氢燃料电池是比纯电动更好的解决方案吗？

发表于：2019-09-02 来源：

似乎，风起于青萍之末。

2018年5月11日，中国总理李克强在日本首相安倍晋三的陪同下，参观考察丰田汽车北海道厂区。在那里，总理看到了丰田的氢燃料电池车。

后来，有媒体这样描述：面对丰田汽车的氢燃料电池轿车MIRAI，总理“面色凝重”。这种并不准确的描述却有效地为已经开始发热的中国的氢燃料电池汽车热推波助澜。

第二天，5月12日，恰逢汽车商业评论举办第十届中国汽车蓝皮书论坛，数位业界专家围绕“插混、纯电还是选择燃料电池”议题展开讨论。当时大家比较一致的观点是，氢燃料电池汽车尚处于培育期，商业化还很遥远。

去年5月12日，恰逢汽车商业评论举办第十届中国汽车蓝皮书论坛，数位业界专家围绕“插混、纯电还是选择燃料电池”议题展开讨论。当时大家比较一致的观点是，氢燃料电池汽车尚处于培育期，商业化还很遥远。

然而，整个2018年，氢燃料电池汽车热持续升温。

2018年，国内《新能源车推荐目录》上共计出现70余款氢燃料电池汽车型，相比2017年增长超过200%。

与此同时，上海、广州、武汉、西安、杭州等十余座城市都已出台政策支持氢燃料电池汽车发展。

而资料显示，包括氢能源小镇与产业园、氢燃料电池整车、上游原材料项目等等，2018年国内面向氢能源的投资规划已经超过了2000亿元！

2018年12月15日，全国政协副主席、致公党中央主席、中国科学技术协会主席万钢，这位曾经的科技部部长在《人民日报》第六版发表题为《促进新能源汽车产业健康发展》的“挺”氢燃料电池汽车的文章。

他在文中认为，纯电动汽车的短板是续驶里程和充电时间，尚不能满足量大面广的远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等市场需求。为此，应及时把产业化重点向燃料电池汽车拓展。

然后强调，燃料电池汽车具有清洁零排放、续驶里程长、加注时间快的特点，经过多年研发积累，我国已形成自主特色的电-电混合技术优势，并先后经历了北京奥运会、上海世博会期间的规模示范运行，实现全谱型汽车“零排放”的关键技术方案。

这篇文章显然是随后12月21日由工业和信息化部装备工业司组织在北京召开的“氢燃料电池汽车行业研讨会”的前奏。财政部、发改委、应急管理部、能源局、工信部、行业协会以及9家氢燃料汽车相关企业参会。

转眼到了2019年两会，多位车企和相关企业的代表委员好像约好了一样，纷纷拿出了发展氢燃料电池汽车的议案或者提案。而最令氢燃料电池汽车狂热爱好者兴奋的是，“推动加氢设施建设”首次写入《政府工作报告》。

在如此利好政策的刺激下，氢能和燃料电池概念相关的上市公司股价更是一路飙升。

多方消息称我国氢燃料电池汽车将在2019年正式实施“十城千辆”工程，为难的是要挑出哪十个城市，因为正在积极布局氢能和燃料电池的城市，远远超过了十个。

一切似曾相识。这并不是中国人第一次为“氢”痴狂。

回望世纪之交，彼时，国家863计划电动汽车重大专项刚刚开始实施，要发展燃料电池、混合动力、纯电动三种动力的新能源汽车。注意这个语序，当时，不管在实际重视程度上，还是国拨经费的侧重上，都是以燃料电池为主的。

上海市甚至提出了一个燃料电池汽车“百千万计划”：2008年要达到100辆，2010年达到1000辆，2012年实现万辆级。

这里的燃料电池汽车，基本上就是指氢燃料电池汽车。

汽车商业评论注意到，当时，人们对氢经济怀有一种美好而盲目的乐观，认为不久就能大步跨入氢燃料电池汽车社会。

面对这种产业的大跃进思维，科学家们坐不住了。

出于对当时燃料电池技术薄弱与成本高昂的清醒认识，2006年6月，倪维斗、杨裕生等中国工程院和中国科学院十位院士上书时任总理温家宝，建议电动车的发展重点不要放在氢燃料电池电动车上。

院士们认为，因为燃料电池可靠性有待提高、材料昂贵、能量转换效率低，以及氢的来源和储运有问题等等，电动车在近中期依靠不了氢燃料电池，对氢燃料电池的研究要作长期打算，切切实实地解决关键材料和关键科学技术问题。

于是，虽然2008年北京奥运会期间有氢燃料电池汽车做示范运营，特别是2010年上海世博会期间，有了196辆燃料电池汽车参加运行（其中，燃料电池轿车90辆、燃料电池公交车6辆、燃料电池观光车100辆，历时6个月，是目前世界上规模最大的燃料车示范项目之一），但这股氢燃料电池汽车的热潮还是慢了下来。

2016年，全国共售出37辆燃料电池汽车，但是2017年突然开始加速，共售出1098辆燃料电池汽车，2018年产销均完成1527辆。

加氢站建设也突然加速，截至2018年11月，中国已建成27座氢气站，另有16座正在建设中，预计到2030年将超过1000个。

这跟2016年以来，国家发布了多达9个政策文件支持氢燃料电池技术创新不无关系。敏感的投资者或者投机者们已经预感到，十多年过去，氢燃料电池汽车的热浪又一次席卷中国市场。

那么，当年十院士提出的氢燃料电池那些问题解决了吗？现在真的到了氢燃料电池汽车可以大规模普及推广的时候了吗？我们应该如何保持怎样的清醒态度？

看上去很美，硬伤不少

2H₂+O₂=2H₂O

单从这个化学反应方程式来看，氢能真的是零排放的终极解决方案。然而，完美只存在于公式中，氢燃料电池要实际投入使用，情况复杂很多。

首先，从氢作为能源的角度来看，其生产、分配、运输、加注等等环节很长、很复杂。

清华大学陈全世教授说，燃料电池技术所需要的氢纯度要求非常高，至少要99.99%，其中一氧化碳的浓度要保持10的负6次方以下，否则会让催化剂铂金中毒。工业副产的氢气提纯难度大，而电解水制氢纯度高，但成本是煤炭天然气制氢的2-3倍。

中国科学院院士欧阳明高称，目前中国制氢“使用的还是一百年前的技术”，储氢、运氢等也都是多年前的工艺，“氢能本身现在面临的技术挑战比燃料电池要大得多，包括技术和政策等方面”。

实际上，不管哪种制氢方式、哪种存储方式、哪种运输方式，氢能源生态系统都不是一蹴而就的，涉及大量基础设施的投入与建设，技术含量也高。反观电动汽车，只要拼命建充电桩即可，没那么多中间环节。

欧阳明高认为，当前中国氢能技术落后于燃料电池技术，进展比较慢，需要全链条各环节氢能科学与技术的新突破。

再回到核心的燃料电池技术上。众所周知，燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。它用燃料和氧气作为原料，又没有机械传动部件，一无噪声污染，二是排放出的有害气体极少。如果用氢做燃料，那就没有有害气体排出。

燃料电池技术与氢能技术是既相互联系又存有区别的两个领域。燃料电池是动力问题，氢能是燃料问题。如同传统汽车的发动机和加油一样，一个是汽车行业的事，一个是能源行业的事。

那么，中国当下的燃料电池技术又如何？

从“十五”以来，国家科技计划和产业技术创新工程等项目持续地支持氢燃料电池汽车的研究开发工作，初步形成了从燃料电池电堆、系统和整车的研发体系及制造能力，并开展了示范运行。

然而，与另外两种新能源车相比，燃料电池汽车至今仍处于示范运营阶段。为什么？汽车商业评论综合对业内专家的采访，基本可以得出这个结论：我国汽车燃料电池的核心技术和国外相比，存在代际的差距，落后国外大概5-10年，最悲观的说法是，落后20年。

同济大学汽车学院教授林瑞表示，中国与国际领先国家最大的差距所在，是电堆的核心材料和零部件还需要进口。此外，建模工程工艺方面与国外相差巨大，比如金属双极板的流道设计，中国还是二维平面，日本已经是三维。

清华大学核能与新能源技术研究院教授王诚告诉汽车商业评论：“我们国内有的做电堆的企业号称很大，但所有的原材料都依赖进口。国内公司主要是在做组装，买来膜和催化剂，再组装。关键技术和原材料都被国外垄断。”

“国际上燃料电池车用电堆体积比功率达到3.0-3.2kW/L，国内企业有报道最高的为2.0kW/L，仅达到国际先进水平的三分之二。”中国工程院院士衣宝廉说，由于功率密度低，导致国内电堆成本高、体积大，也不适于组装乘用车。

膜电极（含质子膜、催化剂、碳纸）和双极板是燃料电池技术壁垒最高的两大部件，特别是膜电极技术是壁垒中的壁垒。

中能源工程集团氢能科技有限公司（简称中氢科技）总经理穆怀萍告诉汽车商业评论：“双极板与国外的技术差距，是及格和优秀的差异，膜电极与国外的差距，是不及格和及格的差异。”（她特意强调：这种说法旨在表明膜电极是氢燃料电池的灵魂，决定着其关键性能和使用寿命。）

当然，此言也并不尽然。留美博士章俊良教授领导的上海交通大学燃料电池研究所，研制出的量产膜电极已经达到日韩同等水平，属于第二代铂合金膜电极技术。

再从燃料电池汽车的设计上说。氢燃料汽车整个系统比传统内燃机还要复杂，相对纯电动车，氢燃料电池汽车束缚了车的造型设计，未来布置智能座舱很可能会受限制，特别是乘用车，对汽车造型的变化无疑是一个不利因素。

欧阳明高曾表示：“氢燃料电池动力系统的总体积（储氢瓶+燃料电池发动机+辅助电池）是会大于纯电动的，对轿车来讲，体积想做到比纯电动还小，目前70兆帕的储氢瓶还不大可能。”

上海捷氢科技有限公司系统开发部总监蔡俊在最近一次演讲中提到，他们对比了纯电动车型和氢燃料电池汽车型在未来的竞争优势，从成本上来说，乘用车续航里程400公里以下，燃料电池相对纯电动是没有优势的，即便400公里以上也没有明显的成本优势。

当然，到了更大级别的客车和货车车型，100公里以上的续航里程，氢燃料电池已经比锂动力电池有优势了，到了30吨甚至更高吨位的卡车车型，氢燃料电池汽车只要续航超过75公里，就具有压倒性的优势。

我们不否认氢燃料电池在某些车型上的优势，只是这种优势也有待在产业化成熟之后才能得到验证。因为氢燃料电池汽车不是孤立发展的，它涉及的上下游产业链比纯电动车更漫长。

正如王诚所说，“氢燃料电池是氢能大产业链中处在中间阶段的小产业链，这个大的产业链是很多短链构成的长链，统筹起来比较难。”

他告诉汽车商业评论，“在氢燃料电池领域，现在，丰田应用的指标是最好的，美国研究的指标是最好的，它们都是氢燃料电池产业的领跑者，中国是商业化最热的一个国家。”

或许是因为日本和美国在氢能和燃料电池领域这几年有了长足的发展，比如固体高分子型燃料电池（PEFC）技术中铂（Pt）催化剂用量的削减，比如太阳能直接制氢的效率与发电的效率相比，从实验室的数据来看已经非常接近，这才导致中国有这新一轮的商业化冲动。

一位不愿具名的燃料电池研究人员表示，燃料电池汽车产业链的上下游都需要重视，需要让社会各界更加了解和关注这项技术，让技术发展和成熟得更快。产业链的每一环都需要做好，尤其需要明白大批量产业化所面临的卡脖子的地方在哪里，只有把最核心的问题解决好，中国燃料电池大批量产业化才有可能成功。

他认为，第二代膜电极中铂含量减少的幅度，放大到全球范围看，远不足以支撑燃料电池产业化的需要。“只有第三代膜电极技术成熟起来，才能支持燃料电池汽车的全面产业化。”

显然，仅仅有商业化冲动，而没有脚踏实地的基础研究，那么最终难免我们的市场会成为别人的嫁衣。

今年春天刚刚在日本参加完2019世界智慧能源周活动（World Smart Energy Week 2019）的一位中国专家告诉汽车商业评论：“日本的氢燃料电池汽车发展没我们想象得那么快，……世界范围内氢燃料电池汽车的发展也没我们想象得那么快。”

他说，日本目前全国有2900辆氢燃料电池乘用车，其中大部分为丰田的MIRAI；有20辆公交车，主要为2020年奥运会使用做预演，届时总共会有100辆氢燃料公交车；有113座加氢站，其中40座为日本能源头号企业岩谷（Iwatani）投资建设，而全世界仅有9000余辆氢燃料电池汽车。

显然，在中国市场被炒得火爆的氢燃料电池汽车，即便在技术已经比较成熟的日本，也基本是一个刚刚走出实验室的角色。

要知道，日本是全世界第一个制定氢能国家战略的国家，2014 年，在安倍晋三首先发起下，日本经济产业省发布了《氢能与燃料电池战略路线图》。

但是请注意，这个“三步走”的发展计划，它的目标也不只是近期的，而是一下跨到了2050年，届时的愿景是制氢成本要从2030年设定的每公斤3美元目标进一步降低到2050年的2美元目标，氢能作为可再生能源之后的另外一个选项。

不可否认，氢燃料电池汽车具有加氢快等诸多优点，但燃料电池的输出受限于众多内在因素，输出特性很软，无法应对剧烈的功率需求变化，而且，频繁的功率变化也会让燃料电池的寿命加速衰减。

事实上，燃料电池很难像电池或者发动机那样作为车辆的单一能量源，在实际设计中，一般会与蓄电池或者超级电容组成增程式的电-电混合动力系统，依靠输出更稳定，响应更快的蓄电池来满足高频的动力需求，而让燃料电池尽量平稳输出。

氢燃料电池发动机本身结构复杂，除了电堆，还要燃料电池的氢气/空气供应系统、热管理系统、水管理系统等。而增程式的设计又导致结构进一步复杂。

这也就难怪特斯拉的联合创始人兼首席执行官埃隆·马斯克（Elon Musk）认为氢燃料电池“令人难以置信的愚蠢”，是“傻瓜电池”（Fool Cell，与Fuel Cell 谐音）、“垃圾堆积”，并在多年前的年会上告诉特斯拉股东“成功根本不可能”。

无独有偶，今年4月初，美国燃料电池业界领军人物、生产用于为建筑供电的固定式燃料电池（SOFC）的布鲁姆能源 (Bloom Energy) 公司联合创始人、CEO斯里达尔（K.R. Sridhar），在旧金山明确表示：“我不相信氢燃料电池汽车，把燃料电池用于氢能汽车是不合适的。”

他表示：“在汽车中安装一个燃料电池，无论你走到哪里，你都等于随身携带一座‘化工厂’，而且还要携带所有必需的、特殊的氢燃料。汽车已经过于沉重和效率低下，现在就等于在油箱中再增加一个庞大且复杂的‘化工厂’。”

斯里达尔说：“从各种最新迹象表明，纯电动汽车热潮远远超过了氢能汽车，燃料电池更有意义的事情，是为电动汽车充电站提供动力，而不是为汽车本身直接提供动力。”

上海车展期间多位造车新势力创始人接受汽车商业评论采访时皆不看好氢燃料电池汽车的发展。一位自己也做了氢燃料电池汽车的创始人甚至表示，他们此举不过是为了向投资人证明自己并不落伍，以顺应当下这股狂热的氢燃料电池风潮。

两套体系并举，为时尚早

2017年的一天，一位来自某著名能源企业的技术人员来到汽车商业评论办公室，想与我们合作一起做氢燃料电池汽车方面的技术。他说，不要担心做不做的出来，关键是有巨额补贴。

这让我们大吃一惊。“关键是有巨额补贴”，这究竟是多少进入氢燃料电池汽车行业的人的初衷啊！

今年3月26日，财政部等四部委发布《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，纯电动汽车大幅退补明显，燃料电池汽车补贴标准将另行说明。

结合此前财政部在《2016年-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策方针》中的表述，燃料电池汽车在2020年前不实行补贴退坡政策，而且恐怕对于燃料电池汽车的补贴可能方兴未艾。

2018年，大规模布局氢燃料电池领域的雄韬股份交付了40辆大巴车的燃料电池系统，卖出了7500万元，获得2000多万元的净利润。按照之前协议，雄韬大同分公司2019年还要给公交公司提供260台大巴汽车燃料电池系统，那是接近5亿元的营业收入和1.6亿元的利润。

一位股民表示很纳闷，“一台大巴车的燃料电池系统需要100多万元这么昂贵吗？燃料电池企业还在示范阶段还没量产，净利润率就能达到30多个百分点吗？还是说有补贴之类或者利益输送的因素？如果不考虑利益输送，这简直要完全颠覆我对燃料电池行业和相关企业的认知。”

这种补贴的危害前几年在新能源客车上已经早有体现，但是恐怕现在的补贴以及未来的补贴政策还将基本实行补贴大锅饭。

比如，丰田、本田、现代等日韩车企的乘用车已经有了量产输出功率100 kW以上的高功率密度电堆，而且体积比燃料电池功率密度都达到了3.1kW/L，汽车商业评论记者2018年初在美国试驾的现代汽车新一代氢燃料电池SUV NEXO的电堆体积比功率甚至达到了3.11kW/L。

丰田、本田、现代等日韩车企的乘用车已经有了量产输出功率100kW以上的高功率密度电堆，而且体积比燃料电池功率密度都达到了3.1kW/L，汽车商业评论记者2018年初在美国试驾的现代汽车新一代氢燃料电池SUV NEXO的电堆体积比功率甚至达到了3.11kW/L。

而国内，国鸿氢能引进加拿大巴拉德（Ballard）公司技术后，也是只能够推出30-80 kW的燃料电池电堆。但这都属于第一代燃料电池技术水平。按照中国2018年对新能源汽车的补贴政策，燃料电池系统额定功率满足乘用车≧10kW、商用车≧30kW就已经可以拿补贴，显示出中国在这方面的落后程度。

另一位不愿具名的学者告诉汽车商业评论：“世界上新的一轮燃料电池的火上来了，中国怎么搞是我想看的一出大戏。如果中国借助这个机会还在玩第一代燃料电池的概念，骗国家钱，这帮人就是丧尽天良。这很有可能。”

如今伴随着氢燃料电池汽车继续（未来或还将继续，2019年的相关政策还没有出台）高额补贴的是2019年中国纯电动车补贴退坡力度超过很多人的想象。

对此，目前有两种解读：一种是认为纯电动车已经壮大了，可以放手让它进入市场参与竞争了；一种是唱衰纯电动车，认为政府此举是要放弃纯电动路线，改弦易张发展氢燃料电池汽车。

汽车商业评论认为，纯电动车还没有壮大到可以撒手让它完全参与市场竞争的程度，而政府也从没有任何想要放弃纯电动路线的意思。

在“汽车四化”的方向上，纯电动车的方向没有问题，但当前这种对燃料电池汽车的狂热，虽然并没有直接否定纯电动汽车路线，但客观上还是会让市场对纯电动车路线产生动摇，至少会在一定程度上阻挠其发展。

之前，我国已经在纯电动上投入了那么多真金白银，费了那么多功夫，这个时候如果大力鼓吹并推动氢燃料电池汽车，等于要在特别薄弱的基础上另建一套更艰难的体系，而这套体系要花远比纯电动汽车更高的成本。

也就是说，现在的中国要同时建立支持纯电和燃料电池的两条汽车能源供给体系。这显然为时尚早。

2019年3月20日，德国汽车三巨头那个决定未来汽车命运的电话会议的一个重要结论是坚定不移走电动化道路，因为氢能源燃料电池汽车在未来10年内无法形成成熟的、有竞争力的量产技术。

这等于是说德国人并没有重启当年他们对于氢燃料的热情。2018年，铂金全球需求盈余，相关投资机构的报告指出原因是欧洲氢燃料电池汽车催化剂消费的持续下降和中国首饰领域需求的疲软。

德国政府于1990年启动燃料电池研究发展示范计划项目，2008年甚至成立了氢气燃料电池技术国家组织(NOW)，政府提供总计10亿欧元的资金以推动氢能和燃料电池技术的发展，并开展示范运行项目。

但如今这些项目似乎并无进展，就差这个国家的主管领导，如2009年5月美国政府能源部长正式宣布的那样，停止支持燃料电池电动汽车的研发，并大规模削减相关车型研发的资金支持。

汽车商业评论的态度与此类似，与其挖几口浅井，不如挖一口深井。否则，很可能形成狗熊掰棒子的尴尬局面。

那么，燃料电池就完全不发展了吗？并非如此。

十多年前，中国的十院士提出，燃料电池的研究要作长期打算，切切实实地解决关键材料和关键科学技术问题。这句话放在今天仍然适用。如果核心技术没有掌握在自己手中就贸然上马大搞产业化，只会重蹈此前在燃油车上技术空心化的覆辙。

“搞燃料电池，光看表象不行，还要进入产业的核心里面来。这里面最需要的是技术创新，需要加大投入，而不是支持下游的应用。我们国家要从源头、上游这块对关键原材料、核心技术进行支持，光在终端产品方面支持不够。”王诚这样告诉汽车商业评论。

这是一线燃料电池科研工作者的真实心声，而不是风险投资者那里的喧嚣。燃料电池技术从实验室走向产业化，这个过程应当格外慎重。

欧阳明高认为氢燃料电池实现产业化发展应该是在10年之后。他在2018年6月28日举行的“氢能产业创新发展论坛”上谈到清华大学燃料电池动力系统技术路线图时提到发展燃料电池技术的剥洋葱模式。

第一步，研发成功燃料电池的混合动力系统，发动机外协；第二步，研发成功燃料电池发动机研发，电堆外协；第三步，研发成功燃料电池电堆，膜电极外协。

他说：“现在，我们马上要开始燃料电池膜电极的开发，已经组织了国际一流的研发队伍。我们层层深入，技术链逐环解耦，我们称其为剥洋葱模式。”

汽车商业评论认为，这种剥洋葱模式对于搞科研或许是一种方法，但是我们很担心各类企业美其名曰采用这种方法，那么到最后将可能永远也没有办法解决核心的技术问题。

纯电动汽车在中国的发展，固然有国家大力扶持的原因，但是不能不能说在核心技术“三电”特别是动力电池方面，中国企业有着长期做消费类电池的技术积累加上千载难逢的政策壁垒，再加上全世界的人才溢出，使得几家核心企业发展了起来。

然而，氢燃料电池汽车方面，我们欠缺得太多，既在氢能技术方面又在燃料电池技术方面有着和先进技术巨大的差距，如果一下子大干快上氢燃料电池汽车，那么势必会形成重应用轻技术的局面，陷产业发展于巨大不利。

一位燃料电池领域的专家称，中国发展燃料电池，有很多优势：一是市场容量大，汽车产销量多；二是中国的经济体量大，可以支撑做这件事；三是人才优势，有很多具有国际视野、具备丰富的燃料电池研发经验的专家以及一大批优秀青年人才。我们国内燃料电池核心技术的开发和国际先进水平越来越近了，在燃料电池产业发展过程中，针对产业链每一环节，都需要培育若干具备核心技术、能参与国际竞争的高科技企业，做到均衡有序发展。

“现在很多国内企业都在搞融资，真正地投入搞产线、搞研发、做硬件的公司还是少，很多都是雷声大雨点小，什么都没有，就是在做资本层面的运作。” 王诚表示。