4G光元：幾十年來，氫燃料電池一直被人們所忽略，但是，它們己經(jīng)悄悄進(jìn)入了自己的角色，漸入佳境。豐田要告訴我們?nèi)剂想姵乜梢詫?shí)現(xiàn)卡羅拉成本，也就是中國人常說的白菜價(jià)。


一直以來宣傳燃料電池，建議電動(dòng)汽車用其他方式供電，是會(huì)遭到譴責(zé)的。提到燃料電池，你會(huì)迅速被認(rèn)為是白癡，大石油的代言人，甚至更糟糕。特斯拉的埃隆馬斯克經(jīng)常對(duì)燃料電池肆無忌憚妄加指責(zé)，嘲諷之為“令人難以置信的愚蠢”，和“傻瓜細(xì)胞” ，與電池路線支持者搖旗吶喊產(chǎn)生共鳴。


新能源圣戰(zhàn)的另外一側(cè)表現(xiàn)則比較安靜，為了了解燃料電池如何成為白菜價(jià)，我坐在東京品川站的一家咖啡店，專門采訪了豐田燃料電池項(xiàng)目的核心人物之一，廣瀨勝彥（Katsuhiko Hirose）教授，他一直負(fù)責(zé)豐田的燃料電池系統(tǒng)開發(fā)，他告訴我為什么馬斯克理如此害怕燃料電池：氫燃料電池汽車終將比汽油動(dòng)力汽車便宜，在世界各地為零排放運(yùn)輸敞開大門，而不僅僅是在能夠負(fù)擔(dān)依賴稀缺的自然資源和政府支持的電動(dòng)汽車的富裕地區(qū)。


現(xiàn)在加氫站太少，而且這種稀缺性讓燃料電池汽車未來持懷疑態(tài)度者的大放厥詞。一位年輕的物理學(xué)家Hirose，他在核聚變工程中曾開發(fā)了早期的數(shù)字引擎控制器單元。后來這變成了一個(gè)管理燃油經(jīng)濟(jì)性和排放的任務(wù)，這個(gè)控制器可以說是天上掉下了一個(gè)大餡餅，成就了混合動(dòng)力的豐田普銳斯。

當(dāng)豐田開始研究氫燃料電池時(shí)，Hirose加入了團(tuán)隊(duì)。Hirose還清楚的記得，作為一名科學(xué)家，他明確指出氫氣是一種需要能量產(chǎn)生的能量。同時(shí)當(dāng)時(shí)他質(zhì)疑氫氣從哪里來，以及儲(chǔ)存在什么地方。因?yàn)?，?dāng)時(shí)並沒有合適安全的大型存儲(chǔ)系統(tǒng)。

那時(shí)是2003年，Hirose的老板Mitsuhisa Kato告訴他“現(xiàn)在是加入敵對(duì)陣營的時(shí)候了”，從混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向氫氣研究。Hirose被任命為豐田燃料電池系統(tǒng)開發(fā)總經(jīng)理，他不得不努力消除自己的疑慮。當(dāng)然，他並不是唯一的懷疑者。


三年后，在2006年，德國科學(xué)家Ulf Bossel撰寫了一篇論文，基本上聲稱用電制氫是浪費(fèi)能源。博塞爾認(rèn)為，將相同數(shù)量的能量存儲(chǔ)在電池中，而不是將其轉(zhuǎn)化為氫氣以便存儲(chǔ)和以后使用會(huì)更有效。相信幾十年后，電池行業(yè)的極端者仍然將把這一理論視為寶典。 直到今天，博塞爾的電熨斗理論仍然是純電池原理的思想基礎(chǔ)。


Hirose認(rèn)為這位核物理學(xué)家，波塞爾在他的分析中犯了一個(gè)根本性的錯(cuò)誤。博塞爾假設(shè)氫氣將使用現(xiàn)有電力產(chǎn)生。“如果起點(diǎn)是電力已經(jīng)在那里，如果你用現(xiàn)有的電力用電解水制氫，那么是的，你會(huì)失去30％的能量，”Hirose提醒說。“但是人們忘記了，當(dāng)用天然氣或煤炭制造電力時(shí)，60％到70％的能量都會(huì)損失掉。如果直接從天然氣甚至煤中產(chǎn)生氫氣，它們將不會(huì)損失60％或70％的能量。這一切都取決于你從哪里開始。“

今天的大部分氫不是通過電解水制成的，而是通過重整天然氣，甚至是煤。奇怪的是，博塞爾并沒有像他自己承認(rèn)的那樣“考慮這個(gè)選擇，因?yàn)闅錃馔耆梢砸韵鄬?duì)較低的成本進(jìn)行化學(xué)合成。”

反燃料電池技術(shù)的另一個(gè)支柱是 “當(dāng)儲(chǔ)存液態(tài)氫時(shí)，出于安全原因必須允許一些氣體蒸發(fā)，這意味著在兩周后，即使沒有被驅(qū)動(dòng)使用，汽車也會(huì)失去一半的燃料。 “難怪如果我們讓一半的氫氣在還沒有為車輛提供動(dòng)力之前蒸發(fā)消失了。這里有點(diǎn)牛頭不對(duì)馬嘴，我們討論的是氫氣，而博塞爾談?wù)摰氖且簹洹?br />

汽車制造商早就放棄了，在乘用車上使用液氫的想法，因?yàn)槿绱酥〉膬?chǔ)氫罐無法保持液氫在－253°C以下，其中一半的確可能在兩周內(nèi)蒸發(fā)。燃料電池汽車中使用的氫氣是加壓的，而不是液體，它不會(huì)逸出。然而，如果氫氣想從現(xiàn)在的儲(chǔ)氫罐中逃脫可能至少需要13年時(shí)間。


另一方面，大規(guī)模儲(chǔ)存氫采用液態(tài)儲(chǔ)氫確實(shí)是非常實(shí)用的，當(dāng)我喝第二杯咖啡時(shí)，我從豐田專家那里學(xué)到了這一點(diǎn)：在日本的種子島空間站，足夠的液態(tài)氫為多個(gè)火箭發(fā)射提供動(dòng)力儲(chǔ)存數(shù)月，蒸發(fā)量小于1％。即便是少量的增發(fā)也可以不浪費(fèi)用于發(fā)電或其他應(yīng)用。

電池的重量一直是電池?zé)o法逃避的短板。重量是里程的大敵，通過增加電池來提高續(xù)航，讓越來越多的能量被電池重量所抵消和浪費(fèi)。電動(dòng)重型卡車的失敗嘗試就充分的證明了這一點(diǎn)。


40噸電池動(dòng)力卡車，500公里續(xù)航需要8噸電池。這個(gè)數(shù)字確實(shí)有點(diǎn)荒謬，你想要運(yùn)輸是貨物，而不是一個(gè)巨大的電池。而燃料電池組卻更輕，更易于操作。氫燃料電池動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的重量可與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相媲美，豐田的專家告訴我，可以更輕。單位重量氫氣的能量是柴油燃料的三倍。

自Ulf Bossel寫論文以來，時(shí)代和技術(shù)發(fā)生了變化，他自己早已不做純粹的電池信仰的傳教士。Ulf Bossel現(xiàn)在是瑞士Almus AG的所有者，該公司出售UBOCELL，一種將燃料轉(zhuǎn)化為電能的小型SOFC燃料電池。


到目前為止，燃料電池對(duì)電池陣營的最大威脅一直保持不變 - 當(dāng)我要了今天早晨的第三杯咖啡時(shí)，有興趣的話題出現(xiàn)了，燃料電池車將很快比豐田自己的混合動(dòng)力汽車便宜，而且有一天它們可能比普通汽車便宜。雖然我們提及燃料電池汽車非常昂貴，因?yàn)樗鼈兪褂昧舜罅康你K金？

Hirose說：“當(dāng)?shù)谝慌剂想姵剀嚭馁Y一百萬美元時(shí)，我們就使用了100克鉑金。你要花3000美元購買。現(xiàn)在我們用量......“他停頓了一下。“已經(jīng)很少了，甚至可以不使用。”隨著鉑在豐田的燃料電池組的影響不斷減少，最后，Hirose透露它現(xiàn)在的用量與柴油車催化轉(zhuǎn)換器的鉑金相當(dāng)，MIRAI大約使用10克白金。

雖然事實(shí)并非如此,人們?nèi)匀涣?xí)慣認(rèn)為燃料電池使用了大量昂貴的貴金屬。“Hirose說。“燃料電池堆中最昂貴的東西是0.01毫米的薄膜。電堆的其余部分非常便宜。實(shí)際上，燃料電池最昂貴的部分就是工藝，它是單一零件重復(fù)堆疊的制造，成本并不進(jìn)入它的材料。“

這使得燃料電池相對(duì)于電池具有巨大的成本優(yōu)勢。70％的電池成本是在原材料中，原材料的價(jià)格通常不會(huì)隨著需求的增加而迅速下降。電池也沒有逃脫政治的捆綁。電池的一個(gè)關(guān)鍵成分是鈷(Cobalt)，世界上66％的供應(yīng)來自剛果民主共和國，該地區(qū)人權(quán)狀況欠佳。原始設(shè)備制造商急于獲得供應(yīng)，鈷的價(jià)格一路飆升。相比之下，鋰電池相對(duì)充足，但“作為全球爭奪的活動(dòng)的狂熱爆發(fā)，以提取金屬和確保鋰離子電池的供應(yīng)。”，只要世界上有水（H2O，氫的兩個(gè)氫原子），就有取之不盡的氫氣。

由于70％的電池成本與原材料相關(guān)，因此成本優(yōu)化必須集中在剩余的30％，并且“電池產(chǎn)能已經(jīng)足夠大了，但是電池成本並沒有下降很多？“由于產(chǎn)能過剩，電池成本大幅下降，”Hirose說。“電池是一種商品，如果有人以低于10％的價(jià)格出售它們，他們就能獲得銷售，而且這樣做的結(jié)果銷售價(jià)格會(huì)越來越低。世界各地建造的巨大電池廠需要巨大的前期投資，技術(shù)進(jìn)步幾乎沒有時(shí)間來收回CAPEX。豐田公司的電池合作伙伴松下寫道“兩年內(nèi)虧損70億美元，主要是因?yàn)檫^時(shí)的電池廠的拖累。

全球又有多少電池廠沒有被套上了這個(gè)緊箍咒呢？


松下制造的電池由特斯拉轉(zhuǎn)而成為內(nèi)華達(dá)Gigafactory的電池模塊。松下公司總裁Kazuhiro Tsuga最近告訴彭博社，松下“與特斯拉仍在虧錢” ，只能稱之為有望改變。與此同時(shí)，松下為特斯拉制造的18650和2170電池已經(jīng)過時(shí)，當(dāng)豐田和松下宣布聯(lián)盟首先制造棱柱形電池，然后固態(tài)時(shí)，Tsuga公開希望技術(shù)不會(huì)進(jìn)展太快，如果我們突然轉(zhuǎn)向固態(tài)電池，我們現(xiàn)在的投資就又要被打水漂了。

與電池相比，燃料電池仍處于規(guī)模的早期階段，豐田6萬美元的Mirai燃料電池汽車只生產(chǎn)了約3,000輛，但它“正在建造一座新工廠，到2020年將產(chǎn)量提高到每年30,000輛”。最重要的是，豐田將其燃料電池技術(shù)應(yīng)用于卡車，公共汽車以及非機(jī)動(dòng)性之外的許多應(yīng)用，規(guī)模的擴(kuò)大，已經(jīng)使豐田擁有世界上成本最低的燃料電池了。

到2025年，豐田計(jì)劃將燃料電池汽車的價(jià)格與現(xiàn)在混合動(dòng)力汽車的水平相當(dāng)，但“就個(gè)人而言，Hirose對(duì)這個(gè)目標(biāo)并不十分滿意。“為了進(jìn)入替代燃料世界，我們需要提供比傳統(tǒng)汽車更便宜的燃料電池。這是我個(gè)人的目標(biāo)。我認(rèn)為可以做到。

這個(gè)目標(biāo)聽起來有點(diǎn)高不可攀，但根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)燃料電池行業(yè)評(píng)論的共同作者，燃料電池工程師Matthew Klippenstein說法，豐田對(duì)燃料電池成本的樂觀情緒在行業(yè)中悄然分享和走俏，即使是電池永遠(yuǎn)是新能源統(tǒng)的頭條新聞。隨著燃料電池的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，其成本將直線下降。

Hirose認(rèn)為燃料電池汽車的成本會(huì)低于卡羅拉，這取決于我們對(duì)真正可持續(xù)交通的認(rèn)真程度和決心。豐田但努力微不足道，需要全社會(huì)的參與，那就完全有可能。Hirose現(xiàn)年63歲，他相信他的有生之年能看到它實(shí)現(xiàn)的那一天。

關(guān)于電池和燃料電池堆之間細(xì)微差別的爭論還沒有結(jié)束，只要工廠必須攤銷，它就會(huì)肆虐，只要有政府資金，沒有人愿意與另一個(gè)陣營分享。雖然電池電量成為所有頭條新聞，但全球?qū)涞闹С终谠鲩L。在達(dá)沃斯舉行的2017年世界經(jīng)濟(jì)論壇期間，成立了一個(gè)氫能委員會(huì)，其中包括53家能源，運(yùn)輸和工業(yè)公司，Hirose作為豐田在論壇的發(fā)言人。到2025年，中國宣布了350個(gè)加氫站的計(jì)劃。到那時(shí)，德國希望擁有400個(gè)加氫站。日本將世界第三大經(jīng)濟(jì)體重新投入燃料電池，并宣布在2030年到2050年之間計(jì)劃將該島國變?yōu)?ldquo;氫社會(huì)” 。日本首都東京都希望氫氣更加普遍，并計(jì)劃到2020年奧運(yùn)會(huì)實(shí)現(xiàn)氫氣社會(huì)。

廣瀨是一個(gè)直言不諱的人，他并不像他承認(rèn)的那樣“喜歡氫社會(huì)這個(gè)詞”。“氫社會(huì)意味著我們完全豪賭氫能源。相反，我們應(yīng)該為可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)提供一系列解決方案。當(dāng)然，政府可以激勵(lì)，但從長遠(yuǎn)來看，我們需要提供客戶喜歡選擇的東西。這與電池與燃料電池?zé)o關(guān)。它涉及可持續(xù)，運(yùn)輸和客戶的選擇。“

“建設(shè)一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)是一項(xiàng)繁重的工作，”Hirose在收集他的東西以便將他的新干線趕回名古屋時(shí)說道，“但如果我們推遲就全球變暖等問題作出決定，我們就可能偷拿走了我們后代的未來。