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    氢能真是无污染的能源吗?

    2021-03-03 09:55
    汽车新纪元
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    导语:氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,所以一直以来有观点认为,在新能源汽车领域,氢能汽车要优于电动汽车,氢能源汽车才是未来。不过现实却是,氢能源汽车几乎已经输掉了这场战争。

    氢能源汽车没有未来

    何想 | 文

    2009年中国汽车产销量超越美国,成为全球汽车产销量最大第一大国。

    与此同时,中国汽车的燃油消耗也达到了8000万吨,占到了当时中国石油总需求量的1/4。此后随着中国汽车保有量的快速提高,2020年,中国汽车燃油消耗已经占到了整个石油消费量的近60%。在能源供应日益紧张,特别是环保问题突出的局面下,大力发展新能源汽车就成了政府、社会的必然选择。这也是如今电动车市场一派火热,电动车企在资本市场上广受追捧的根本性因素之一。

    电动车虽然不使用燃油、零排放,不过在很多人看来,电动车并不环保,只是转移了污染排放,因为在我国的电力能源结构中,以煤炭为燃料的火电占比非常高。虽然这样的说法,已经被相关研究证明,并不准确(集中发电的效率更高、污染问题也更容易降低等等),但严格意义上来说,电动汽车确实还称不上绝对的环保,除非其电能完全来自风能、太阳能等清洁能源。

    与电动汽车相比,氢能源汽车在网络上颇受推崇,在很多人看来,氢气燃烧后只会产生水,不会产生有害物质,另外氢元素是地球上最丰富的的元素之一,不存在短缺问题,更重要的是方便高效,几分钟的燃料加注就可以实现600公里多的续航,不像电动汽车在充电桩前耗费少则一个小时,多则十几个小时的时间。所以一直以来有观点认为,在新能源汽车领域,氢能汽车要优于电动汽车,氢能源汽车才能代表未来。

    其实有关电能与氢能的技术之争早在十多年前就已经开始,当时国内外有很多专家、学者、车企都站队氢能源。比如丰田在2011年就生产了非常可靠的氢能概念车FCV-R,后来研发了量产车型Mirai,并于2015年投入商业使用;本田生产了两款氢能燃料电池汽车Clarity Fuel Cell和FCX Clarity;韩国现代汽车也推出了使用氢燃料电池技术的ix35 FCV、Nexo……

    但现实却是,2020年全球电动汽车销量超过300万辆,保持翻倍式的增长。而与此同时,氢能汽车全球销量尚不足万辆,中国、美国两大汽车市场销量同比还出现腰斩,连号称目前技术最成熟、领先的丰田Mirai全球销量也只有1770台,同比下滑29%。

    更残酷的是,氢能源汽车不是暂时的失势,而是很可能已经注定了失败的结局。大众汽车在比较了电力和氢能的能源效率后表示,“结论很明确”, “就乘用车而言,一切都支持电池,而几乎没有支持氢的”。宝马也表示,氢能汽车动力链的整体效率仅为电动汽车的一半。狂人马斯克更是在2015年就表示,氢燃料汽车在新能源汽车领域中与电动车的较量毫无胜算,根本不足为惧,并认为做燃料电池汽车是一个极其愚蠢的行为。

    为什么看似技术更为先进,产品更为环保的氢能汽车,会惨遭电动汽车碾压,没有成为新能源汽车市场的主流?

    首先是能源效率问题,相比电动汽车,氢能汽车的效率要更低。曾有业内专家计算,电动汽车一旦开始启动,车辆充电位置的电能供应将损失约5%,电池的充电和放电会损失另外10%,最后,电动机损失了5%。计算下来的总损失为20%。

    而氢能汽车是将充电装置集成在车内,最终的驱动方式与纯电动车一致,都是通过电机驱动。根据相关测试显示,如果用100度电制氢,然后存储、运输,加入汽车,再转为电能,驱动电机,其电能的利用率只有38%。如果从氢注入汽车开始计算,利用率也只有57%。可以说,不论怎么计算都远低于电动汽车。

    第二点影响氢能汽车普及的就是成本。电动汽车技术原理简单,研发成本低,产业链也更短,而氢能所需的技术开发难度、产业链以及由此带来的成本都很高,特别是氢燃料电池发电的过程中会用到贵金属铂作为催化剂,而铂较为稀缺,价格也就会比较高。比如2013年韩国现代下线的量产版氢燃料汽车ix35 FCV,其最初的售价高达85.5万人民币;丰田Mirai花了大量的力气,最大限度地降低铂的使用,但目前其售价依然高达55万人民币。另外氢能的价格要远高于普通电的价格,有测算表明,其使用成本是电能的6倍多。

    第三点就是配套设施。以中国为例,截止2021年1月,全国充电基础设施累计数量为171.6万台,公共充电桩数量达到810903台。反观加氢站,截止2020年底,中国共建有加氢站104座。按照《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预测,2025年中国将建成200座加氢站。这无疑大大限制了氢能汽车的普及。

    为什么加氢站如此之少?造成这一局面的原因除了氢燃料汽车在我国占有率低以外,运营成本居高不下则是阻碍加氢站大规模发展的主要原因。其主要包括建设成本高、运营维护成本高、成本回收期较长三部分。据悉,建设一个普通的充电站所需成本在100万人民币左右,而建造一个氢气燃料站需要花费至少1000万。

    虽然氢能汽车看起来有诸多短板,但很多人或许认为其环保的特性是极为突出的

    毕竟氢气燃烧不排放二氧化碳和其他废弃物,只有纯净的水。但氢能真是无污染的能源吗?答案是,目前的氢能几乎都不环保。

    世界能源理事会将氢气按照生产来源分为“灰色”“蓝色”和“绿色”三类。其中“灰色氢气”是通过蒸汽甲烷重整(SMR)或煤气化技术制取而来。该过程制造的氢气成本较低,但是碳排放量最高。“蓝色氢气”,主要是采取蒸汽甲烷重整技术或煤气化加上碳捕捉和贮存(CCS)制氢,成本较高,技术复杂。“绿色氢气”确实足够环保,其主要是使用可再生能源进行电解水制氢,二氧化碳零排放,但同样成本较高。

    目前灰色氢气占到了全球氢能的99%,也就是几乎都是通过石化能源来制氢。其中煤炭中含氢很少,煤种不同只有2%~5%,主要是用生产水煤气的方式产氢,生产伴生大量CO和CO2。天然气和石油组分中含氢较高,约在15%以上,以甲烷为例,与水反应生成氢气和CO2,氢气收率相对较高,但同样会带来污染。目前生产1kg氢伴生的CO2重量,煤制氢约为11kg,天然气制氢约为5.5kg,轻油制氢约7kg……可以说制造氢气的技术如果没有革命性的突破,氢能谈不上是清洁能源。

    综合来看,在与电动车的新能源未来之争中,氢能劣势明显,可以说已经几乎输掉了这场战争。目前新能源车的发展路线已经非常清晰,电动车就是未来的主导,其它能源形式不再是趋势,而混合动力也只是过渡阶段。这也是为什么一些像日产这样的车企巨头宣布停止开发氢能汽车,集中精力发展电动汽车重要原因。

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