氢燃料汽车还有戏吗？

[page]从全球主要厂家的研发投入来看，不同类型的新能源汽车目前的发展势头严重冷热不均。电动汽车（在本文中指依赖充电电池提供驱动力的纯电动和混动汽车）可谓是一枝独秀，迎来了一个大干快上、热火朝天的局面；当前的底特律车展和去年的法兰克福车展都是明证。而其他种类的新能源汽车，如以生物燃料（biofuels）、太阳能、氢能、天然气、压缩空气等为动能的汽车，却面临诸多厂家的冷场。后者中最显眼的应该是曾被广泛寄予厚望的氢燃料汽车。在过去的一年里，多个欧美厂家，包括通用、福特、雷诺、宝马，表示要延缓、缩减甚至放弃对氢燃料汽车的研发。日本厂家一贯对氢动力最为热心；他们虽不言放弃，仍在继续发力，但也承认在将来多年内，新能源车的发展重点在于电动汽车。

与电动汽车相比，氢燃料汽车有更长的历史，也一度被认为更具技术和市场优势。早在19世纪初人们就开始试制氢内燃机。由于氢内燃机和汽油内燃机工作原理基本相同，人们常常可以通过改造后者来制造氢内燃机汽车，从而节省研发时间和费用。在过去的20年里，宝马和马自达公司都开发过多款氢内燃机汽车；其中, 在2007年出现的BMW H2R 是一款经典氢能赛车。从1960年代起，汽车工业开始采用另一种氢动力技术： 氢燃料电池（Hydrogen Fuel Cell）。氢燃料电池汽车和普通电动汽车有基本一致的电力驱动构造；它们之间的主要区别在于，前者的电池是一个小型发电设备――依靠氢和某种氧化物的化学反应产生驱动电能，而无需从电网充电。燃料电池对氢能的转化、利用效率远高于氢内燃机，并且和后者一样，只产生水和热，不(直接)带来污染排放。目前最成熟的氢燃料电池车当属已经在日本和美国加州小规模上市的本田2008年款的FCX Clarity。这款车一次加氢后可连续行驶约450公里，其马达功率为100千瓦。。

在过去的两三年里，电动汽车的迅猛发展与氢燃料汽车的消沉形成了鲜明对比。是什么让氢动力变成了多个厂家的弃儿呢？对于这个问题，美国能源部长朱隶文曾在去年给出过一个很有代表性也很有争议的回答。他指出，推广氢燃料汽车在四个环节上面临严重障碍：氢的生产、氢的储存、氢燃料电池技术、加氢站点的建设。这意味着，除非出现”奇迹“，氢燃料汽车在“未来10到20年里都没戏“。考虑到环保减排任务迫在眉睫，他认为美国政府应该大力扶持已基本具备规模市场化条件的电动汽车的发展，同时加大、加快发展核能和生物能源，而大幅削减对氢燃料汽车的研发资助。在对这个观点进行评价之前，让我们先具体看一下他提到的那四个障碍环节。

首先，氢虽然是清洁能源，但氢的生产目前仍依赖化石燃料；这个过程不仅要排放温室气体还要消耗很多能量。由于氢在地球的自然条件下不独立存在，人们需要利用化学、生物或者电解方式制取它。目前最普遍的制氢方式是通过加工、改造天然气。通过分解水制氢很久以来都是一个科研热点，但人们至今没能找到一种高效、节能而且环保的解水取氢方法。其次，由于氢的能量密度低，运输和储存氢需要的容量空间比其他常见能源要高很多。即使是液氢，其能量密度仍低于汽油。这给氢能的广泛应用带来困难。与此同时，氢燃料电池的生产成本目前严重过高。根据现有的技术水平，每只功率为100千瓦的普通氢燃料电池的生产成本接近或超过1万美元。考虑到车载电池在安全性、抗震性和稳定性上都比普通电池有更高的要求，同等功率的车用氢燃料电池的成本很容易成倍增加。最后，无论是发展内燃还是电池驱动方式的氢能汽车，都需要广泛建立加氢站和运送、储存氢的基础设施。这不仅需要巨大的经济投入还牵涉复杂的政治、社会问题。[page]

笔者认为，氢动力怀疑论者正确指出了推广氢燃料汽车所面临的困难，但往往得出弃氢用电的错误结论。他们所忽略的一个基本事实是，电动汽车和氢燃料汽车两者之间并不存在简单的竞争或者替代关系。氢能汽车科技的发展对于改进人类社会的能源结构和消耗方式有独特、广泛的意义；而这个意义不是推广电动汽车所能取代的。具体而言，我们可以从如下四个相互关联的方面来反驳弃氢用电论。

第一，弃氢用电并不能为解决紧迫的碳污染问题赢得时间。很多人提醒过，要让电动汽车真正具有环保减排意义，一个国家或地区必须要有清洁的电力来源。目前世界上的多数国家，包括美国和以绿色经济著称的丹麦，仍然依赖煤炭发电；在这种状况下，和传统汽车相比，电动汽车并没有突出的减碳优势（具体的量化分析可见笔者的另一篇文章 ”电动汽车必然环保吗？“ ）。即使目前大干快上的形势能得以持续，据业界人士估计，到2020年，混动和纯电动汽车也很难超过用车总量的15%。而这个比例远不足以对整个社会的总体排碳水平有实质性影响。

第二，由于改善一个社会的能源结构是个长期、缓慢的过程，人类社会在未来几十年内仍将不得不依赖化石燃料；在这种情况下，推广氢动力车会有明显的减排作用。美国能源部曾指出，”从天然气制氢的确会带来温室气体排放。然而，与使用汽油的内燃机汽车相比, 氢燃料电池汽车能减少60%的温室气体排放--即使它所用的氢来自于天然气。“ 这意味着，氢能汽车的应用将会有直接、明显的减碳效应，而电动汽车的减碳功效则是相对的、不确定的。

第三，氢虽然在地球的自然条件下并不独立存在，但它的分布却极为广泛； 甚至可以说，氢是取之不尽、用之不竭的清洁能源。发展氢能汽车科技的两大热点都直接着眼于高效开发、利用这个能源宝藏：一个是制氢技术，特别是解水取氢技术；另一个是氢燃料电池技术。这两个技术目前的都还不成熟，但却具有深刻改变人类社会的潜力。前者的突破性进展会让人类社会结束对化石燃料的依赖，而后者的突破性进展则会给人类提供一种便利、高效的，可以普遍应用的供电装备。由此看来，氢动力科技的价值不仅仅在于促进汽车环保化，更在于解决人类社会广泛面临的能源短缺和污染问题。

最后，推广氢燃料汽车所需的基础设施投资的确巨大；但无论是与传统内燃机汽车还是电动汽车相比，这种投资都不会更高或者更复杂。相反，氢能基础设施的建设可能会更容易，因为它可以通过改造现有汽油运送、分配设施来进行――例如，变加油站为加氢站，而不需要一切从零开始。另外，人们还应当看到，氢能汽车的技术进化、市场普及和基础设施建设是互相支持的，而且处于同一个发展过程之中。就像人们无需等到充电网络完善后才推广电动汽车，氢能汽车的应用也无需等待氢能基础设施的完全建成。

基于如上原因，笔者认为氢燃料汽车不但有戏，而且前途光明、意义重大。它的发展具有推广电动汽车所不能替代的意义。如果说，在现有条件下，汽车厂家做为追求盈利者弃氢用电或许有情可原，那么政府和非盈利性科研机构则有不可推卸的责任去加强氢动力研发。