日本要把自己建成电动车的国家,马斯克却说他们是傻瓜

董车会

2017-04-27 09:42

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20 年之前,丰田用寓意“超前”的 Prius 给自己首款混合动力轿车命名,写好了环保汽车史的开篇序章;20年后,丰田再度用寓意“未来”的 Mirai 给自己首款燃料电池(Fuel Cell)汽车命名,这会带来新能源汽车的又一场革命吗?

日益壮大的 Prius 家族已经成为环保汽车的一面旗帜

日本是全球首个明确推进燃料电池汽车应用的国家,日本经济产业省(METI)早在 2013 年就为燃料电池汽车产业制定了《氢燃料电池车普及策略》,并在 2016 年再度上调了发展预期。按照这份激进的计划,日本将在 2020 年东京奥运会之际拥有 4 万台燃料电池汽车,2025 年达到 25 万台,而终极目标是在 2030 年达到 80 万台的保有量。

而与之对比鲜明的是,日本国内现在只有丰田和本田两家拿出了商业化的燃料电池汽车产品,且每家只有一款可选。

本田的 Clarity,是日本国内能买到的另一款燃料电池汽车

我们不仅是大自然的搬运工,我们还生产水

“燃料电池”是一个人人听过却无人能解释清楚的玄学名词。需要强调的是,这里的“燃料”与“燃烧”没有任何关系,燃料电池可以将燃料中的化学能直接生成为电能,与传统电池类似“蓄水池”般储存电能相比,燃料电池是一台可以发电的“造水机”。

当前燃料电池汽车广泛采用的是氢-氧燃料电池,学过高中化学的我们都知道水的化学方程式是 H₂O,而氢氧燃料电池产生作用的过程就是水被电离分解的相反过程。电池内部可以简单分为正极和负极,正负极之间为电解质结构。

 

工作流程中,燃料罐中的氢气会被引入燃料电池的负极,氢气在此被分解为氢离子和电子,氢离子融入电解质当中,行驶中的空气会被导入正极,其中的氧离子遇到之前融入电解质之中的氢离子合成为水,而电子则在从负极流向正极的过程中形成电流,驱动车辆前行。

“唯一排放给环境的是水”是所有燃料电池汽车必备的宣传语,再加上氢为地球上含量最高的元素且氢气为可再生能源,这都让燃料电池汽车具备了极高的环保特性。

图片来自:丰田 Miria 广告

同时,燃料电池汽车也顺道拿来了燃油车的几大优点:首先是添加燃料速度极快,一般 3 分钟左右即可完成加气的过程;其次是燃料电池汽车的续航极为理想,目前量产车加一次气可以达到近 700 公里的总里程;再次,氢气罐的体积可控,与蓄电池汽车想要增加电池容量基本就要占用更多空间不同,燃料电池更适合卡车、皮卡等货用车辆。最后,燃料电池汽车在燃料衰减,易维护程度方面也直逼燃油汽车,在生命结束周期结束之后也无需像锂电池一样进行回收处理。

马斯克:这不是燃料电池,这是傻子电池

然而,看起来很美很环保的燃料电池汽车,却遭到了电动车旗手,特斯拉 CEO 马斯克的当头棒喝,在接受汽车媒体 Automotive News 采访时,马斯克在镜头前公然宣称燃料电池汽车非常傻(Extremely Silly),电动车阵营同室操戈,究竟为何?

图片来自:YouTube

燃料电池的“燃料”是氢气,但氢气并不是一个可以从自然界直接获取到的产物。从生成氢气到灌注在车里,消耗能源造成污染的环节还有三个。一是制造氢气,二是压缩氢气,三是运输氢气,在现有技术条件下,这三个步骤的能源利用率都不高。

以最重要的生成氢气来说,电解水和甲烷制氢是业界主流的两种做法。电解水生成氢气的能源转化率只有 25% 左右,虽然已经有厂商试图采用太阳能发电的方式来电解水,但是用电能电解水生成氢气,再用氢气发电的方式多少有点曲折。甲烷制氢的效率略高,而代价是会生成有毒的一氧化碳,如果采用燃烧的方式去除一氧化碳,又回得到更多的二氧化碳,都有些得不偿失。

美国加州大学欧文分校(University of California, Irvine)APEP 研究小组(Advanced Power and Energy Program)的研究结果显示,现有技术条件下,传统充电式电动车是要比燃料电池汽车更节省能源的。

 

图片来自:加州大学欧文分校 APEP 研究小组研究报告

 鸡不便宜,蛋也挺贵

几乎每一个在北京购买新能源车的人都会发愁在哪充电的问题,而这个问题在燃料电池汽车上尤甚,毕竟燃料电池汽车需要的加氢站在当今世界可是个稀有物种。

对于城市的基础建设而言,加氢站和燃料电池汽车之间的关系就是鸡与蛋之间的关系,没有足够的车辆保有量,政府和商家看不到投资加氢站的获利空间,反过来,没有便利的加氢网络,私人车主也很难下定购买燃料电池汽车的决心。

由于氢气本身易燃,再加上要用高压液态的方式存储,使得加氢站所用的储氢罐和管路都必须采用高价材料搭建,单体成本远高于特斯拉的超级充电站。

在丰田给予车主的加氢站地图站点上我们可以看到,美国境内的全部加氢站都集中在以加州为主的西海岸周边,车主想要横跨东西海岸进行长途旅行尚且还是不可能完成的任务。参照特斯拉在完成美国主干线的充电网络之后取得的井喷式销量增长,当前燃料电池汽车要走的路道阻且长。

图片来自:丰田美国官网

另一方面,产能过小导致的成本偏高也在燃料电池汽车本身上重演,丰田 Mirai 在丰田元町工厂的日产量只有 10 辆,运输到美国之后的总车售价达到了近 6 万美元,而这一价位在传统燃油车中已经可以买到高配的豪华品牌车辆了。如同当年的 Prius 和新能源车在中国生根发芽的过程一样,政府补贴是促进普及的重要举措,也会成为行业能否崛起的胜负手。

钱不是问题,技术是

对于任何一项意图挑战现有市场秩序的产物来说,只谈成本未免有点眼界过小。回到篇首的问题,日本大力推广燃料电池汽车除了为东京奥运形象宣传助力以及岛内能源匮乏使得传统电池不易普及外,更重要的还是看重燃料电池汽车更优秀的用户体验,传统燃油车的维护使用方式加上普通电动车的行动平稳性,从任何角度来说都是购车者的良好选择。在销量增长之后,成本的下降也必然可期。

而同传统燃油车一致,核心技术上的困扰才是燃料电池汽车普及的最大障碍,造氢、储能、电池核心元件、储氢罐稀缺材料等多方面的问题都需要物理、化学、工程等多个基础领域的跨域是发展才能缓解,如同特斯拉电池密度的问题一样,成为未来几年的长期桎梏。而一旦这些领域取得突破,燃料电池汽车一定会在主流舞台大放异彩,毕竟,跟着优秀的用户体验走永不会错。

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