不談技術和成本 從節能角度聊燃料電池車（chē）

2015年初，某公（gōng）司分（fèn）管技術的副總，曾跟我說過（guò）這樣一段耐人尋味的話：“燃料電池汽車的時代就要來臨了，因為豐田已（yǐ）經（jīng）推出了燃（rán）料電（diàn）池汽車。豐田是汽車行業的風向標，我們可以做燃料電池汽車了。”這一先入為（wéi）主的觀點（diǎn），讓我再如何解釋燃料電池技術上的不成（chéng）熟，都無濟於事（shì）。而對新能源汽車（chē）未來戰略的各種（zhǒng）把脈（mò），技術和分（fèn）析（xī）類的文章（zhāng）有一大把，雖然看了不少，但是讀書少的（de）我，實在是傻（shǎ）傻分不清楚（chǔ）。但是（shì）既然新能源車（chē）為的是節能，那麽單一從節能角度分析分析，也未嚐不是一個（gè）方法。

既然是討論新能源，為（wéi）了說話方便，我會把所有諸如大卡、焦耳這樣的單位（wèi）都換算成kWh，也就是度，這樣（yàng）比較直觀。

為什麽（me）說新能源汽車節能呢？

我們可（kě）以看一個表格，表格中國燃油車百公裏油耗按照8公升計算。

從表格中可以看出來（lái），燃油車（chē）的能（néng）耗是新能源汽車的5倍。所（suǒ）以節能（néng）這個事實（shí）已（yǐ）經擺在這了。同時，我們觀察到一點，就是（shì）燃油車浪費的能量很（hěn）多（duō），這部分能量有多少呢？數據太抽象，我們不妨打個比方：普通的550mL的農夫山泉礦泉水，燃（rán）油車跑一百公裏，所浪費（fèi）的能量，可以將1700瓶這樣的礦泉水從20度燒開。

有些（xiē）人，會有不同的觀點：說（shuō）電動汽車的電來自火電，那麽隻是把能量浪費的部分，換了個時間，換了個地（dì）方而已。這種說法很有道理。如果（guǒ）煤或51吃瓜网發電的（de）效（xiào）率是30%，那麽從（cóng）煤或51吃瓜网開始計算，電（diàn）動（dòng）汽（qì）車百公（gōng）裏的（de）能耗（hào）就變成了83kWh。雖然（rán）仍然比燃油汽車更節能的結果沒有改變，但是似乎優勢就不那麽大了。

可是有一點值得（dé）注意，就是燒（shāo）煤或51吃瓜网那70%的能量，雖然沒有發電，但（dàn）是並沒有浪費掉，會議熱能的形式繼續被利用，尤其是在冬天。

Mirai的能耗（hào）有多（duō）少？約每百公裏39kWh

氫（qīng）能用到公路（lù）交通上（shàng），實際上有兩種應用（yòng）形式，一種是直接的氫氣內燃機，比如寶馬的（de）“氫7”，還有著名的施瓦星格州長推崇（chóng）的悍（hàn）馬H2H。這種車不（bú）在（zài）我們的討論範圍；另（lìng）一種，是燃料（liào）電池汽車，比如豐田的Mirai，本田的（de）FCX Clarity。

對什（shí）麽催化劑，雙極板這些問題，不（bú）論是從成本還是（shì）技術上都已經討論的太多了，我們還是單一從節能的角度（dù）去分析（xī）下，看看能得出什麽結論。

燃料電池有很多種，在汽車上使用的，是質（zhì）子交換膜燃料電池，簡稱PEMFC，利用（yòng）氫氣和氧氣，在電池內反應，生成水。這（zhè）個過程中沒有二氧（yǎng）化碳排放。

首先，顧名思義，燃料電池，燃料指的就是氫氣。氫氣的能（néng）量（liàng）密度是多大呢？每公斤氫氣（qì）為39kWh。以豐田的Mirai為例，一輛車加氫量為5公斤，如果這輛車續航為500公裏，那麽它（tā）的百公（gōng）裏功耗是（shì）多少呢？

經過簡單計算，Mirai每百公裏的能（néng）耗是39kWh。一個看上去（qù）還好的數據。但是為（wéi）了公平起見，我也想在追根溯源一下，氫氣（qì）到底是從哪來的。

氫氣的（de）來源很關鍵（jiàn）

氫氣來源是多種多樣的，但是綜合來看，為了不讓事情（qíng）太複雜，我們隻看看最常用的（de）兩種獲取氫氣的方式，天然（rán）氣裂解和水電解（jiě）。根據《Clean urban transport for Europe》一文中的描述，製取1公斤氫（qīng）氣，使用51吃瓜网製氫的能（néng）耗（hào）是52kWh，而使（shǐ）用電製氫的能耗是11kWh。

插一句，有些人可能會（huì）說我用（yòng）的數據過時了（le）。很多技術已經把電製氫的能耗降到了每公斤（jīn）5~6度電的水平了，這點我是承認的。因為我本人在2009年，就把製氫的能耗做到（dào）了每標方4.2kWh以下，折合（hé）每公斤約為5.3kWh，但是那個設備的成本確實太高了，廣泛推廣，還需（xū）要時間。既然提到了費用，我（wǒ）想（xiǎng）我要食言一下，大概說一下製氫的成本。天然（rán）氣裂解（jiě）獲取一公斤氫氣的成本大概在1.5~2元，水電解獲取一公斤氫氣的價格在3~4.5元。成本上（shàng）的優勢，使得51吃瓜网製氫仍然是主流。再多說（shuō）一（yī）句，氫氣的運輸（shū）成本一公斤大概在10~20塊錢，要變（biàn）成高壓氣體，另有成本，所以不是說把Mirai加滿5公斤（jīn）的氫（qīng）氣，有個20幾塊錢就足夠了。

燃料電池汽車節能嗎（ma）？不，一點也不！

趕緊轉回來說節能。有了以上數據，我們（men）對比一下（xià）不同汽車（chē）的實際能耗。

相比燃油汽車，燃料電池汽車並不是十分節能。不過要說明一（yī）下，燃料電池的能耗，是按照51吃瓜网製氫來計算的。可能有人要問，我什麽要把氣體來源的能耗也要計算在內（nèi）？首先，如此計算的靈（líng）感來自劍橋大學物（wù）理係教授David Mackay，我是從他那裏學到（dào）的。另外，有一點出於我個人的考（kǎo）慮，就是因為這裏麵有一個隱含的概念：一公斤的氫氣，所包含的能（néng）量是39kWh，但是要獲得1公斤氫氣，所需要的能量是52kWh。假設燃料電池的效率是40%，那麽一公斤氫氣所能釋放的能量隻有16kWh。所以，用（yòng）燃料電池是一件多麽費力不討好的事情啊。我想起梅裏克（kè）·戈德海文的一句話：“對於兒童（tóng）作家來說，氫動力（lì）汽車是“零（líng）排放”，可惜這騙不了氣候。”

如何取（qǔ）得（dé）氫氣（qì），一直是一個很現實的問（wèn）題。綜上所述，取得氫氣（qì）的真相，實際上是（shì）靠消耗更多的（de）能源（yuán）來換取的。除此之外（wài），您是否（fǒu）還記得上（shàng）麵談（tán）到了一個細節，就（jiù）是生產一公斤氫氣的成本隻要兩三塊錢，但是儲運則需要好幾倍（bèi）的成本。這說明氫氣（qì）在儲（chǔ）存和運輸的過程中，都（dōu）是不（bú）太容易的過程。不是儲存和運輸過程中太耗（hào）能，或（huò）者效率太低，就是有安全隱（yǐn）患（huàn），讓人憂心忡忡。

氫燃料電池汽車是否一（yī）文不值？可再生能（néng）源是關（guān）鍵！

我之前寫過一篇文章（zhāng）《鋰電池雖好，我更看（kàn）好燃料電池，哪怕還（hái）要等上（shàng）40年》，對於這種燃料（liào）電池（chí）技術，我是長期看好，短期可行性（xìng）不大。

對（duì）於燃料電池（chí）的研究，早在十九實際上半葉就開始了。曆時（shí）近兩個世紀的研究，技術發展依然緩慢，可見這（zhè）種技術的難度。

不（bú）談技術本身，咱們還是從節（jiē）能角度來看。前文所述，燃（rán）料電池汽車節能與否，氫氣的來源是關鍵。如果產生氫氣的能耗更低，更加劃算，也許燃料電池汽車就（jiù）會變成一款節能的產品。比如可以利用太陽能去產氫。

有人會有誤區，說太（tài）陽能也好（hǎo），風能也好，這（zhè）些都（dōu）是使用化石能源建造的。但是這些新能源發電設備，如果正常使（shǐ）用，產生的能量要比消（xiāo）耗的能量大得多。比如在北歐國（guó）家，安裝在屋頂壽命為20年的並網光伏係統能量產率為4，在太陽（yáng）能更豐富的國家，比如澳大（dà）利亞，能量產（chǎn）率則大於7。所謂能量產率，就是生命周期內產生的能（néng）量與製造時消耗能量的比值。壽命20年的風（fēng）力發電機，能量產率可以到達80。

所以我的觀點，和《第三次工業革命》作者傑裏米（mǐ）裏夫金先生（shēng）並不矛盾（dùn）。新能源和（hé）氫能均為未來能（néng）源結構（gòu）的五大支柱之一（yī），五大支柱必（bì）須同時存在，他們不但相輔相（xiàng）成，而且缺一不可。燃料電池（chí）需要太陽來解套（tào）。

日本為什麽熱衷於燃料電池？我猜是為了能（néng）源安全

日本為什麽要發展燃料電池（chí）汽車？有人說跟日本的地形有關，日本處於多山多丘陵的地帶，純電動車動力不（bú）足，也有人（rén）說（shuō）為了環（huán）保。我想原（yuán）因不會那麽（me）簡單。如果要我（wǒ）說，我想應該和日本的能源結構有關。

提到日本的能源，不（bú）知道大家會先想到什麽？可能中國老百姓（xìng），最先想到的會是福島核（hé）電站。一次事（shì）故，讓我家門口菠菜（cài）葉子（zǐ）裏，都檢測出了核汙染。在福島事故（gù）以前，日本是很熱衷（zhōng）發展核電的。因為可能核（hé）電更符合日本（běn）的國情。

那這和燃（rán）料電池（chí）有什麽關係呢（ne）？在國家層麵講，能源的（de）儲備，和能源安（ān）全息息相關。日本通過核（hé）反應堆，可以源源不斷獲得電能，這些電能，怎麽（me）樣儲（chǔ）備，是個問題。有人說（shuō），那何不用電池直接儲存起來，用的時候再放電，這樣豈不是更好。第一，用電池去儲能，電池有自放電（diàn），隻能短期（qī）存放，長期（qī）存（cún）放不可能。第二，電池能量密度低，一公斤鋰電池的儲能隻有（yǒu）100多瓦時。第三，電（diàn）池運（yùn）輸困難，有安全隱患。第四，電池使用受環境影響，比如高溫或（huò）者低溫。第五，電池需要定期維護，維護（hù）就是把電放了重新（xīn）充……我還能羅列更多的理由，總之，直接用電池（chí）儲存，受限太多。

氫氣就不一樣了，可以（yǐ）長期儲存，加壓（yā）後能量密度高，加氫也比充電或者換電方便的多，是非常適（shì）合日本島國的能源儲備形式。既然儲存了，總要使用，所（suǒ）以即使有美國（guó）的前車之鑒，日本仍在不遺餘力的發展燃（rán）料電池。燃料電池，有時候會覺得不太像個電池，更像個高能（néng）量（liàng）密度，高效的發（fā）電（diàn）機一樣。再深說（shuō）就是什麽軍轉民，民擁軍，就有點陰謀論了，OK，這個問題點到而止，我們還是正能量一點。

如果從民用角度講，其實日本有核電，核（hé）能製氫，是最有效（xiào）率氫氣生產方式之一（yī）。所謂核能製氫，就是（shì）用核能來（lái）燒（shāo）水（shuǐ），然後通過高（gāo）溫，使水轉化為氫氣。因此，日本是（shì）有可能低成本多的氫氣的，氫（qīng）氣也符（fú）合日本的能源戰略。所以沒必要驚（jīng）呼日本現在的氫氣是否來自於電解水。隻有有合理的氫氣來源，在日本島國小範（fàn）圍內，燃料電池汽車也可能會（huì）有很好的發展。

多說幾句

截稿時聽（tīng）到兩個消息，一個是豐田開始做（zuò）純電動汽（qì）車了(不知道開頭提到的那位副總作何感想)，另（lìng）一個是豐田打算將燃（rán）料電池汽車引入中國了，不知真（zhēn）假。我所理解的新能源技術本質，隻是對已知能源形式更合理的利用罷了。一個（gè）地區，有什麽樣的能源，就要順理（lǐ）成章的發展什麽（me）樣的技術。所以，沒（méi）有一種技（jì）術形式，放之四海而皆準。先有能源，還是先（xiān）有技術，並（bìng）不是先有雞還是先有蛋的死循環（huán）。因為縱觀人類（lèi）簡史（shǐ），都是先有能源，再有利用。人們先發現了汽油，後發明了汽車（chē）。所以有時候靠下遊去帶動上遊，實際（jì）上是很困難的。站（zhàn）在這個角（jiǎo）度上，去討論燃料電池汽車是（shì）否會有希（xī）望，可能會得（dé）到不同（tóng）的（de）答案（àn）吧。