本篇主要來闡述氫燃料電池汽車（Fuel cell vehicle-FCEV），了解什麼是氫能源汽車以及它的工作原理，氫能源對于碳排放有什麼影響，以及氫能源汽車有哪些發展瓶頸。

氫燃料電池車(Fuel cell vehicle-FCEV)是使氫或含氫物質與空氣中的氧在燃料電池中反應産生電力推動電動機，由電動機推動車輛，廣泛使用氫燃料作為交通能源是氫經濟的一個關鍵因素。

氫能源汽車，使用氫為能源的最大好處是它跟空氣中的氧反應，僅産生水蒸氣排出，可以實現0排放，有效減少了傳統汽油車造成的空氣污染問題，這也是氫能源汽車區别于純電動/混動汽車的顯著特征，但目前它們并不像純電動汽車、混合動力汽車以及插電式混合動力汽車那樣普及。

豐田2022款 Mirai氫能源汽車（圖片來源Toyaota網址）

電動和混合動力汽車越來越受歡迎，一部分原因是它們有助于降低排放到大氣中的碳排放量，另一方面電動汽車充電要比氫能源汽車加氫更容易。但它們不是更環保駕駛的唯一選擇，氫燃料電池電動汽車聽起來像是科幻小說中的東西，但這些汽車的存在時間可能比你想象的要長。

氫能源汽車架構和組件（圖片來源afdc.energy.gov)

燃料電池的工作示意圖（圖片來源戴姆勒公司）

燃料電池是氫和氧之間發生電化學反應的裝置，燃料電池的主要部件包括陽極、陰極和電解質。在電解質存在下，燃料離子（即氫離子）與氧離子反應以産生電、水蒸氣和熱。此外，該反應僅在800℃的溫度下進行。因此，該反應的另一個名稱是“冷燃燒”，這樣産生的電力驅動電動機，電動機又旋轉車輛的車輪。

單個燃料電池的厚度約為2毫米，但是，它隻能産生1伏的電勢差。因此，燃料電池電動汽車使用數百個燃料電池陣列，稱為“燃料電池堆”。

氫能源汽車是一種電動汽車，它使用燃料電池為電動機提供動力，而不是主要依靠锂離子電池組。

氫能源汽車也不像汽油車那樣燃燒燃料，與電動汽車一樣，氫能源汽車不會産生有害排放物，唯一的副産品是水蒸氣，可以實現0排放。因為它們是電動汽車，所以你也會聽到它們也被稱為燃料電池電動汽車（FCEV）。

Mirai通過将氫與來自外部空氣的氧結合來發電（圖片來源Toyaota網址）

燃料電池在設計上類似于锂離子電池：它們有一個陽極、一個陰極和一個催化劑，觸發電子和質子從泵入的氫氣中分離。像電動汽車電池中的锂離子電池一樣，氫能源汽車有多個燃料電池同時工作來發電，這種電池的集合稱為氫燃料電池堆。

來自汽車車載燃料箱的氫氣與燃料電池堆中的氧氣結合，通過一種稱為反向電解的過程發電。電子從氫氣中移除，通過電路為電機提供動力，并與電路另一側的氧氣結合形成水蒸氣，水蒸氣通過汽車排氣排出。

氫罐、電池和電機共同為FCEV提供動力（圖片來源BMW）

根據情況，氫燃料電池産生的電力可以采取兩種途徑。這些能量要麼直接為電動機提供動力，要麼為一個小型锂離子電池充電，該電池有助于為電動機提供電力，并可以儲存能量供以後使用。

該電池還可以從車輛的再生制動系統獲取電力，以供以後使用，并在低能量駕駛期間存儲來自燃料電池堆的多餘電力。如果對發動機的要求更高，電池将起到幫助作用。

豐田Mirai燃料電池車的估計行駛裡程為402英裡（照片來源Toyota網址）

燃料電池電動汽車的氫燃料箱加氫的速度大約和汽油車加油一樣快，這是氫燃料汽車比電池電動汽車具有的一個重要優勢。你隻要把車停到加油站，連接軟管，大約五分鐘後油箱就滿了。

氫能源汽車相對于電池電動汽車的另一個優勢是其行駛裡程更長，根據相關數據顯示，FCEV加滿一次氫後可以行駛300到400英裡（482km ~ 644km）。另一方面，所有電池電動汽車的平均行駛裡程約為250英裡（402km）。

FCEV可在車上安裝多個氫氣罐，但是如果處理不當，氫氣可能會易燃，因此這些氫氣罐壁厚和抗壓性能必須經過嚴格的測試，以确保碰撞安全。車輛中還内置了故障保護裝置，以确保在燃料電池被移除或過熱的情況下，氫被分散和釋放。

在高速碰撞中，傳感器被設計成阻止氫的流動，任何洩漏的氫都會迅速安全地逃逸回大氣（照片來源Toyota網址）

快速加氫，電力，以及唯一的副産品是水，這聽起來像是完美的綠色交通工具，但是氫能源汽車有它的欠缺的地方。

2021，本田Clarity燃料電池的EPA續航裡程額定值為360英裡，裝滿氫（圖片來源Honda）

雖然氫能源汽車的續航裡程比電動汽車更長，但氫能源車輛的加氫成本更高，部分原因是氫的生産成本太高。氫雖然是地球上最豐富的元素，但将其提煉成一種可以為車輛提供動力的形式需要付出努力，而這種努力反映在每輛車儲氫罐的成本中。

戴姆勒不久前宣布終止氫燃料電池乘用車研發計劃，這意味着自2013年以來與福特和日産合作開發的項目已經停止，戴姆勒放棄燃料電池項目的核心原因是制造氫燃料電池乘用車的成本太高。

作為直接面向消費者的産品，氫能源汽車的價格是其購買的重要原因。一些組織對氫燃料電池汽車的成本進行了初步統計，FCEV的價格是BEV的1.5至2倍，是燃油汽車的3至4倍。如果氫燃料電池乘用車的成本居高不下，未來将很難有市場。

本田汽車安裝儲氫罐（圖片來源網絡）

豐田汽車的儲氫罐（圖片來源網絡）

基礎設施是FCEV的第二大障礙，如果未來加氫站布局不足，FCEV的市場會存在很大的挑戰，截至目前，中國有59座加氫站在運營，53座在建，20座在規劃，而且發展很慢。

全世界隻有不到400個FCEV加氫站，盡管正在努力建設更多的加氫站。美國的目标是到2030年實現1000個在線加氫站，不過這比電動汽車充電站要少得多，截至2021電動汽車充電港在美國的數量約為11萬個。

加氫站（圖片來源網絡）

加氫站（圖片來源網絡）

氫能源汽車面臨的另一個挑戰是氫氣的制造，盡管氫燃料電池汽車可以自己無排放運行，但制造氫燃料的工廠通常通過燃燒化石燃料，這一過程稱為蒸汽重整。如果這種情況繼續下去，FCEV将無法盡可能多地保護環境，也不能真正被稱為零排放汽車。

圖片來源Ifri

目前正在探索氫氣制造的替代工藝，包括水電解，它使用太陽能等可再生能源發電，可用于将氫與水分離，如果這一技術的突破，将會對氫能源汽車市場的發展有很大的刺激作用。

同濟大學汽車學院副教授馬天才表示，從産業鍊角度看，中國氫燃料電池發展在車輛水平和系統水平上與國外差距不大，雖然水平差距不大，但關鍵材料卻很弱。

例如，電堆占氫燃料電池系統總成本的25%以上，其核心材料幾乎全部依賴國外制造商，在催化劑領域，國内消費量是國外企業的3-5倍，主要來自國外企業，隻有少數國内企業能夠小批量生産。此外，質子交換膜、膜電極等主要由國外企業供應。

氫燃料電池堆工作原理（圖片來源網絡）

氫燃料電池堆工作原理（圖片來源網絡）

氫燃料電池汽車能否突破瓶頸，可以從以下四點進行探讨：

第一點是基礎建設的發展，中石化、中石油以及國外能源巨頭（比如殼牌）等能源終端企業進入氫能行業，開始進行大規模的基礎設施建設。

第二點是産品開發，從産品端看，主流汽車公司和零部件公司需要進行長遠的産品規劃。

第三點是氫能供應鍊，從應用場景端來看，需要越來越多的氫能商業化公司，打造完善的氫能供應鍊。

第四點是氫能戰略規劃和發展，這一戰略需要來自政府政策和支持計劃。

從目前的市場發展可以看出，中國氫燃料電池乘用車的發展狀況正在改善，在2020年新能源汽車補貼政策中，燃料電池汽車将以“以獎代補”的方式授予示範城市。如《廣州市氫能産業發展規劃（2019-2030年）》所述，廣州市燃料電池乘用車将主要用于出租車、租賃等公共出行領域，預計2022年燃料電池乘客車數量将達到100輛左右。

在不久的将來，氫燃料電池乘用車的示範運營，或以租賃形式推廣，将是一個合理的選擇。從長遠來看，随着示範運營規模逐步擴大，成本進一步下降，氫燃料電池乘用車走向普通消費者隻是時間問題。

但是這些問題的解決，不會來得那麼快。換而言之，氫燃料電池汽車在新能源汽車市場需要一段時間，根據相關專業人士預測，氫燃料電池乘用車達到一定規模需要大約5年時間，也就是說，消費者小規模購買至少需要五年時間。

上海重塑能源科技有限公司董事長兼首席執行官林将燃料電池汽車的全球發展大緻分為三個階段：

第一階段是燃料電池乘用車發展階段，包括豐田、本田、奔馳等乘用車企業主導的燃料電池技術發展，為燃料電池技術的發展奠定了良好基礎，實現了許多技術問題的突破。

第二階段是燃料電池商用車的開發，在過去三四年中，燃料電池商用車在全球市場，特别是在中國保持了快速增長。無論是整車企業還是零部件企業，我們都逐漸将目光轉向長期、高負荷商用車。

第三階段，即從2020年開始，是燃料電池汽車新征程的開始。世界氫能應用的發展趨勢逐漸清晰，商業化場景已逐步實現，并處于不斷發展的過程中。

2018年9月28日，武漢首批氫燃料電池動力公交車在中國光谷武漢東湖新技術開發區359路公交線路試運行，武漢首座加氫站同步啟用，标志着武漢市氫燃料電池動力公交車全面進入商業化示範運行新階段。

全國首批氫燃料電池通勤客車在武漢開發區交付

全國首批氫燃料電池通勤客車在武漢開發區交付

2021年12月，上海将陸續上線31輛氫燃料公交車，覆蓋嘉定、奉賢、金山、臨港4個區域，目前已配套八座加氫站。

氫能源公交：2021/10/17 臨港7路、臨港7路B線正式投入運營(圖片來源網絡）

氫能源公交：2021/10/17 臨港7路、臨港7路B線正式投入運營(圖片來源網絡）

2022年2月，北京 2022 年冬奧會和冬殘奧會開幕，根據北京冬奧組委公布的數據，北京冬奧會将示範運行超 1000 輛氫能源汽車，配備 30 多個加氫站，是全球最大的一次燃料電池汽車示範。包括來自豐田汽車、北汽集團、宇通客車、福田汽車等等一衆車企的氫燃料電池汽車均将投入到北京冬奧會之中。

北京首座冬奧會配套加氫站順利投運（圖片來源網絡）

延慶賽區北京公交氫能源公交車服務冬奧（圖片來源網絡）

2020年，中國正式宣布力争2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。此外，還包括二氧化碳、甲烷、氫氟化碳等，即涵蓋了二氧化碳到非二氧化碳的全部溫室氣體。

減少二氧化碳排放量的手段，一是碳封存，二是碳抵消。一旦徹底消除二氧化碳排放，就能進入淨零碳社會。

希望随着科技的發展，可以優化提氫能的工藝，使得制造過程更加的環保和低碳，進一步降低儲氫的成本，可以大幅度刺激氫能市場的發展，為碳中和目标貢獻一份份額。

2030年實現碳達峰目标（圖片來源網絡）

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