氢能：对绿色出行的未来至关重要？

迪拜，阿联酋

十月 30 , 2023

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氢是真正的关键元素：资源丰富、清洁高效、用途广泛。随着全球气候挑战日益紧迫，氢能是否已蓄势待发，成为真正可持续的移动出行解决方案？

阅读全球头条新闻时，人们可能会认为，我们移动出行的未来仅仅是由纯电动汽车 (BEV) 推动的。不过深入研究一番后，您很快便会发现，氢燃料电池电动汽车 (FCEV) 的销量也在飙升。

国际能源署 (IEA)《2023 年全球电动汽车展望》报道，2022 年燃料电池电动汽车 (FCEV) 总数激增了 40%，超过 7.2 万辆。[1]

如果越来越多这样的汽车上路，我们可以更好地了解这项技术，从中获益良多。那么，我们如何界定燃料电池电动汽车 (FCEV)？它们会如何减少对环境的危害？

氢能引擎一举成功

燃料电池电动汽车 (FCEV) 从氢动力燃料电池产生电力，这种电池是一种由单个膜电极构成的组件，利用储罐中的氢气以及氧气来产生电力。

电机从燃料电池和附加的蓄电池包中汲取功率，此功率的大小决定车辆的功率。高压蓄电池可存储从再生制动回收的能量，并在加速等耗费能源的操作期间，为电机提供额外动力。

相比纯电动汽车，氢燃料电池电动汽车存储的电量和因此获得的车辆续航里程，取决于燃油箱大小而不是电池容量。

氢燃料有多清洁？从氢的颜色命名中可以略知一二。

传统氢气被称为“灰氢”，这是因为它通过煤气化或蒸汽甲烷重整 (SMR) 过程，从甲烷或煤中制取，因此会产生碳足迹。“蓝氢”的来源相似，但相关的碳捕获技术效率为 85%-95%。“绿氢”是通过可再生电力驱动的电解工艺产生的，因此被视为是真正可持续的替代品。[2]

虽然氢气生产的主要来源目前仍然是天然气，但对绿氢的投资正在增加。由于氢气产量的攀升以及技术价格的下降，国际能源署 (IEA) 预测，到 2030 年绿氢的成本将下降 30%。[3]

氢能在全球出现增长势头

韩国是氢能移动出行的最有力支持者之一。

这个亚洲国家拥有全球一半以上的燃料电池电动汽车 (FCEV) 乘用车，占 2022 年推出的 15,000 辆新车的三分之二。

该国的政策制定者将氢能视为经济和就业增长的重要催化剂，并已确保从中东和东南亚进口氢气，以此来实现这一愿景。

韩国的目标是到 2030 年，力争“在氢能产业居于世界第一”，这要得益于包括氢能汽车、发电厂和货船在内的三管齐下战略。[4]

美国正在巩固其作为全球第二大氢气市场的地位。2022 年燃料电池电动汽车 (FCEV) 数量猛增了 20% 以上，氢燃料汽车和氢燃料电池客车共有 15,000 辆。中国位居第三，但赶超迅速，去年燃料电池电动汽车 (FCEV) 车队的扩展速度达到了 60%，创下历史新高。

但在重型车辆方面，情况略有不同。中国拥有全球 95% 的氢能卡车以及全球约 85% 的氢燃料电池客车。其目标是在十年中期达到百万辆氢能车的里程碑。[5]

氢能转型背后的经济效益说明了一切，预计到 21 世纪 30 年代初，全球氢能车市场将达到 630 亿美元。[6]随着基础技术的不断发展以及越来越多的大牌开发商的加入，氢能在净零排放运输系统中的作用只会增强。国际能源署 (IEA) 预测，到 2050 年，氢气需求量将增加六倍，从 9,400 万吨增加到 5.3 亿吨，从而实现净零排放。[7]

新技术助力增强人们对氢的信心

近年来，氢燃料日益普及，一系列新的氢燃料车型利用这一优势，提高了技术水平，使燃料电池电动汽车 (FCEV) 的大规模采用具有可行性。有迹象表明，市场对电动汽车的热情正在减弱，这些车型能否推动燃料电池电动汽车 (FCEV) 成为主流？

作为安利捷近 70 年的合作伙伴，丰田是氢能移动出行领域的全球开拓者。

2023 年 4 月，丰田董事长丰田章男 (Akio Toyoda) 推出丰田皇冠全新系列，包括氢燃料电池和插电式混合动力总成，以及多种车身款式。

丰田皇冠轿车燃料电池电动汽车 (FCEV) 于 2023 年全新推出，融合了多种令人瞩目的元素：行政风格、流畅的车身轮廓和升高的座舱。皇冠可谓与丰田旗舰燃料电池电动汽车 (FCEV) Mirai 并驾齐驱。Mirai 于 2014 年推出，到 2022 年底销量已超过 20,000 辆。

在其他地方，高端品牌正兴致勃勃地在氢能车市场推出 SUV 车型。

本田和通用汽车合作开发的混合氢动力 CR-V 将于 2024 年推出，而现代公司的高规格 NEXO（从 0 加速到 100 公里/小时只需 9.2 秒，最高速度 179 公里/小时）自 2019 年以来一直忙于变换组件。

与此同时，雷诺正准备展示氢能的真正潜力，SUV 跨界车的排放量比普通的纯电动汽车少 75%。雷诺 Scenic E-Tech 定于 2024 年投产，搭载 15 千瓦氢燃料电池作为增程器，可以将行驶距离延长至 800 公里，这远远超过了任何大众市场电动汽车所能达到的里程。

宝马的 iX5 概念车同样依靠氢气，该款车由丰田燃料电池驱动。第一批 iX5 车辆已于今年早些时候首次上路试驾和演示。

运输业也开始意识到氢的潜力。氢能车辆易于维护，加氢快，拥有令人羡慕的长续航能力，似乎是为重型和长途作业量身打造的。

对于 24,000 多磅的载货和 180 多英里的行程来说，氢能车辆尤为经济实惠。事实上，它们是 600 英里以上货运唯一可选的零排放车型。现代公司的 Xcient 加一次氢可以行驶 800 多公里，这与丰田 Mirai 的续航里程旗鼓相当。Xcient 一次充满氢燃料只需 8 分钟，在韩国、新西兰以及包括瑞士在内的几个欧洲市场都取得了巨大成功，并且即将在美国推出。

在小型货运市场，雷诺与燃料电池制造商 Plug Power 合作开发了 Hyvia，这是一款续航里程达 500 公里的氢动力货车。该车还有城市公交车版，这证明了氢作为公共交通工具的有效驱动动力。

氢动力公共交通

公共交通行业开始引起人们的关注。虽然 2022 年全球仅售出 4,000 辆燃料电池电动汽车 (FCEV) 客车，但到 2037 年，预计这一数字将超过 650,000 辆，而中国和亚太地区的其他国家起了带头作用。^[8]韩国的目标是到 2026 年让 2,000 辆新型氢能公交车上路，欧盟 (EU) 则宣布在这个十年结束时，所有新的城市公交车都采用氢动力或由电池驱动。该法令是其总体目标的一部分，即到 2040 年让所有新上路的卡车和客车减排 90%。

Fotowatio Renewable Ventures (FRV) 隶属于安利捷能源公司，在大力推广氢燃料公共交通解决方案方面发挥着关键作用。

在西班牙人口第四大省阿利坎特，FRV 的创新部门 FRV-X 正与 Vectalia 通力合作，开发首个大规模绿色氢动力公交运输系统[9]。该项目包括一个太阳能水解厂和加氢站，将为续航里程 400 公里的 80 辆公交车补充燃料，仅第一阶段就可以减少超过 75 吨的二氧化碳排放。

氢燃料电池出租车同样在欧洲各地推出，丰田占据了主导地位。

在巴黎，丰田正帮助该市实现宏伟目标，即到 2024 年，将燃料电池电动汽车 (FCEV) 车队从 100 多辆增加到至少 10,000 辆。在德国，作为为期两年的试点项目的一部分，丰田将为打车服务巨头 Uber 提供 200 辆燃料电池电动汽车 (FCEV)。而在西班牙，FRV 正与马德里专业出租车联合会合作，助力在 2026 年之前用绿色氢动力汽车取代至少 1,000 辆传统出租车[10]。这项 1 亿欧元的投资旨在于出租车行业实施“出租车即服务”(TaaS) 商业模式，让司机能够以有竞争力的成本使用氢动力汽车，其续航里程和燃料补充时间与传统汽车相似。

氢能出行全面起势的六个原因

那么，是什么促使人们对氢动力交通的兴趣高涨？

原因主要有六个：

环境无污染：氢能汽车排放的不是废气，而是丝毫无毒的水蒸气。考虑到全球 21% 的排放来自交通运输业，这一点意义重大。[11]氢气还是一种更高效的燃料，燃料电池电动汽车 (FCEV) 每千克燃料可行驶 60 英里，而燃油车每加仑汽油只能行驶 25 英里。[12]
引领环保升级：氢气可以从各种清洁能源（包括风能和太阳能）获得。多余的电力可以在非高峰时段存储起来，使需求低迷期间过剩的可再生能源在日后有用武之地。
实用性和便利性：与纯电动汽车不同，在长途旅行前，人们不会再因为续航里程问题而辗转难眠。燃料电池电动汽车 (FCEV) 依靠一个燃料箱即可行驶数百英里，而加氢所需的时间也不比给传统汽车加油花费的时间长。
降低能源风险：随着天然气价格波动，再加上传统天然气来源面临政治上的不确定性，氢能正待填补行业空白。
创新：研究人员正在努力进一步提高氢燃料电池的效率、耐用性和成本效益。美国能源部 (DOE) 的目标是实现每 1 千克氢气续航 100 英里的燃油效率。[13]
立法支持：公共部门愈加支持氢技术的发展。全世界各国政府开始认识到氢在对抗全球变暖方面的巨大潜力。在美国，《2022 年通胀削减法案》向清洁制氢设施推行 10 年生产税优惠 (PTC)，并将税收抵免扩展到氢燃料车。在中国，利用可再生能源生产氢气并建立全面的氢能产业，是中国第四个五年计划（2021-2025 年）的重要组成部分。英国已经在伦敦和伦敦以外地区部署氢动力客车，官方的氢战略目标是到 2030 年实现 10 吉瓦的低碳氢产能。欧盟已承诺在所有主要城市和核心路线沿线每 200 公里设立一个加氢站。[14]日本也制定了自己的战略路线图，目标是在这个十年结束时共有 800,000 辆燃料电池车、1,200 辆燃料电池客车和 10,000 辆燃料电池叉车。[15]

利益相关方团结一致，共同打造氢燃料的未来

不过，创造一个更清洁、更绿色的氢驱动的未来，需要世界各地各社会阶层的共同努力。

氢能委员会就是这样一个倡议，这是一个由汽车企业、能源公司和投资者组成的国际机构，致力于通过合作实现氢能经济的共同愿景，而燃料电池电动汽车 (FCEV) 是其中一个关键要素。正如委员会所声明的：“没有清洁的氢气，就没有气候解决方案。没有行动，就没有清洁的氢气。” 委员会预计，到 2050 年，全球将建立一个由管道和长途运输渠道组成的网络，用于交易和运输全球 60% 的氢气供应。^[16]

通用汽车和本田合作开发了汽车和卡车用的“下一代”氢燃料电池系统。生产商们计划在今年投入生产，希望到 2030 年每年销售达到 60,000 套。该合作伙伴关系建立在他们早期在电动 SUV 锂电池技术方面的合作之上。

丰田和宝马也不甘落后，此前在宝马 X5 SUV 的基础上开发了 iX5 Hydrogen，从而结成了类似的联盟来生产新型燃料电池电动汽车 (FCEV)，首款车型定于 2025 年下线。

未来几十年内，道路上行驶的氢能车辆数量将急剧增加，这一点是毋庸置疑的。然而，如果不付出相应的努力来发展足够的配套基础设施，这一切都将是徒劳。

氢能如何将挑战转化为机遇

基础设施，或者更确切地说缺少基础设施，是氢能广泛采用所面临的主要障碍之一。目前，英国只有三个氢能车公共加氢站[17]，整个欧洲只有大约 170 个，能够根据所建议的汽车压力来供应氢气。美国的情况稍好一点，有 59 个燃料电池电动汽车 (FCEV) 汽车加氢站，几乎全部都在加利福尼亚州[18]。阿联酋目前在马斯达尔城有一个加氢站[19]。

从好的方面来看，随着氢能汽车越来越受欢迎，这些数字只会上升。实际上，与电动汽车充电站相比，加氢站的安装成本要低些，因为氢能汽车不需要进行电网升级。这一商业价值肯定比燃料电池电动汽车 (FCEV) 加氢站更具吸引力，据报道，中型加氢站（产能 500 千克/天）的利用率仅为 55% 的情况下，即达到了营亏平衡。[20]

然而，道路上燃料电池电动汽车 (FCEV) 不断增多可能会给纯电动汽车带来一些类似问题。如许多人所期望的那样，如果质子交换膜 (PEM) 电解槽成为产生绿色氢气的首选技术[21]，我们很快就会遇到缺少它们所依赖的稀土矿物这一问题。

具体来说，PEM 中的阳极依赖铱。铱在地壳中的含量仅占 0.00000003%，只是作为其他采矿活动的副产品出现，从经济上来说，无法提高产量。到 2030 年，铱的需求量可能会超过铱供应量数倍。[22]

新兴技术可能会带来一些办法。生产氢气的 E-TAC（电化学-热活化化学）方法使用镍而不是铱阳极。它也不需要膜来将氢气与氧气分离，从而有可能使成本降至具有竞争优势的每千克 1 美元。

不过，镍最终可能也会面临供应危机，因为电动汽车电池制造商也对镍有需求。因此，另一个解决方案整装待发：固体氧化物电解池 (SOEC)，其镍的材料需求相对较低，目前为每兆瓦 150-200 千克。

SOEC 自身也存在不足，需要恒定的电源才能运行，目前仍处于试探性试验阶段。

PEM 最终应该主导绿氢生产吗？业界如何解决铱这一难题？全球都在努力，但韩国的一个研究小组引起了特别关注，该小组计划在不影响耐久性的情况下大幅降低 PEM 的铱含量。他们将把铱换成氮化铁电极，电极涂有 25 纳米的超薄铱涂层，足以保持性能和提供保护。该技术仅消耗 PEM 当前所需铱数量的 10%，提高了经济效率。[23]

每当通往氢动力未来的路上出现障碍时，创新者和投资者就会不断地提出潜在的解决方案。在私营部门，安利捷也参与了这段旅程。除了在西班牙开展的两个开创性的 FRV 和 FRV-X 氢能交通项目外，安利捷沙特阿拉伯汽车公司还赞助了 ROOKIE Racing 车队，该车队为丰田汽车公司董事长丰田章男所拥有；丰田汽车公司计划部署碳中性燃料汽车征战 2023 年“超级耐久系列赛”(Super Taikyu Series)。

2023 年 5 月，丰田的液氢动力汽车证明了这种燃料的高速潜力，成为第一款完成 NAPAC 富士 SUPER TEC 24 小时耐力赛的车型。

ROOKIE Racing 车队在小山町的富士赛道上跑了 358 圈，相当于 1,600 多公里，这向界业和车迷证明了环保意识和“赛车精神”可以齐头并进。

氢能的未来发展前景

降低氢能移动出行的成本，最终将让这项技术惠及所有人。目前，氢能汽车仅占移动出行市场的一小部分，路上的燃料电池电动汽车 (FCEV) 车辆总数达到 72,000 辆，而每年销售的纯电动汽车为 1,400 万辆。[24]

不过，专家们确认了未来十年的一些趋势，这些趋势将改变氢能汽车的命运：

更有力的政府支持
日益成熟的加氢基础设施
进一步的技术突破
供应链更加多元化

所有这些都将推动向更清洁交通工具燃料的转变。到 2030 年，欧洲每天行驶 500 公里的重型氢燃料电池卡车的估计总拥有成本 (TCO) 将降至每公里 1.02 欧元，这与纯电动汽车相当，至关重要的是，其成本甚至比柴油动力的同等卡车便宜 1.13欧元。[25] 随着化石燃料汽车失去公众的同情，并逐渐被立法载入史册，燃料电池电动汽车 (FCEV) 可能会占据移动出行市场的相当大份额。系好安全带，享受驾乘乐趣。

[1] https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2023

[2] https://www.weforum.org/agenda/2021/07/clean-energy-green-hydrogen/

^[3]https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen

[4] https://www.hydrogeninsight.com/policy/south-korea-to-boost-hydrogen-vehicles-power-plants-and-cargo-ships-as-it-aims-to-become-global-leader-in-h2/2-1-1351988

[5] https://www.euronews.com/next/2022/10/08/at-a-fork-in-the-road-do-hydrogen-cars-offer-a-better-future-than-electric

[6] https://www.polarismarketresearch.com/industry-analysis/hydrogen-fuel-cell-vehicle-market

[7] https://iea.blob.core.windows.net/assets/deebef5d-0c34-4539-9d0c-10b13d840027/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector_CORR.pdf

[8] https://www.prnewswire.com/news-releases/over-650-thousand-hydrogen-fuel-cell-buses-to-be-sold-by-2037-says-information-trends-301760555.html

[9] https://frv.com/en/frv-y-vectalia-se-alian-para-un-transporte-urbano-sostenible-impulsado-por-hidrogeno-verde/

[10] https://frv.com/en/frv-contribuye-a-la-descarbonizacion-de-la-movilidad-publica-a-traves-del-hidrogeno-verde/

[11] https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050

[12] https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/hydrogens-role-transportation