| 在全球被病毒阴云笼罩的当下，被迫按下暂停键的人们逐渐冷静下来后也开始认真反思起人类与环境之间的关系。而对于出行领域来讲，动力部分是最值得推敲和思考的关键点，到底现在备受推崇的蓄电池是否就是未来发展的唯一选择，或者还有其它更好的路径？比如，在发展过程中不断出现又反复引起争议的氢气。 Electrovan外观 冷战时代的太空竞赛中，氢燃料电池在登月行动中扮演了重要的角色。受其启发，1966年，通用汽车开发了氢燃料动力车辆Electrovan：这是一辆在通用GMC货车基础上加装了液态氢和氧气加压罐改装而成的全球第一款以燃料电池为动力的汽车，在当年被评为重大技术成就也是情理之中的事。 Electrovan内部构造设计示意图 Electricvan的连续输出功率约为32千瓦，峰值功率为160千瓦，一罐加压液态氢可实现续航里程150英里。 Electrovan后排座椅后的储气密封罐 登月航天器的液态氢罐装加注可以由专业人员保障作业安全，但这种高规格的技术保障对于民用车辆来说却几乎不可能复制；那个时代高压密封罐材料及制造工艺的局限性，也使得氢燃料电池车很自然地成为了概念式的昙花一现。 Precept概念车 时间来到2000年，通用在炫技一圈自家柴油/电混合动力概念车后，又想起了60年代曾轰动一时的氢概念来。于是，在当年的底特律车展上，通用再次推出了一辆氢燃料电池的概念车——Precept概念车。光看这充满未来幻想的外观造型，便可知通用对它的用心更多只是为了在一年一度秀肌肉的展台上艳压群芳。Precept的百公里加速时间为9秒多，而续航里程被设计为500英里。（现在的电动车们有点惭愧啊……） AUTOnomy概念车 此后连续几年，作为氢燃料电动技术的先发者，通用陆续展示出了一些独特的思考：2002年推出了全球第一款为氢燃料电动车辆全新设计的概念车——AUTOnomy，一改之前都是在燃油车车辆基础上进行改装的历史，将液态氢的巨大密封罐及笨重电池组进行分散设计，使之不必牺牲乘坐或者储物空间，从而保持了车辆线条的优美与实用性。 BMW 750hL 同年，宝马也推出了他们对氢技术的全新设想——混合氢动力的测试车BMW 750hL。这款测试车分为标准轴距E65（2990毫米， 118英寸）和加长轴距E66（3130毫米，123英寸）两款，采用具有两个独立的电控燃油感应系统的5.4升汽油和氢气混合动力的12缸内燃机，其搭载的140升液氢罐可提供400公里的续航里程。 BMW 750hL工作原理示意图 与通用包括近年来丰田/现代等氢燃料电池车辆驱动原理不同，混合氢动力BMW 750hL的工作原理是——由太阳能产生的电力将水分解为氢和氧，其中多余的氧气被释放到大气中，而氢气则在-253°C的超低温下液化并储存在由70层铝和玻璃纤维制成的140升的液氢罐中。在运行中，宝马是将氢直接注入到改装的内燃机中，换句话说就是进气管中输送的不是空气，而是氢气，进入气缸中燃烧后以提供驱动车辆的动力。 BMW 750hL后备箱内的液态氢密封储存罐 虽然工作原理大相径庭，但与氢燃料电池的效果同样美好，宝马氢内燃机的排气管中唯一的排放就是能达到饮用标准的水蒸汽。 BMW Hydrogen 7 2006年9月，宝马推出了全球首款氢动力驱动的量产车BMW Hydrogen 7。与上一代测试车同样的设计思路，Hydrogen 7配备了基于BMW 7系12缸6.0汽油发动机基础上的混动内燃发动机和两个储存“罐”：油箱和高压液态氢密封罐。这款长约5.18米的旗舰车型，和当年同代标准的BMW 7系一样配备了几乎所有的豪华配置和科技装置：包括带有14项 Hydrogen 7动力系统工作示意图 根据美国环境保护署（EPA）的测试，对Hydrogen 7的单燃料版本的排气管废气进行测试发现，其排放的水蒸气达到了EPA饮用标准。 和Hydrogen 7相伴的“史密斯夫妇” 虽然当年Hydrogen 7被设计为一款常规量产车，但宝马却从未出售过该款车型，而是将100台Hydrogen 7全部提供给了政府、学术界、企业界以及个人测试或者进行了捐赠，将其作为在汽车发展道路上对氢技术的一种技术及知识贡献。 大概也正是因为有了这样对待技术的开创与试错精神，类似氢燃料动力研发这样集技术不成熟 、没有利基市场、没有基础配套设施等等缺点于一身的，看似前路漫漫的探索才能一直延续下来，用时间来换取空间。 2013年初，宝马与丰田签署正式协议，两家开始共同研发氢燃料电池，也就是我们现在常说的运用氢燃料的电化学能转化成电能的技术。两位前瞻性的战略家决定分享技术，共同进行包括氢燃料电池电动汽车的电池系统、 发动机、驱动系统以及液态氢储存罐在内的全系统研发，预期达成目标的时刻正是当下的2020年。 2014洛杉矶车展丰田展台上的MIRA 2014年底的洛杉矶车展上，丰田带来了全球首款面向大众发售的量产氢燃料电池电动车——MIRAI。不仅展示出使用氢气作为燃料来源的可能性，更是展示了丰田及宝马在包括空气压缩机和氢气循环泵等等核心技术上取得的进步。 BMW 氢燃料电池i8工程原型车 而在2015年的宝马创新日上，宝马也展示了应用氢燃料电池技术的BMW i8。与量产的BMW i8不同，氢燃料电池i8原型车的前脸为了加大空气输入重新设计了大灯与双肾格栅和进气口，而为了氢气存储系统和燃料电池系统也改变了尾部设计，配上其磨砂黑的冷峻外表，如同蝙蝠车般的神秘感显露无遗。 BMW氢燃料电池电动5系GT 同年（2015年7月）宝马又带来了另一辆基于5系GT的氢燃料电池电动汽车，并带来了新专利——安装在车轴之间的液态氢储存罐。 这个160公斤的储存罐由铝钢制成，并由碳纤维进行包裹，能够承载350 bar的内部压力。 根据宝马的演示，加注氢气如同加油般简单：按开氢箱盖，取下一个小盖，将氢气软管对准插入并锁定；加氢系统自动判定是否已经完全气密，再用三转泵对绝缘软管进行清洗后开始加注。整个过程不超过5分钟，储气罐加满后可提供500公里的续航里程。 通用为陆军开发的战术氢燃料电池电动车ZH2 在宝马与丰田在氢气技术上取得长足进步的同时，通用也在2012年帮助美国陆军建立了首个氢燃料电池电动车队后，在2016年专门为陆军开发了ZH2燃料电池战术电动汽车，我们在《雪佛兰教你如何做个安静的大块头》中曾经对其做过详细解析。 再之后，氢气作为动力燃料运用的技术便开始大量进入我们的视野之中： BMW i Hydrogen NEXT 就在宝马和丰田的合作成果逐渐开花结果之时，无论是其牵头的氢能委员会的不断壮大，还是宝马在2019年法兰克福车展上推出的即将量产的氢燃料电池概念车 i Hydrogen NEXT；包括德国交通部长Scheuer表示：“氢气是未来的燃料之一”，并声称德国政府计划在未来几年内会有针对性地推广氢技术，似乎都预示着氢燃料电池动力系统在历经曲折之后将迎来自己的春天。此时，却传来了大众集团反对的声音。 如果你知道这种反对的背景是，大众希望整个德国汽车行业全面拥抱蓄电池类纯电动汽车甚至要求德国政府予以明确支持，你就不会感到意外了。但吊诡的是，欧洲能源公司E.ON进行的一项国际调查发现，德国民众对电动汽车的成功持怀疑态度的比例竟然是欧洲之最。大约三分之一的德国受访者表示，他们相信在德国道路上永远不会有比内燃机车更多的电动车，只有13%的人表示他们认为在未来十年内电动车可能有机会占到上风。 大众 ID Vizzion Concept 看来，大众需要说服的不仅仅是行业和政府，消费者的投票权才是决定市场走向的指挥棒。蓄电池技术会不会成为过渡型的选择，氢燃料的春天会不会就此来临，也许并不是一场现在就能看到结果的争夺战。 近日宝马在公布了BMW i Hydrogen NEXT动力系统的技术细节时，宝马集团负责研发的董事傅乐希先生表示：“我们坚信，未来多种动力系统将长期并存，因为目前还没有一种驱动形式可以满足全球客户的所有出行需求。从长期来看，氢燃料电池技术有可能成为宝马集团动力系统组合的第四大支柱。而这种技术尤其适合备受欢迎的BMW X家族大尺寸车型。” 宝马将氢燃料电池技术提升到集团动力系统组合的第四大支柱的重要地位上，与重视能源环保的各国政府的指向不谋而合。不仅中国在2019年将新能源“三驾马车”之一的氢能技术首次写入了政府工作报告之中，德国政府也将氢能技术的发展提上了新的高度：不仅交通部长表态：（实现交通零排放的）氢气是未来的燃料之一……关于氢燃料电池技术的许多研究和试点项目都已经获得政府资助。汽车行业应该尽快将价格适中的（氢燃料电池电动）汽车推向市场，向人们证明该技术的可靠与实用。经济部长也表示：氢燃料电池电动车辆技术的发展是汽车行业发展的绝佳机会，德国必须在其中发挥领导作用。 但德国政府的“热心”推进被大众集团兜头泼了一盆凉水，只是比起Elon Musk简单粗暴的“mind-bogglingly stupid”的不屑一顾，大众好歹还是对现阶段氢燃料电池技术的发展与应用提出了有逻辑体系的不同见解。 效率氢燃料电池技术最大的优点之一，除了唯一的排放物只有纯净的水以外，最重要的是，以现在电解和蒸汽重整制取氢气的方法，它可以从包括石油、天然气、生物燃料甚至污水、污泥和水中获得，几乎无所不在也几乎不用担心有一天会被耗尽。这听起来不仅比有着排放污染的传统燃油车辆有着压倒性的优势，甚至比可充电锂电池类电动汽车，都更加魅力难挡。 但是，如果将能源获取以及车辆整体制造生产中的所有因素考虑在内，氢燃料电池技术就和现阶段的可充电锂电池电动技术一样，充满争议。虽然前者不像后者一样涉及电池制造过程产生排放、非法童工开采原料等多方面的硬伤，但其在目前技术条件下的能源效率却实在让人无法直视： 以德国为例，目前德国的全国交通每年大约需要消耗770兆瓦时的能源，传统汽油和柴油在内燃机中燃烧的效率约为20％到25％，比可充电锂电池汽车70%-80%的能源效率低了不少（电能在传输过程中会损失约8%的能量，在驱动车辆行驶过程中进行电能转换时会损失约18%）。但是，作为迭代选项的氢燃料电池汽车的能源效率成绩在目前的技术条件下，却和传统燃油汽车基本处于同一水平线上。 如果氢燃料电池汽车使用从天然气中获得的氢，则相较于传燃油车辆对环境以及气候没有任何的改善作用，已经不在我们的讨论范围之内了。如果使用电解法制取氢气：电解过程中会损失大约45％的能量。在剩余的55％的能量中，当氢气在车辆中转化为电能时，又会损失大约55％。这意味着，氢燃料电池电动汽车的能量转化效率几乎只能达到25％至35％的范围。因此，有研究机构估算了氢燃料电池车辆所需电能是同样功率充电锂电池车辆所需电量的三倍。如果按绿色出行的零排放愿景来说，如果大量普及氢燃料电池电动车，则需要安装/铺设现在三倍甚至更多的发电设备。以德国为例，就基本不具备如此规模的电能生产能力，只能依靠进口。 价格如果所需能源要依靠国际贸易，就势必带来另一个关键问题：价格。 以宝马集团今年3月17日报告上的数据：按照H2 Mobility合作伙伴议定价格，现阶段美国1磅（0.45千克）氢气的价格约为14美元，德国约为4.80美元。按照氢燃料电池电动车辆1磅（0.45千克）氢气能提供续航里程约为28英里（45公里）计算，每百公里行驶成本分别为：美国约为31美元，德国约为10.60美元。 横向比较一下今日的油价以及充电电费，优劣一眼便知。然而，贵的还不止日常用车的能源补给，全球市场上几款可选购的氢燃料电池电动汽车，虽然几乎都是通常意义中的B级车，但成本都差不多在80,000美元，这几乎是同类全电动或者混动汽车成本的两倍。 这其中不仅仅有未能开展大规模量产所带来的成本问题，还由于氢燃料电池在发电过程中的催化剂是众所周知的贵金属：铂金。 于是，反对者大众集团站在车主的角度算了一笔帐：一方面，随着各个国家越来越严格的排放政策，比如更严格的欧7标准的引入，将使新的内燃机价格继续上扬，进一步缩小电动汽车与传统燃油车辆的价差。另一方面，电动汽车更低的售后服务优势会日益凸显，比如不用更换机油、润滑油，甚至不用考虑日常损耗件的保养与清洗，能够节省一大笔时间成本和维养费用。 而随着充电锂电池电动汽车队伍的不断壮大，规模经济也会再次发挥作用，进一步降低车主们的充电及使用成本。这话里话外的用意呼之欲出：只有充电锂电池电动汽车才是能够代替燃油时代的未来，成本居高不下的氢燃料电池电动汽车恐怕还得在实验室里好好静静，先想清楚怎么把自己的身价降下来。 时间目前用户对充电锂电池电动汽车的一大困惑便是：充电等待时间太长。毕竟对于习惯了能在加油站内五分钟解决能源补给的人们来说，半个小时即使能从0充至80%甚至更高的高压快充也是令人感受相当“漫长”。哪怕已有相当多的评测机构或者博主已经反复现身说法：就算没有私人充电桩，比起专门绕道去加油站补给，好好利用逛街休闲上班等车辆闲置时间进行充电（无论快充慢充）补给，其实真的并不会出现想象中的“难熬”场景。 但无论如何，改变人们的固有习惯怎么都是一个艰巨的再教育过程，此时氢燃料电池电动车辆能和加油一样在5分钟内完成加氢的优势便立刻显现。可是问题来了，根据德国Helmholtz大学电化学储能研究所副所长Maximilian Fichtner先生的研究，现有技术条件下的氢燃料电池汽车每次加注燃料后，由于需要进行内部压力和温度调节，往往需要15到20分钟的等待时间。 加氢5分钟，等待20分钟？那么省时的优点即刻变得不再突出。 便捷截止2019年底，加氢站在全球布局仍屈指可数，在美国全境也只有约40家（多数集中在锐意改革的加州地区），德国约有80家。就像宝马氢燃料技术专家Axel Rücker所说：“这就是蛋和鸡的关系，一方面氢动力汽车加氢站的网络布局稀疏，客户就不会对氢燃料电池汽车产生深厚兴趣；另一方面，客户的低需求无法刺激运营商们扩大加氢站网络建设的决心。” 如果回想一下几年前充电站的扩充过程，其实完全有赖于政府与各品牌的前瞻力与决心。宝马就联合了氢能生产商与加氢站运营商共同发起了“清洁能源合作计划”，计划到2022年将加氢站网络扩展到130个，到2025年扩展到400个。 寒冷难道，氢燃料电池电动车辆就没有什么突出优点了么？倒也不是，众所周知寒冷天气条件无论对燃油汽车和充电锂电池电动汽车都会产生不同的影响，尤其是后者，哪怕目前在电池管理方面非常领先的特斯拉，对低温的影响也拿不出更好的解决方案。然而，低温却对氢燃料电池电动车辆影响有限，尤其是电动车辆最被看重的续航里程，几乎不会受到任何影响。 看完数量对比悬殊的优劣点列表，大众的反对似乎显得很有道理，不过，有理有节的反对却要披着“打群架”的外衣总是显得有点诡异。氢动力的一系列所谓缺点，其实看起来和电动汽车当初遇到的阻力何其相似。利益驱动永远都是解决问题的不二法门，不管支持还是反对，都是为了在未来能够有自己的一席之地，这注定是一场暂时还看不到结果的拉锯战。对于用户来说，这样的资本和技术博弈才是未来美好前景最好的前戏。（来源：极车制造） |
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