圖片來源@視覺中國
文 | 智行駕道
冬奧會上，硬核體育愛好者關注賽果，小孩和超齡少女們萌冰墩墩雪容融，吃瓜羣眾視谷愛凌、任子威和蘇翊鳴為新一任愛豆，對科技愛好者而言，這場冬奧會就是一場科技盛宴。
由1.2萬塊寶石藍色的光伏發電玻璃拼接而成的國家速滑館 “冰絲帶”曲面玻璃幕牆，實時捕捉，裸眼3D，計算機動畫（CG），增強現實……五花八門的新技術應用，新鮮和熱鬧程度不比一場正兒八經秀肌肉的科技展會低。
新技術讓人目不暇接，其中最吸引車圈關注的是藏在冬奧會裏悄悄進行的“世紀暗戰”。
據北京官方報道，本屆冬奧會上，運行着超過3000輛氫能源汽車，其中豐田佔了三分之二，近三分之一是國產氫能源汽車，配備30多個加氫站，堪稱全球最大的一次燃料電池汽車示範大比拼。
這場“世紀暗戰”中，一邊是豐田柯斯達氫擎和我國億華通在商用車的你來我往，另外一邊是用上雷克薩斯LS/LC的GA-L後驅平台的豐田MIRAI2的一枝獨秀。看着這些氫能源車型真實地跑着，比靜態演示為主的各車展刺激多了。
在冬奧會之前，主機廠已經在中國內地快速發展的新能源汽車市場中有所動作。2021年12月24日，現代汽車氫燃料電池車NEXO中國版在廣州迎來國內開放道路首試。
對比一次加滿續航可達850km的豐田MIRAI2，現代NEXO可達596公里的續航里程不算太亮眼，但這兩款車型共同擁有的“5分鐘即可充滿氫燃料”的特性，對比現階段使用動力電池為主的新能源汽車，補能效率的確令人心動。
光憑“充能五分鐘行6百公里”這一點，氫燃料汽車理論上會得到消費者認可。可為什麼它到現在仍然沒有被大規模推廣？這究竟遇到了什麼問題？
01 什麼是燃料電池要回答這些問題，我們先聊點硬核的化學內容，瞭解什麼是燃料電池？
現在提起燃料電池，一般是指氫燃料電池。説到這裏，估計沉睡在大家腦海裏多年的初中化學知識就要動起來。沒錯，氫燃料電池就是基於氫氣和氧氣/其他氧化劑進行氧化還原反應而製作的發電裝置，目的是把化學能轉換成電能。
現階段主流的燃料電池有兩種，一種是固體氧化物燃料電池（SOFC），一種是質子交換膜燃料電池（PEMFC）。無論商用還是乘用，只要是車用，用的都是PEMFC，而SOFC更多被使用在航天器上。
為什麼會有這樣的區別？這就得了解PEMFC的優勢了。對比SOFC，PEMFC的通常運作温度在 50℃ 至 100℃，以高分子質子交換膜為傳導媒介，發電過程無需加壓或減壓，也不使用任何化學液體。
通俗對氫燃料的理解就是，其結構簡單，發電過程安全，還無污染。對比動力電池充能工作過程中仍然會造成損耗，容易增加碳排放量的情況，氫燃料電池的優勢相當明顯。
02 廠商早已扎堆競爭原理簡單，碳排放少的的氫能源電池，在不經優化的情況下，能量效率已經達到40%-60%，輕鬆超越現階段主流的內燃機和動力電池，這樣的香餑餑，汽車廠商為什麼會不重視呢？
其實不然，自1991年羅傑‧比林期發展出世界首個用於汽車的氫燃料電池以來，已經陸續有廠商投入到汽車用氫燃料電池的研發和量產。
後面的故事發展行業大家就熟悉了：豐田是較早投入到氫能源電池的汽車廠商，上世紀90年代初，豐田汽車就啓動了FCV（Fuel Cell Vehicle，燃料電池汽車）的相關技術開發。一晃20年，豐田終於在2015年4月正式上市了首款氫燃料電池轎車MIRAI。憑藉先發的技術積澱，以及從MIRAI開始轉入的正式量產，豐田“多年媳婦熬成婆”地確立了自己在現階段氫燃料電池汽車的“一哥”地位。
當然，其他廠商也是緊追其後。除了文章開頭提到的現代，寶馬也從2013年就開始積極開展燃料電池技術的研發和產業化。有豐田這位“好基友”鼎力相助，寶馬在2019年法蘭克福車展上就發佈了旗下氫燃料電池概念車BMW i Hydrogen NEXT。在今年，寶馬也將會發布氫燃料電池版本的X5 SUV，這算是氫燃料電池商用的重要一步，決定着後面的發展情況。
回到國內，雖然我國對氫燃料電池商用化的研發較晚，但中國速度再一次發揮了作用。以文章開頭提到的億華通為例，該公司成立於2012年，2016年開始量產，曾參與我國多項國家級燃料電池研發項目，特別是共同開發燃料電池客車早期原型。
產自億華通旗下子公司聚興華通的氫燃料電池客車，在冬奧會前的超低温冷啓動測試中，就達成了在-30℃的環境下放置超過8小時後，用時116秒便成功啓動的成績。處於憑藉新能源汽車異軍突起的大背景中，億華通的崛起代表着在中國政策推動下的企業競爭。
除了億華通，佛山飛馳也是我國燃料電池汽車產業發展的一支重要力量。2015年，佛山飛馳成功研製出國內首批量產的氫燃料電池城市客車，並在隨後陸續在佛山境內的公交路線上投放使用。隨後，佛山飛馳投入到氫燃料電池牽引車/貨車的研發，並逐步取得成果，即將推向市場。
對比他國車企，我國車企的氫燃料電池商用化，更多是以商用車市場為發展方向。這也許是揚長避短，目前商用車市場更容易得到國家支持，從而加快研發節奏以跟上世界水平，保持一線的競爭。雖然發展的路線和程度各不相同，但國內外多家車企前仆後繼投入到氫燃料電池的開發和應用，一定程度上顯示了行業對氫燃料電池的美好前景，只不過回到現實生活中，依舊困難重重，痛點多多。
03 氫能之痛，誰能解決？硬幣有兩面，把氫燃料電池的美好前景翻過來看，也是有一系列的問題。
首先我們來看燃料來源這塊，常用的制氫方法有各種礦物燃料制氫、電解水制氫、生物質制氫、其他合氫物質制氫、各種化工過程副產氫氣的回收等。
經過十餘年的長足發展，我國氫氣年產量已逾千萬噸規模，位居世界第一大產氫國。不僅基本實現國產化，而且大量向國外出口。然而，氫氣佔我國終端能源總量份額僅2.7％，即使有政策扶持，至2050年氫氣需求量在終端能源體系中佔比才有望達10％。
同時，我國製備氫氣的主要方式仍然以化石燃料制氫為主。雖然工業副產氫和電解水制氫仍有很大的發展空間，然而換個説法就是氫能源還未能有效降低成本。氫能源的想象空間足夠大，但現實暫時還是骨感。怪不得在“寧王”股價波動的時候，氫能源相關個股都未能接過的大旗，繼續帶領着新能源板塊高歌猛進。
不僅製備，氫能源的運輸也制約着商用化規模的擴大。目前主要的氫能運輸手段有三種:高壓氣氫、低温液氫、管道輸氫。究竟哪個是主流，我們只要再次喚醒初中化學知識就知道答案：氫氣的化學性質較為活躍，要實現低温液氫和管道輸氫，難度肯定是更高的。因此，短時間內，高壓氣氫成為主流的運輸方式。
高壓氣氫運輸，單次載量的確不高，40噸重的長管拖車大約只能運輸400kg的氫氣。而主流的氫能源客車，搭載的都是35兆帕氫氣儲氫瓶。1兆帕約等於10kg，這樣一換算，卡脖子的不是產氫，更像是運氫。
剛過去的2021年12月3日，國家工信部發布的《“十四五”工業綠色發展規劃》已經提出，要實施工業領域碳達峯行動，加快氫能技術創新和基礎設施建設、推動氫能多元利用。進一步説，在已發佈規劃的13個省份中，至2025年共規劃加氫站1800座，產業規模近萬億，燃料電池車共八萬輛。顯然，這也會反過來推動運氫技術的發展。
對比政策可以驅動解決的氫氣製備和運輸問題，氫燃料電池的“內在不足”，其實更值得關注。讓我們回到車用氫燃料電池的結構：它是基於氫氣和氧氣/其他氧化劑進行氧化還原反應而製作的發電裝置。這個氧化劑究竟是什麼呢？其實就是鉑金一類的貴金屬。
一如其名，鉑金的單價不低，甚至比黃金還高，這在無形中拉高了氫燃料電池成本。同時，我國暫時只有大連化物所、貴研鉑業、武漢喜馬拉雅等企業小規模生產貴金屬催化劑，意味着國內暫時還是沒有足夠的產能應付大規模使用氫燃料電池，並且使用成本也不會低。
貴金屬催化劑不僅少，而且還會在實際使用過程中有所損耗，催化劑載體和電池內其他物質也會被催化劑腐蝕。從目前的市場收益來説，想要回收氫能源電池裏的貴金屬催化劑？這事兒比回收動力電池還虧本和吃力。
既然知道問題出在貴金屬催化劑上，那麼能不能以“尋求替代品”的方式來輕鬆解決？我們在撰稿的時候諮詢了氫能源的相關行業人士，得到的答覆是“如果真有這種玩意兒，其影響力並不亞於一次工業革命”。
前景如此美好，技術卻不能解決，只能發揮“鈔能力”幫幫忙了。據悉，國內企業正打算通過收購海外龍頭企業、與國際頂尖團隊合作研發等方式實現技術追趕。根據中國氫能聯盟預計，2035年我國氫燃料電池系統的生產成本將降至800元/kW，為當前的五分之一，2050年進一步降至300元/kW。目標是2035年，氫燃料電池汽車成本將具有與內燃機汽車同等的競爭力並基本接近國外先進水平。
路雖難行，仍披荊前往，是現在我國乃至全世界對氫燃料電池發展和應用的縮影。從制氫運氫到氫燃料電池的製備，國家和企業攜手合作，拼了命降低成本完善產業，只是為了把動力電池換成氫燃料電池嗎？
04 氫燃料電池不是終點2021年8月11日，工信部對“鼓勵發展零碳排放氫能發動機的建議”進行答覆，提出氫氣發動機是氫能在汽車上應用的重要技術路線之一，將積極配合相關部門制定氫能發展戰略，研究推動將氫氣內燃機納入其中予以支持。
將這條新聞結合《“十四五”工業綠色發展規劃》裏“推動氫能多元利用”這句話看，我們可以得到一個推斷：氫能源的使用方式並不重要，關鍵是要把氫能源用起來，氫能汽車其實其中的一環，並非全部。
在“碳中和”、“碳達標”、“保護生態環境”的全球大趨勢下，汽車耗能必然要從傳統的化石燃料，轉入污染更低的新能源。搭載動力電池的新能源汽車被消費者接受，算是開了個好頭。然而動力電池充能和工作過程中造成的損耗，增加的碳排放量，還是需要時間解決。
一邊優化現有動力電池的製造、使用和回收，一邊探索新能源的多元化使用，這已經不是車企們為了賣車才去做的事情。不誇張地説，無論車企還是國家，誰在氫能應用上先拔頭籌，花樣玩得多且玩得好，誰將更有機會主導未來出行方式的發展。
不得不説，先行者的確會有一定的優勢。已經在氫燃料電池汽車產業初有成效的豐田，最近幾年在氫內燃機上頻頻發功。豐田通過技術手段讓自家發動機產品支持使用氫燃料，搭載氫內燃機的卡羅拉氫能賽車順利完成耐力賽，還聯手雅馬哈搞出V8結構的氫內燃機，已經讓不少堅守內燃機的消費者心動不已。
除豐田之外，全球最大的獨立發動機製造商康明斯（Cummins）也加入到氫內燃機的研發中。康明斯這個名字，關注乘用車的朋友可能不熟悉，但它在商用車的世界裏，卻是王者的存在——有這樣一個説法，“只要有卡車的國家，就有康明斯柴油引擎”。
康明斯除了擅長製造柴油發動機，還是天然氣、混合動力等多元動力系統的先行者，在內燃機領域累積了豐富經驗。這些經驗無疑為氫內燃機研發奠定了堅實基礎，有能力成為氫內燃機的領軍力量。
行業頭部玩家的加入讓氫燃料的開發大大加快了，跨界帶來的不同玩法，對氫能的多元化了實際性的推動，氫能源的終局不在汽車，而在社會能源方式的變革。
05 智行觀按照這樣的發展態勢看，我們也許可以設想這樣的未來：氫燃料電池將會取代動力電池，將乘用車和商用車推入新的紀元；氫內燃機將接過化石燃料內燃機的位置，成為性能車愛好者和大功率設備的新寵。要是事情真這樣發展，那估計基本能落得環保與熱血兼得的皆大歡喜。
雖然氫能源的使用還屬於小試牛刀的階段，氫能源的未來也不一定就如我們的想象，但氫能源使用方式的探索，仍在進行之中。慶幸車企和國家走出了這一步，讓未來有可能發生，哪怕到達氫能源初步普及的階段，已是“有生之年”系列。