他們緣何執(zhí)著發(fā)展氫能
時(shí)間:2023-03-21 08:57來(lái)源:幫寧工作室 作者:楊玉科
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盡管氫能一直被視為綠色交通下一個(gè)重大風(fēng)口，但就目前來(lái)看，它似乎錯(cuò)失成為輕型汽車主要燃料的良機(jī)。
純電動(dòng)汽車已經(jīng)成為大多數(shù)美國(guó)消費(fèi)者的綠色汽車首選。比如特斯拉，去年僅加州就銷售近18.7萬(wàn)輛，占據(jù)該州市場(chǎng)份額僅次于豐田燃油車。而同期，豐田汽車在全美僅銷售2094輛Mirai氫燃料電池汽車。
目前市場(chǎng)上只有兩種氫燃料電池選擇——豐田Mirai和現(xiàn)代NEXO燃料電池。本田汽車從2024年開始銷售氫燃料電池CR-V，擬取代2021年停產(chǎn)氫燃料本田Clarity。
相比之下，今年將有超過(guò)50款電動(dòng)汽車上市或銷售。這種巨大反差，勢(shì)必影響氫燃料電池工程師招徠和資金投入。
波士頓咨詢公司（Boston）汽車研究董事總經(jīng)理布萊恩·科利（Brian Collie）認(rèn)為，燃料電池輕型汽車時(shí)機(jī)已過(guò)。“專注很重要，現(xiàn)實(shí)是，汽車制造商只能在資源有限的環(huán)境中運(yùn)營(yíng)。”他說(shuō)。
無(wú)論從何種維度觀察，氫能目前都完敗于電動(dòng)汽車。
其一，據(jù)標(biāo)普全球移動(dòng)（S&P）數(shù)據(jù)，自2013年1月至今，美國(guó)電動(dòng)乘用車注冊(cè)近230萬(wàn)輛，燃料電池輕型汽車只有1.5萬(wàn)輛。
其二，美國(guó)能源部數(shù)據(jù)，美國(guó)只有55個(gè)公共加氫站，而聯(lián)邦政府估計(jì)有近5.1萬(wàn)個(gè)公共電動(dòng)汽車充電站，可提供超過(guò)13萬(wàn)個(gè)充電端口——這還不包括數(shù)千個(gè)家用充電樁。
其三，氫氣昂貴，尤其是作為一種可持續(xù)燃料時(shí)。目前，綠色氫的生產(chǎn)成本約為每公斤4.40美元。普氏能源（Platts Analytics）數(shù)據(jù)顯示，這一價(jià)格相當(dāng)于每英里21.6美分的燃油成本。
豐田汽車通過(guò)為Mirai提供1.5萬(wàn)美元燃料卡來(lái)解決費(fèi)用問(wèn)題。
其四，與電動(dòng)汽車車主使用公共充電樁時(shí)常遇到的問(wèn)題一樣，燃料電池司機(jī)也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)氫氣站意外故障。不同之處在于，城市地區(qū)附近通常有其他電動(dòng)汽車充電樁，但距離下一個(gè)氫氣站可能很遠(yuǎn)。
氫燃料電池是補(bǔ)充而非取代
硬幣的另一面，綠色氫燃料可以提供一種強(qiáng)大的脫碳替代方案，來(lái)吸引大量投資。
綠氫通過(guò)電解生產(chǎn)，過(guò)程清潔，但它只占?xì)渖a(chǎn)總量很小部分。大多數(shù)氫氣由甲烷或天然氣產(chǎn)生，這個(gè)過(guò)程被稱為蒸汽轉(zhuǎn)化，不吸收溫室氣體。
現(xiàn)階段，美國(guó)已有大量資源集中在降低綠色制氫成本上。2021年基礎(chǔ)設(shè)施立法中，拜登（Joe Biden）政府撥出70億美元用于4個(gè)區(qū)域氫樞紐，再撥出7.5億美元用于加速清潔氫技術(shù)。
美國(guó)能源部“氫能攻關(guān)項(xiàng)目”制定了綠色氫降價(jià)目標(biāo)，到2025年每公斤2美元，2030年每公斤1美元。
麥肯錫咨詢公司氣候技術(shù)高級(jí)合伙人貝恩德·海德（Bernd Heid）認(rèn)為，綠色氫降價(jià)后，再加上人們對(duì)電網(wǎng)的擔(dān)憂，氫能或成為乘用車的選擇之一。
“我們每使用一噸氫氣，成本就會(huì)降低一些。當(dāng)成本足夠便宜時(shí)，將會(huì)有大規(guī)模的氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，當(dāng)然主要用于卡車，也可用于汽車。”
海德預(yù)計(jì)，向電動(dòng)汽車大規(guī)模轉(zhuǎn)型將使電力基礎(chǔ)設(shè)施成為瓶頸，采取電動(dòng)汽車和氫燃料汽車混合方式，最終比電動(dòng)汽車更便宜。
氫燃料非常適合重型卡車。
對(duì)長(zhǎng)途8級(jí)卡車而言，笨重的電池占據(jù)太多重量，降低了負(fù)載。此外，長(zhǎng)時(shí)間充電也削弱了靈活運(yùn)輸貨物的能力。一輛氫燃料汽車加氫所需時(shí)間與一輛柴油卡車加油差不多。
豐田汽車通過(guò)與美國(guó)肯沃斯載重車公司合作，研發(fā)一款8級(jí)燃料電池卡車，且已在南加州投入使用。戴姆勒卡車集團(tuán)和沃爾沃卡車也在合作開發(fā)一種燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)。其他氫燃料卡車開發(fā)商包括現(xiàn)代汽車集團(tuán)和尼古拉公司。
卡車運(yùn)輸?shù)囊粋�(gè)特點(diǎn)是——需要更少的燃料補(bǔ)充站。一個(gè)氫站網(wǎng)絡(luò)，散布在主要卡車運(yùn)輸路線上，將使長(zhǎng)途貨運(yùn)行業(yè)使用燃料電池成為現(xiàn)實(shí)。
但豐田汽車、本田汽車和現(xiàn)代汽車集團(tuán)仍然相信，燃料電池在輕型汽車的作用，并堅(jiān)持向前推進(jìn)。
長(zhǎng)期以來(lái)，日本和韓國(guó)一直支持氫基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展。豐田汽車和本田汽車已經(jīng)花了30年時(shí)間來(lái)開發(fā)燃料電池技術(shù)。
氫能CR-V設(shè)計(jì)有助于本田汽車建立對(duì)該技術(shù)的信心。這款車包括一個(gè)插電選項(xiàng)，允許充電。
“電力可以滿足日常使用，可提供方便的夜間充電。”美國(guó)本田能源業(yè)務(wù)開發(fā)部主管瑞恩·哈蒂（Ryan Harty）說(shuō)，“氫氣提供了額外的長(zhǎng)續(xù)航，使客戶能在公共燃料站快速補(bǔ)充燃料。”
本田汽車的混合動(dòng)力策略突顯出與豐田汽車的共同理念——氫燃料電池將補(bǔ)充并增強(qiáng)電動(dòng)汽車，而不是取代電動(dòng)汽車。
豐田北美研發(fā)部燃料電池集團(tuán)高級(jí)工程經(jīng)理杰基·索爾（Jackie Birdsall）說(shuō)：“氫能還有一種非常特殊的使用場(chǎng)景。”
對(duì)那些沒(méi)有自己的房子，住在暖氣和空氣都成問(wèn)題的城市公寓樓里，還要兼顧孩子和工作，又沒(méi)有豪華充電樁的人來(lái)說(shuō)，這款車可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
即使氫燃料汽車需要數(shù)年時(shí)間才能進(jìn)入美國(guó)，豐田汽車、本田汽車和其他汽車制造商已經(jīng)為通用設(shè)計(jì)建立了全球標(biāo)準(zhǔn)，從而大大降低了市場(chǎng)準(zhǔn)入壁壘。
但即使是氫燃料愛(ài)好者也承認(rèn)，氫燃料電池輕型汽車仍然是未來(lái)解決方案。海德估計(jì)，廣泛的商業(yè)化至少需要幾十年時(shí)間，部分原因在于網(wǎng)絡(luò)容量的挑戰(zhàn)。
畢馬威負(fù)責(zé)全國(guó)汽車行業(yè)研究的加里·西爾伯格（Gary Silberg）認(rèn)為，電動(dòng)汽車和氫燃料電池技術(shù)都在發(fā)展，破壞任何一種技術(shù)的進(jìn)一步研究都是短視行為。
“我們投資電動(dòng)汽車和基礎(chǔ)設(shè)施是正確的，這很重要，但氫能在這個(gè)故事中也很重要。”西爾伯格看好氫能長(zhǎng)期前景，“把所有雞蛋都放到一個(gè)籃子里是魯莽的。”
豐田的首要任務(wù)
豐田汽車新任首席執(zhí)行官佐藤恒治（Koji Sato）表示，盡管他會(huì)加倍關(guān)注電動(dòng)汽車，但氫燃料將是碳中和戰(zhàn)略的首要任務(wù)。
在佐藤恒治領(lǐng)導(dǎo)下，到2030年，豐田汽車重點(diǎn)要擴(kuò)大氫基礎(chǔ)設(shè)施和使用未來(lái)燃料的行業(yè)。
今年3月18日，佐藤恒治在日本超級(jí)耐力賽場(chǎng)外說(shuō)：“我們希望確保氫燃料仍然是一個(gè)可行的選擇。”在這場(chǎng)比賽中，豐田汽車計(jì)劃推出一款氫動(dòng)力賽車。“我們需要一個(gè)生產(chǎn)和運(yùn)輸供應(yīng)鏈，除非我們看到這些領(lǐng)域的發(fā)展，否則不能指望氫能使用量會(huì)增加。”
佐藤恒治將于4月1日接任豐田汽車社長(zhǎng)。這家全球最大汽車制造商“必須徹底改變”經(jīng)營(yíng)方式，采取“電動(dòng)汽車優(yōu)先”心態(tài)。目前，該公司致力于為2026年開發(fā)一個(gè)新專用電動(dòng)汽車平臺(tái)，以提供成本更低、性能更好的電動(dòng)汽車。
豐田汽車預(yù)計(jì)到2030年，在全球銷售350萬(wàn)輛電動(dòng)汽車。與其在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域的大膽進(jìn)取相比，豐田汽車在談?wù)摎鋭?dòng)力汽車時(shí)相對(duì)謹(jǐn)慎。
該公司憑借Mirai水蒸汽氫動(dòng)力汽車引領(lǐng)燃料電池技術(shù)發(fā)展，但它沒(méi)有制定具體銷售目標(biāo)。“我們目前沒(méi)有非常具體的業(yè)務(wù)目標(biāo)。”佐藤恒治說(shuō)。
當(dāng)豐田汽車2020年發(fā)布第二代Mirai燃料電池轎車時(shí)，將產(chǎn)能提高到每年3萬(wàn)輛，比第一代增加了10倍。但自2014年12月銷售以來(lái)，第一代和第二代Mirai共售出21700輛。
日本政府宣布，到2025年，日本道路上的燃料電池汽車將達(dá)到20萬(wàn)輛，2030年將達(dá)到80萬(wàn)輛。豐田汽車表示，日本約有160個(gè)加氫站，預(yù)計(jì)到2025年攀升至320個(gè)，2030年達(dá)到900個(gè)。
豐田汽車在實(shí)現(xiàn)碳中和多管齊下方法中，氫能將發(fā)揮關(guān)鍵作用。“我們正全力以赴，重要的是保持靈活性，根據(jù)不同市場(chǎng)的不同碳中和需求定制產(chǎn)品和能源。”
佐藤恒治認(rèn)為，把更多合作伙伴帶到談判桌上，建立一個(gè)制造、運(yùn)輸和使用氫能的網(wǎng)絡(luò)尤其重要。
為此，在周末的耐力賽中，佐藤恒治與液氫運(yùn)輸船制造商川崎重工（Kawasaki），以及制造氫氣并運(yùn)營(yíng)燃料網(wǎng)絡(luò)的日本公司巖谷產(chǎn)業(yè)（Iwatani）總裁一起上臺(tái)。
盡管豐田汽車正在努力測(cè)試和開發(fā)氫燃料賽車，但川崎重工總裁橋本靖彥（Yasuhiko Hashimoto）預(yù)計(jì)，氫能技術(shù)將在重型卡車、公共汽車、建筑設(shè)備、火車、飛機(jī)和固定式發(fā)電機(jī)上產(chǎn)生最大影響。
川崎重工正在研制一種新的液化氫運(yùn)輸船，運(yùn)力將是目前運(yùn)輸船的128倍。其目標(biāo)是，到2030年，將氫氣價(jià)格降至每立方米30美分左右。“氫能是未來(lái)不可或缺的能源。”橋本靖彥說(shuō)。
佐藤恒治理認(rèn)為，所有工業(yè)部門都應(yīng)盡其所能，這很重要。豐田汽車將率先向基礎(chǔ)設(shè)施和物流等領(lǐng)域投資，“這并不是說(shuō)豐田汽車會(huì)在這些投資上起到積極的帶頭作用。”
還有很長(zhǎng)的路要走
3月19日，在日本西部鈴鹿賽道舉行的五小時(shí)耐力賽上，豐田汽車原計(jì)劃展示一款新型液化氫碳中和內(nèi)燃機(jī)GR花冠，但這一計(jì)劃因意外事故而破滅。
這輛經(jīng)過(guò)改裝的花冠賽車在測(cè)試期間因氫燃料管道泄漏起火。
豐田汽車解釋道，3月8日的事故中無(wú)人受傷，緊急故障保護(hù)啟動(dòng)后，司機(jī)設(shè)法逃離了車輛。但技術(shù)人員無(wú)法讓這輛車在日本超級(jí)耐力賽上實(shí)現(xiàn)首次亮相。
豐田汽車社長(zhǎng)豐田章男（Akio Toyoda）原計(jì)劃親自參與這次比賽，作為推動(dòng)清潔氫燃燒技術(shù)宣傳的一部分。自2021年以來(lái)，他一直在用氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)賽車。
2023年賽季中，豐田汽車計(jì)劃通過(guò)使用液化氫來(lái)引入一項(xiàng)新技術(shù)。前兩個(gè)賽季，豐田汽車使用的是壓縮氫氣。參賽的豐田汽車在內(nèi)燃機(jī)中燃燒氫氣，就像汽油車燃燒汽油一樣。
它們不像Mirai轎車那樣，通過(guò)氫氣補(bǔ)充燃料電池發(fā)電。液氫是一種難以處理的燃料，有時(shí)會(huì)成為火箭中的禍害。去年秋天，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）試圖為阿爾忒彌斯一號(hào)（Artemis I）任務(wù)發(fā)射一枚巨大的月球火箭，但因液氫泄漏而推遲。
豐田汽車高管表示，火災(zāi)發(fā)生在富士國(guó)際賽道（Fuji International Speedway）的一次私人試車期間，與該車采用氫燃料而非汽油無(wú)關(guān)，事故原因是車輛振動(dòng)導(dǎo)致管道接頭松動(dòng)所致。
豐田Gazoo賽車公司總裁Tomoya Takahashi這樣解釋道：“氫氣不是導(dǎo)致問(wèn)題的原因，更確切地說(shuō)，這是因?yàn)槲覀儗?duì)設(shè)計(jì)工作考慮不足，我們使用的任何燃料都可能泄漏并起火。”
盡管遭遇挫折，豐田章男還是命令團(tuán)隊(duì)繼續(xù)研究液氫燃燒技術(shù)。豐田汽車希望這輛車能在5月底的下一次耐力系列比賽中做好準(zhǔn)備。未來(lái)這場(chǎng)比賽將在富士賽道進(jìn)行24小時(shí)。
豐田章男顯然不會(huì)讓這一事件阻止他參賽。“他將繼續(xù)駕駛這輛車，因?yàn)樗麤Q心展示氫的安全性。”Tomoya Takahashi說(shuō)。
當(dāng)?shù)孛襟w報(bào)道，泄漏發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)附近，氫氣因高溫而引燃。故障安全泄漏傳感器隨后自動(dòng)關(guān)閉氫氣供應(yīng)，防止火勢(shì)擴(kuò)大。
管道接頭松動(dòng)的部分原因可能是，液氫傳動(dòng)系統(tǒng)比氣態(tài)氫系統(tǒng)重約300公斤（661磅），加劇了振動(dòng)幅度，大約100公斤（220磅）重量由于額外的安全設(shè)備。Tomoya Takahashi說(shuō)，豐田汽車正在尋找根本原因，并采取補(bǔ)救措施。
相對(duì)于高壓氣態(tài)氫和傳統(tǒng)汽油，液化氫具有很大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楹笳吣芰棵芏雀�。舉例來(lái)說(shuō)，同等重量下，液氫所含能量大約是汽油的3倍。
該技術(shù)也有可能比氣態(tài)氫更簡(jiǎn)單、更便宜。液化氫必須冷卻到-253攝氏度，但它可以儲(chǔ)存在一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單、絕緣、真空密封的類似保溫瓶的缸體內(nèi)。
氣態(tài)氫則必須儲(chǔ)存在由昂貴的碳纖維制成的高壓儲(chǔ)罐中。液態(tài)氫只需一個(gè)大儲(chǔ)氣罐，而氣態(tài)氫則需要4個(gè)獨(dú)立儲(chǔ)氣罐。
同等場(chǎng)景下，液氫在滿箱情況下可以行駛20圈，而氣態(tài)氫只能行駛12圈。使用液化氫還可以建造更密集的氫氣加氣站，因?yàn)樗恍枰厥庠O(shè)施來(lái)提高壓力。
豐田汽車希望研發(fā)氫燃燒技術(shù)，以便有可能引入量產(chǎn)汽車。但是顯然，距離這一階段還有很長(zhǎng)的路要走，豐田汽車甚至沒(méi)有給出一個(gè)時(shí)間表。
今年2月，當(dāng)最新一代氫能花冠在富士賽車場(chǎng)進(jìn)行試車時(shí)，豐田汽車稱這是世界上第一款以液氫燃料為燃料的賽車。
Tomoya Takahashi說(shuō)，豐田汽車在賽車壓力下測(cè)試新技術(shù)，以盡早根除潛在問(wèn)題并加快開發(fā)。從這個(gè)意義，火災(zāi)也是“因禍得福”。
“這不是意外，也不是什么嚴(yán)重問(wèn)題。”Tomoya Takahashi說(shuō)，“這是積極的。我們發(fā)現(xiàn)了以前不為人知的東西，我們正在反復(fù)測(cè)試以確定問(wèn)題。”
(責(zé)任編輯：子蕊)
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氫能
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