身專業(yè)經(jīng)驗，在 FCVs 所必需的存儲、壓縮和分配器技術顯現(xiàn)出優(yōu)勢。
但按 Stephens 的意思，這些工業(yè)用氣制造商寧可穩(wěn)住在現(xiàn)有的設備和大宗氣體領域的優(yōu)勢，也不愿冒著風險涉足燃料零售業(yè)務。因此，行業(yè)巨頭并不對新興創(chuàng)業(yè)公司構成威脅。
作為向分布式網(wǎng)絡供應運輸燃料的全球領袖，石油公司也可能起到帶頭作用。早在 2011 年，殼牌石油公司便已與豐田合作，在加州紐波特（Newport）建設了一處站點。但是，總的說來石油公司不愿意接受新型燃料，因為新型燃料終將與汽油競爭。
加州最初制定的法案要求主要石油進口商和煉油廠為氫氣高速公路付錢，但石油巨頭對此以對簿公堂來威脅。加州不得不做出妥協(xié)，將這一成本以車輛登記費的名義轉嫁至消費者頭上——8 號州眾議院法案已于去年 9 月寫入法律條文。
1.以汽油為動力的汽車正變得更高效。
2.各地正在圍繞生物燃料的混合與公用事業(yè)的增加進行辯論。
3.電動汽車制造了新的商機。
4.氫能燃料電池漸入佳境。
上述幾點致使蠶食石油公司的市場份額不斷遭受蠶食。“石油公司不得不面對競爭對手正在不斷超越自己這一前景?！?/span>國際能源署氫能實施協(xié)議負責人 Mary-Rose de Valladares 如是說。Mary-Rose de Valladares 正在就氫的生產(chǎn)和利用作全面路線圖。
她補充道：“石器時代的完結，并非我們用盡了石頭。（而是因為新的科技樹出現(xiàn)，編者注。）”
credit: Miroslav Petrasko
問題在于，老字號公司經(jīng)常遭受“創(chuàng)新者困境（innovators dilemma，de Valladares 語）”。這些公司過分專注于客戶的當前的需要并對應地調整他們技術或業(yè)務的模式，以滿足客戶的未來需求。
“氫能運作與石油公司目前圍繞液體燃料的基礎設施相矛盾，”Stephens 說，“它們想在勘探和鉆井方面仰之彌高鉆之彌深，反而在燃料零售和運輸方面，甚至是精煉方面不甚上心?！?/span>
“我想，這就是為什么你看到很多石油公司向后退——他們擔心會被不知緣由地強制生產(chǎn)氫氣，這不是他們的專長?！盨tephens 補充道。
現(xiàn)代汽車公司汽車替代戰(zhàn)略高級經(jīng)理 Gil Castillo 則認為，只要在這條路上有利可圖，石油公司就會更進一步?！拔艺J為，石油行業(yè)此刻正在尋找盈利的途徑?！?/span>
與大型石油生產(chǎn)商相反，加油站多是獨立經(jīng)營的個體戶。但，想要說服他們轉向氫能泵站，也必須有足夠的商業(yè)案例調動他們?yōu)橹顿Y。
九月，來自佛羅里達州的 Patrick Murphy 與來自賓夕法尼亞州的 Charlie Dent 兩位代表提出議案，要求將聯(lián)邦稅收抵免擴展至高達 3 萬美元，以安裝零排放燃料站。議案將在今年年底到期。
來自加州大學戴維斯分校的分析師表示，燃料電池汽車的數(shù)目一旦達到 5 萬 -10 萬輛，氫基礎設施業(yè)務的需求將能得到滿足并實現(xiàn)自給自足。這可能會發(fā)生在這個十年結束時。
盡管成本正在下降，修建一座氫加注站的費用仍高達 100 萬美元。費用不同部分基于燃料如何產(chǎn)生。成本的變化一定程度上取決于燃料的生產(chǎn)方式。
如今生產(chǎn)氫最便宜、最常用的方法是將天然氣重整。經(jīng)濟熱潮使得從天然氣獲得氫氣的成本不斷下跌，這是增加對氫能支持的一支重要力量。
在美國，每年大約有 900 萬噸的氫被生產(chǎn)出來，它們主要用于提煉石油、 處理金屬、 加工食品和家用產(chǎn)品。大多數(shù)氫生產(chǎn)并提供給現(xiàn)場工業(yè)設施使用，但有很大一部分提供給區(qū)域性生產(chǎn)，以及用卡車或管道輸送給更遠的用戶。
加州燃料電池聯(lián)盟是一家旨在推動燃料電池汽車市場的公私合作組織，其公共關系總監(jiān) Chris White 表示：“（氫）被用來做很多事，而我們并未察覺到?！瑫r，我們并未發(fā)覺到現(xiàn)有分配系統(tǒng)的存在——你可能已經(jīng)在駕駛途中從幾個儲氫罐邊路過，但并未意識到?！?/span>
credit: Bernd and Hilla Becher, Gas tanks, 1983-92
首先，氫氣運輸燃料的生產(chǎn)和交付，要利用現(xiàn)有的工業(yè)氣體行業(yè)供應鏈。絕大多數(shù)站點（包括 FirstElement Fuel 正在興建的那 19 座）會使用由大型并且集中的工廠生產(chǎn)的燃料，再用卡車送到分配器。
“我們不想用高油價懲罰市場，因此使用已知可靠且具成本效益的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法占領市場。”法國液化空氣集團（Air Liquide）氫能源主任 Bob Oesterreich 如是說。該集團已于最近獲得 CEC 投資，計劃在 2015 年內(nèi)完成 3 座加注站的建設。“我們意識到，我們需要開發(fā)這片市場?！彼a充道。
但隨著市場的發(fā)展，將從天然氣生產(chǎn)出的氫氣運輸?shù)綇V泛分布的加注站網(wǎng)絡這一過程所消耗的柴油也越來越多。這樣一來，氫能的經(jīng)濟意義和環(huán)境意義不再重大。
勒克斯研究公司（Lux Research）能源存儲分析師 Dean Frankel 稱，由于分布式系統(tǒng)中不存在燃料，氫基礎設施建設具有挑戰(zhàn)性。
目前，加利福尼亞州，路易斯安那州和得克薩斯州是主要的氫氣產(chǎn)地，在現(xiàn)有這些氫生產(chǎn)站點旁卻沒有多少汽車能創(chuàng)造對氫能的需求。要想建立一套新站點的網(wǎng)絡，就要付出高昂的代價。與此相反的是，電動汽車只需要插入附近幾乎無處不在的美國電網(wǎng)便能充電。
此外，利用天然氣制造氫，并非是長期可持續(xù)。Frankel 稱：“我們要從排氣管排出水，這是一項可怕的環(huán)境解決方案。但貫穿這個過程，會持續(xù)有天然氣逸出?！保ū娝苤?，天然氣是比起二氧化碳更為可怕的溫室氣體，每分子甲烷的吸熱量是二氧化碳的 21 倍。）
credit: mobile.laist.com
還有，以生產(chǎn)氫過程中排放的二氧化碳量做參考，比起汽油動力汽車，氫燃料電池汽車的二氧化碳排放量減少了一半。但加州正在制定規(guī)章，要求進一步削減排放，以最終符合國家目標。
加州法律要求 33% 的氫燃料來自可再生能源，各公司也在商討如何靠近這一目標。現(xiàn)有的方法是，以植物作為原料發(fā)酵得到沼氣，取代天然氣，并從中提取氫氣。這種新的管道氫生產(chǎn)方法幾乎可以消除所有溫室氣體排放。
想要有效地應對氣候變化，“降低車輛排量是必要的，但不是充分的，”氣候和能源解決方案中心交通項目費高級經(jīng)理 Nick Nigro 稱，“你必須找到能讓所有上游生產(chǎn)燃料都低碳的方式?！?/span>
作為當之無愧的未來能源種子選手，氫是人類能源的將來時。
各小節(jié)插圖為編者所加
雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
