前几日与朋友聊天，谈及了汽车产业未来发展方向的话题，朋友表达了他的困惑：现在有两种截然不同的声音，一种认为特斯拉开创的纯电技术路径将是汽车工业的未来，除了电动新势力发展迅猛之外，所有传统主机厂也纷纷转型生产纯电汽车，只有以丰田为代表的日企还在推进氢燃料技术路线，却因此备受嘲讽；另一种声音则认为现在主要的电力生产方式并非通过清洁能源，因此电动汽车在本质上并不环保，相反氢能是一种真正能够实现零排放的理想能源，所以纯电汽车只是昙花一现，氢燃料汽车才是未来。这两种声音各有各的道理，究竟哪种技术路径才是汽车工业的未来呢？

笔者的确也听到过这两种声音，而且也接触过不少相关信息，但却从未系统性的研究过这个技术路线之争的相关问题。为了搞清楚这个问题，笔者通过查阅资料、与研发人员沟通等方式，逐步梳理出了相关技术和产业发展的整体脉络，相信可以从更加全面的角度与大家交流分享。

对于很多人来说，对氢能源最初的了解来自于中学化学课。在课上，老师讲授并演示了氢气燃烧和电解水的相关知识，同时介绍说氢气的燃烧热值高，燃烧后只产生水，是真正零污染的能源；同时氢气的电解法生产工艺只以水为原料，而水在地球上的储量丰富，因此氢气可是说是取之不尽用之不竭的能源形式。从那时起，许多人的头脑中便种下了一个极为深刻印象，认为氢气是人类社会理想的终极能源，而这种印象也在很大程度上影响了人们对于氢燃料汽车前景的判断。然而，从化学式的成立到可用于大规模工业生产的实用技术的研发成功，这中间存在着巨大的、尚未跨越的鸿沟，因此我们还需要从技术实用性和全产业链的角度分析整个产业中存在哪些技术瓶颈，进而探讨氢燃料汽车产业的发展前景和可行路径。

氢燃料电池汽车原理

氢燃料电池原理最早由德国化学家克里斯蒂安·弗里德里希·尚班(Christian Friedrich Schönbein)于1838年提出，但直到1955-1958年间，现代意义上的燃料电池才被通用电气研发制造出来，并以两位主要贡献者的名字命名为葛卢布-尼德拉克燃料电池(Grubb-Niedrach Fuel Cell)。

氢燃料电池的核心组件为燃料堆，包括含有铂基催化剂的正负极和中间的质子交换膜(电解质)，氢气被供给到阳极端，在催化剂的作用下释放出电子，进而产生可供电机使用的直流电，而氢离子则穿过电解质到达阴极与空气中的氧气发生化学反应产生水。

在这一套系统中，铂基催化剂是促进反应发生的核心技术，然而铂元素为稀有金属，储量低价格高，据悉仅催化剂一项的成本就占到整车成本的30%以上，因此大规模商用存在很大困难。目前相关研发的主要方向为降低单位面积内铂的用量和寻找价格更低的非铂基催化剂，不过非铂基催化剂的研发尚缺乏实质性突破，只是在降低铂用量的技术路径上取得了一些进展，但相较于大规模商用的需求仍显不足。

就燃料电池技术瓶颈问题，笔者也访问了参与过氢燃料电池技术开发的同事，除了催化剂问题以外，燃料电池还面临着催化剂在与杂质气体(如二氧化碳)接触下逐步失效的问题，以及反应产水渗入稀释电解质的问题，这些问题会逐渐降低反应强度，致使整个系统的功率不断下降，进而缩短系统的使用寿命。

在目前的燃料电池研发领域中，日本由于发展起步较早，因而先发优势明显，拥有40%以上的全球相关技术专利，并且已经开始在部分市场中小规模商用，其它主要汽车工业国与日本存在不小的差距。可以想见的是，其它国家在发展氢燃料汽车的过程中无法避免的会碰触到日本的专利壁垒，这也被认为是其它国家纷纷避开氢燃料汽车技术路线转而积极鼓励纯电汽车产业发展的原因之一。

加氢、充电产业对比

除了燃料电池技术本身，整个氢燃料汽车产业的发展也存在许多技术瓶颈。我们将与电动汽车产业进行对比，探讨两个不同产业模式之间的优劣差异。

首先需要简单介绍一下当前不同的氢气生产工艺。氢气的类型从生产工艺角度分为三类：绿氢、蓝氢和灰氢。绿氢是通过电解水获得的，优点在于清洁，氢气纯度高，但缺点在于能量转化效率低，需要消耗大量电能。灰氢是通过裂解化石能源(石油、煤炭、天然气等)获得的，是一种传统的、正在大规模使用的制氢工艺，在生产过程中会产生大量温室气体，同时产出的氢气中也含有其它气体杂质。蓝氢是对于灰氢工艺的技术优化，通过捕获和储存制造过程中排放的二氧化碳以降低温室气体排放，虽然相对更加环保但仍然需要消耗大量化石能源。其它诸如光解水、生物质制氢技术尚不成熟，无法大规模商用。

观察上面的充电和加氢产业结构图，可以发现两者各有一条清洁能源通路，并且都仰赖于清洁的电力生产方式，而这是需要光伏、风能、原子能等清洁发电技术的发展和大规模应用才能实现的。对于充电产业而言，充换电基础设施在全球主要市场都在大规模建设中，当前主要的技术瓶颈在于如何大幅提升充电速率。虽然不少厂商已经开发了高压快充技术，最高可以通过800伏电压实现10分钟增加400公里续航，但是尚未大规模铺开，同时这样的高压充电设施也会给电网带来一定的压力。另外，在这条技术路径上，电池回收再利用也是一个长期性的挑战。目前中国等电动汽车产销大国已经陆续出台了鼓励梯次利用、强制回收拆解的法规，以此来降低废旧电池带来的污染问题。

与纯电技术路径相比，氢燃料路径的清洁能源通路多一个制氢的节点，因此在流程上就相对冗余，而多一个能源转化节点就意味着能源的消耗损失。考虑到绿氢生产的能源消耗很大，转化效率也不高，因而成为了这个产业链条上的重大技术瓶颈。目前绿氢占整个工业制氢的比例只有5%左右，属于较为边缘的生产方式。另外，氢气的运输、储存、加注过程中的安全性在大规模使用过程中也存在一定风险。目前氢气的主流生产方式仍为灰氢工艺，不但消耗传统化石能源，还产生大量温室气体和其它空气污染，因此当前的加氢产业比充电产业更加耗能和污染，需要解决许多技术瓶颈才能实现本质的提升。

进一步从能源转化效率角度考察两种技术路径的清洁能源通路，根据德国大众集团的研究，纯电技术路径在这方面具有明显优势。氢燃料路径从电力产出到运输加注环节就已经损失了一半左右的能量，再到燃料电池发电输出能量驱动车辆，整个流程的能源转化效率只有10%-20%，与纯电路径下的70%-80%相去甚远，因此如何提高整体的能源转化效率也是氢燃料路径下需要大力解决的问题。

氢燃料、纯电汽车实际使用对比

正如前文所述，从全产业的角度观察，氢燃料技术路径在现阶段的能源利用率低、制氢过程污染大，与纯电技术路径相比处于劣势。然而从两种车型的实际使用的角度观察，结果又会是怎样呢？

从乘用车的角度进行对比，可以发现氢燃料汽车的优势在于补能时间短，但在补能成本方面不具优势。据悉在当前的补贴政策支持下，加氢成本与加注燃油的成本接近，不过考虑到政府补贴和主流制氢方式均会逐步发生改变，因此氢气的价格在未来具有相当的不确定性。

而在补能设施数量上，加氢设施与充电设施则完全无法相比，用天差地别形容一点也不为过。在加氢设施相对充足的美国南加州地区，由于各方的鼓励措施（如联邦补贴8,000美元、厂商补贴最高25,000美元、加氢免费），吸引了不少用户购买或租赁氢燃料乘用车，但是随着用户数量的增加，原本相对充足的加氢设施开始显得不够用了，据悉加氢等待的时间显著增加，平均可达45分钟，使用体验大幅下降。同时，由于企业(以日韩企业为代表)在推广氢燃料汽车的过程中提供了大量的价格和燃料补贴，因此企业实际上是在亏本销售(有消息称每销售一辆氢燃料汽车亏损10万美元，未证实)，因此企业没有动力和财力继续扩大加氢站的布局，再加上纯电乘用车产业高速发展所带来的冲击，整个氢燃料乘用车产业处在一个相当尴尬的局面中。从财务的角度考量，目前车企的高额补贴推广模式并不具有可持续性，在没有更加积极的产业政策配套下，企业的单打独斗很难取得实质性的成功。

不过，对于商用车而言，情况就有很大不同了。目前的商用车市场中，纯电车型尤其是纯电重载车型发展也很缓慢，与乘用车领域存在很大差距。在技术上，当前的锂电池能量密度已经没有了大幅度提升的空间，新型的固态电池、钠电池技术尚不成熟，因此要为重型商用车提供足够的动力和续航，就需要增加电池模组的数量，这样一来车体的重量大幅增加，因而削弱了载货能力；同时也是由于电池模组数量的增加，充电时间必定会相应的延长，致使货运周期和时间成本增加。相比之下，氢燃料商用车在车重和补能时间方面存在明显优势，而在补能设施方面，两种技术路径其实仍然处在同一起跑线上。由于商用车的运营线路相对固定，尤其重载车辆主要在城际公路沿线运行，因此不需要在人口稠密的城区进行大规模的加氢设施建设，只需要在人口稀疏的城际公路沿线建设即可，这不仅对冲了加氢站建设成本高的劣势，同时也在客观上降低了氢气运输、储藏和加注的安全风险。

如何发展氢动力商用车产业

了解了氢燃料汽车在商用车领域所具有的优势，我们必然要问：目前全球的氢燃料商用车产业发展如何？

当前，许多商用车巨头已经加快了在氢燃料领域的布局，比如戴姆勒、日野等传统厂商都发布了氢燃料重卡，欧美也有为数不少的新势力企业涉足这一领域，如Nikola和Hyzon，且都已在美股上市。在中国厂商中，也有不少传统商用车生产商发布了氢燃料重卡，如上汽红岩、中国重汽等。在中国如火如荼的造车新势力中也不乏氢燃料商用车的身影，如格罗夫旗下的中极氢能汽车，百度投资的新能源商用车品牌DeepWay也推出了氢电共用平台，为未来成熟后的氢燃料动力技术预留了兼容性。

不过在实际使用方面，目前氢燃料商用车还在起步阶段，而价格是重要的制约因素。由于商用车本质上是生产工具而非消费品，因此货运公司和司机个体对于采购价格和使用成本及其敏感。氢燃料商用车由于铂基催化剂和其它技术因素，目前的采购价格大幅高于燃油商用车，同时加氢成本与加油相比也没有明显优势，便利性更是差距巨大，因此无法吸引潜在用户实际购买。现在绝大多数的在营氢燃料商用车队都是厂商自有或针对具体事项的(如奥运会)，测试和推广的意义大于实际使用的意义。

因此，我国在发展氢燃料商用车产业时需要综合考虑各种因素，集中资源突破关键性的技术难题，才能够实现技术的实际应用，从而推动产业的可持续发展。在燃料电池技术方面，研发成本更低的催化剂是重中之重，这直接关乎到车辆的实用价值。而在氢气生产领域，与清洁电力生产相配套的绿氢制备技术突破也是整个产业发展的核心议题，但此类技术的突破有赖于整个能源产业的技术革新，车企在这方面很难亲历亲为。另外，加氢基础设施还要持续完善，不断扩展布局并提高安全性可靠性。同时，在全产业链条的各个技术环节上不断提高能源转化效率也是重要的发展突破方向。

除此之外，产业界和政策制定者还应有意识的利用一系列的技术、市场和政策工具打破日本在氢燃料汽车产业中建立的专利壁垒，不能让其成为阻碍我国相关产业发展的重大障碍。而这一切都需要有合理的产业政策进行有力的支撑，利用产业政策为企业技术研发、基础设施配套、车主购车和使用提供激励，同时消除各方面不利因素的影响，才能使我国的氢燃料商用车产业持续发展壮大。

结语

虽然氢燃料汽车产业还有许多有待解决的瓶颈问题，尤其是与当下电动化的大趋势相比，氢燃料路线没有表现出足够的潜力。但笔者仍然认为我国应该积极发展氢燃料汽车产业，不能落后于其它竞争者，因为中国作为一个大国，在任何一个关键技术领域的落后都可能带来卡脖子的系统性风险，尤其是在能源这一全局性的重大领域，更是不能掉以轻心。

在当前阶段，可以率先鼓励发展氢燃料商用车，待技术成熟、布局扩展后，也可依情况拓展氢燃料技术在乘用车领域的应用。毕竟未来的汽车产业究竟如何没有人可以准确预料，我们能够做的就是未雨绸缪，利用我们的产业和市场规模优势加快多种技术路径的布局，为未来增加一种可能性，更是在激烈的国际产业竞争中增加一分胜算。

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