氢能源拯救世界 可能性实在很小

氢燃料电池电瓶车，一个被过度使用的月经话题。

每当新能源(主要是纯电动汽车)概念火起来的时候，氢能总会作为“不成功的未来黑科技”出现在冷板凳上。当这一轮持续一年多的新能源崛起渐入佳境之时，“氢能是下一个风口”这个耳熟能详的论调正在蓄势待发。

多年来，一方面“氢能才是真正的技术，只有政策到位”，另一方面“氢能海市蜃楼中的日本车企押错宝了”。外界大部分人对“氢”的认识大致有两种:要么是比电动车更先进，更理想，但太先进，没有政策。所谓“赢在技术，输在”；要么电动车跳不了多久，世界终究要被氢能拯救。

今年夏天，氢燃料电池最重要的支持者之一本田宣布，将从8月开始终止氢燃料电池汽车Clarity燃料电池。另一大支持者、“氢阵营”最知名的成员丰田，为2020年东京奥运会预热数年的参展计划，在奥运会前夕以放弃赞助而告吹。

“氢气从哪里来？”制氢及其成本是一个被太多人讨论了太多次的老问题。来说点新鲜的吧。即使不考虑制氢成本，一辆宁德比亚迪能出一辆氢能车吗？或者说，你走不出去吗？

(本文中的“电动汽车”是指以化学电池为储能的纯电动汽车/电池电动汽车/BEV，以特斯拉为典型代表；“氢能源汽车”都是指氢燃料电池汽车。)

别说白金用量了，都是耍流氓

“3分钟加氢”、“续航1000公里”、“只排水”...为什么这么完美的氢能源汽车，至今连市场的零头都摸不到？为什么他是我哥的纯电动汽车(分阶段)翻了，而氢能还停滞不前？氢能尤其是氢燃料电池会成为下一个电动汽车吗？如果没有，为什么没有？

在特斯拉刚刚起步的时代，高昂的成本是制约包括特斯拉在内的众多新老车企发展电动车的主要原因。1996年通用EV1贵到不用卖整车，只提供租赁。2008年，特斯拉第一代Roadsters/A > 10万美元以上，正是因为当时的成本太高，才促使特斯拉选择从高价发展。

但是，成本也高。纯电动汽车原来的“贵”，和今天的氢燃料电池汽车略有不同。

锂电池每千瓦时成本的下降趋势

小孩子都知道，电动车上最贵的就是电池，正负极和电解液，再加上外围电路，散热，外壳等等。最近十年，电动车从无人问津走向千家万户的过程，说到底就是锂电池在投资和补贴的帮助下，从极其昂贵到可以接受的成本的过程。

规模经济可以降低的高成本不是怪物，只是暂时的、阶段性的高成本。

氢能呢？如果你还有高中化学的知识，你应该知道燃料电池不是“电池”——或者我们熟悉的化学电池。燃料电池，就是让氢气和氧气以非燃烧的形式，发生氧化还原反应，反应的产物是水，反应过程释放电能。

氢气燃烧时，让它以不燃烧的方式“燃烧”，它就变成了燃料电池。

或者可以这样理解:燃油车是汽油和氧气，通过燃烧氧化还原，释放机械能；燃料电池是氢气和氧气，以不燃烧的神奇方式氧化还原，释放电能。燃料电池汽车就像一辆燃烧氢气的汽车，但它将燃烧过程转变为不燃烧，并将释放的能量转变为电能。

与纯电动汽车相比，燃料电池汽车的名字中有“电池”二字，但实际上有一点更接近于燃油汽车:电能是通过储存的氢气和外部的氧气在燃料电池堆中产生和释放的，而不是像电动汽车一样通过外部电网充电并储存在电池中“先储存后放电”。

所以和燃油车类似，氢燃料电池车最贵的是能量产生装置而不是储能装置，也就是燃料电池堆而不是储气罐。燃料电池堆的关键部件是不燃烧的氢氧质子交换膜，而交换膜需要一种昂贵的贵金属:铂。

对，是铂金/铂金饰品，近一年的价格大概在200-300元每克。

在燃料电池堆中，铂是加速反应的催化剂，其用量直接关系到燃料电池的发电量。如果反应太慢，放电功率太小，车太慢，用不上。到2020年，丰田最新的第二代Mirai未来组合燃料电池车的铂单耗已经控制在0.2g/kW以下，一辆车所需的铂约为15-20g——比前期降低了80%以上。

但铂金消费仍有继续下降的空间和必要性。按单耗0.2g/kW，单车消耗20g(对应功率只有100kW)，铂金单价250元/克计算，仅原材料成本就达到5000元左右。相比纯电动车上万元的电池成本，5000元似乎不算多。

但首先别忘了，这只是铂的材料成本，在进入任何生产制造环节之前就已经存在了，任何其他材料、组件甚至燃料电池堆的所有制造成本还没有开始计算。电动车电池的“几万元”成本是整个电池组的整体成本。

那么，铂金是一种稀有的贵金属。2019年全球探明储量仅约7万吨，不到现有的约20万吨黄金总量。与那些用作锂电池原料的稀有金属相比，铂要稀有得多，很难像锂矿那样增加上游资金投入和提高开采提取技术，借助规模效应降低单位成本。

相反，如果普及氢能源汽车，工业用铂会快速增加，供需下降，铂价可能不降反升。除非在技术上有所突破，大幅度降低铂金用量或者找到替代品，否则这部分一次几万元的铂金，是无法通过规模化和产业化降低的“硬成本”。在纯电动汽车普及的过程中，锂电池成本越来越低的大戏，为氢燃料电池的肌体增添了铂元素。

这个绊脚石不小。我们知道锂电池的原材料用量主要决定续航里程；燃料电池的铂耗决定了燃料电池堆的发电量，进而决定了整车功率。前面计算的5000元成本的例子，是基于燃料电池堆功率只有100kW/134 HP，这是一个很低的数字。

丰田的第二代Mirai未来组合，燃料电池堆产生128千瓦/174马力，而电机功率只有182马力。结果0-96km/h用时9.2秒——相当于ES200，价格却高达5万美元。如果要达到标准版Model 3的175kW，光是铂金的材料成本就要近万元，而且不随产量增加而减少。对于一款25万左右价格合理的车型来说，这并不算重。

如果燃料电池堆的功率没有增加，则只有驱动电机的功率增加。当两者相差过大时，就会陷入“混合动力陷阱”:需要更大的锂电池储能，所以车更重，速度更慢；电池充满电，充满电，车辆性能不一致。自欺欺人不是出路。

什么是基础设施，什么是基础设施？

氢气的来源和加氢站其实是两个问题。前者是一个社会总收益的问题，决定了整个模式在经济上是否可行，后者是一个社会总投入的问题。

纯电动汽车普及的一个前提是电网，供电网络是现代社会最基础、最成熟的基础设施。虽然充电桩的安装，尤其是公共充电站的大规模建设，仍然对电网有很大的负荷压力，但毕竟可以基于现有的所有供电基础设施。充电网络的建设更多的是充电桩、站、场等终端的费用，不需要再铺设充电设施的供电网络。

还有加氢站，没有太多现成的基础设施可用。如果是少量加氢站，也可以利用现有的天然气加氢站和天然气管道进行改造——现在就是这种情况。然而，为了更广泛地普及氢能源汽车，全国各地的大多数加氢站都需要建设。由于氢气必须在35-70 MPa的高压下储存，再加上易燃易爆的特性，加氢站的建设成本远高于加气站。由于气体和液体的区别，依靠加气站改造加氢站并不容易。

加氢站并不涉及太多的技术难度，高昂的成本并非不可能降低。问题在于，几乎需要重建一整套基础设施，能够使用的现成设施很少，这使得加氢站网络需要比电动汽车充电网络更强大的资金投入，才能先于后者走上发展道路。

另一个技术问题来自储气罐，尤其是客车的储气罐。作为核心的燃料电池堆并不大，但是氢燃料电池车的储氢罐却给整车布局造成了不小的麻烦。因为氢气需要以加压液态储存——否则要持续几千公里，所以圆柱形储气罐是必须的。而圆形截面往往意味着空间利用率低。

电动车发展过程中，电池组也干扰了整车布局。后来人们发现机箱是电池的天然归宿。电池的单一组成——电芯本身体积小，排列灵活，使圆柱形电池和方形电池都可以平铺在底盘上，既高效利用了空间，又对整车布局没有不利影响。

电动车的电池布局问题更多的是前期，车企不愿意开发电动车专用平台。当电动化趋势被广泛认可后，车企开始从零开始开发纯电动汽车专属平台，电池组对车辆布局的影响基本消失。

然而，储氢罐就是另一回事了。它和电池不同:因为加压的需要，必须做成圆柱体；因为有漏气的可能，多一个气罐就是多一份风险，不可能像圆柱形电池一样用很多小个体来弥补空间效率；因为圆柱直径不会小，所以不能平铺在底盘上；因为需要保护，只能放在车辆中后部。

所以储氢罐只有一种形式，就是数量少，体积大，圆柱形。

0

这是丰田第二代Mirai未来组合的整体布局，显示了三个大油箱占据了多大的空间。

车辆中央的纵向储气罐使得Mirai未来组合后排的中央凸起远多于燃油车；后排底部的储气罐会影响后排座垫的厚度，丰田混动一直布置在这里的电池组会移到后排后方，所以放倒后排的功能是不存在的；后备箱下面的储氢罐影响了后备箱的地板高度，压死了备胎。

(注:氢燃料电池汽车通常需要一个小容量的锂电池来稳定燃料电池的输出，回收动能。燃料电池不能反向回收能量。可以理解为“氢电混合”。)

1

其实不用说，搜索任何一款氢燃料电池车的总布置透视图，都可以清楚地看到储氢罐在其中的尴尬和束缚:它是圆的，它还是大的，它又大又有才。

即使车企愿意投资氢燃料电池汽车，从零开始研发专门的车身平台，“圆而大”也是空间布局的永恒问题。氢燃料电池电瓶车，一个被过度使用的月经话题。

每当新能源(主要是纯电动汽车)概念火起来的时候，氢能总会作为“不成功的未来黑科技”出现在冷板凳上。当这一轮持续一年多的新能源崛起渐入佳境之时，“氢能是下一个风口”这个耳熟能详的论调正在蓄势待发。

多年来，一方面“氢能才是真正的技术，只有政策到位”，另一方面“氢能海市蜃楼中的日本车企押错宝了”。外界大部分人对“氢”的认识大致有两种:要么是比电动车更先进，更理想，但太先进，没有政策。所谓“赢在技术，输在”；要么电动车跳不了多久，世界终究要被氢能拯救。

今年夏天，氢燃料电池最重要的支持者之一本田宣布，将从8月开始终止氢燃料电池汽车Clarity燃料电池。另一大支持者、“氢阵营”最知名的成员丰田，为2020年东京奥运会预热数年的参展计划，在奥运会前夕以放弃赞助而告吹。

“氢气从哪里来？”制氢及其成本是一个被太多人讨论了太多次的老问题。来说点新鲜的吧。即使不考虑制氢成本，一辆宁德比亚迪能出一辆氢能车吗？或者说，你走不出去吗？

(本文中的“电动汽车”是指以化学电池为储能的纯电动汽车/电池电动汽车/BEV，以特斯拉为典型代表；“氢能源汽车”都是指氢燃料电池汽车。)

别说白金用量了，都是耍流氓

“3分钟加氢”、“续航1000公里”、“只排水”...为什么这么完美的氢能源汽车，至今连市场的零头都摸不到？为什么他是我哥的纯电动汽车(分阶段)翻了，而氢能还停滞不前？氢能尤其是氢燃料电池会成为下一个电动汽车吗？如果没有，为什么没有？

在特斯拉刚刚起步的时代，高昂的成本是制约包括特斯拉在内的众多新老车企发展电动车的主要原因。1996年通用EV1贵到不用卖整车，只提供租赁。2008年，特斯拉第一代Roadsters/A > 10万美元以上，正是因为当时的成本太高，才促使特斯拉选择从高价发展。

但是，成本也高。纯电动汽车原来的“贵”，和今天的氢燃料电池汽车略有不同。

锂电池每千瓦时成本的下降趋势

小孩子都知道，电动车上最贵的就是电池，正负极和电解液，再加上外围电路，散热，外壳等等。最近十年，电动车从无人问津走向千家万户的过程，说到底就是锂电池在投资和补贴的帮助下，从极其昂贵到可以接受的成本的过程。

规模经济可以降低的高成本不是怪物，只是暂时的、阶段性的高成本。

氢能呢？如果你还有高中化学的知识，你应该知道燃料电池不是“电池”——或者我们熟悉的化学电池。燃料电池，就是让氢气和氧气以非燃烧的形式，发生氧化还原反应，反应的产物是水，反应过程释放电能。

氢气燃烧时，让它以不燃烧的方式“燃烧”，它就变成了燃料电池。

或者可以这样理解:燃油车是汽油和氧气，通过燃烧氧化还原，释放机械能；燃料电池是氢气和氧气，以不燃烧的神奇方式氧化还原，释放电能。燃料电池汽车就像一辆燃烧氢气的汽车，但它将燃烧过程转变为不燃烧，并将释放的能量转变为电能。

与纯电动汽车相比，燃料电池汽车的名字中有“电池”二字，但实际上有一点更接近于燃油汽车:电能是通过储存的氢气和外部的氧气在燃料电池堆中产生和释放的，而不是像电动汽车一样通过外部电网充电并储存在电池中“先储存后放电”。

所以和燃油车类似，氢燃料电池车最贵的是能量产生装置而不是储能装置，也就是燃料电池堆而不是储气罐。燃料电池堆的关键部件是不燃烧的氢氧质子交换膜，而交换膜需要一种昂贵的贵金属:铂。

对，是铂金/铂金饰品，近一年的价格大概在200-300元每克。

在燃料电池堆中，铂是加速反应的催化剂，其用量直接关系到燃料电池的发电量。如果反应太慢，放电功率太小，车太慢，用不上。到2020年，丰田最新的第二代Mirai未来组合燃料电池车的铂单耗已经控制在0.2g/kW以下，一辆车所需的铂约为15-20g——比前期降低了80%以上。

但铂金消费仍有继续下降的空间和必要性。按单耗0.2g/kW，单车消耗20g(对应功率只有100kW)，铂金单价250元/克计算，仅原材料成本就达到5000元左右。相比纯电动车上万元的电池成本，5000元似乎不算多。

但首先别忘了，这只是铂的材料成本，在进入任何生产制造环节之前就已经存在了，任何其他材料、组件甚至燃料电池堆的所有制造成本还没有开始计算。电动车电池的“几万元”成本是整个电池组的整体成本。

那么，铂金是一种稀有的贵金属。2019年全球探明储量仅约7万吨，不到现有的约20万吨黄金总量。与那些用作锂电池原料的稀有金属相比，铂要稀有得多，很难像锂矿那样增加上游资金投入和提高开采提取技术，借助规模效应降低单位成本。

相反，如果普及氢能源汽车，工业用铂会快速增加，供需下降，铂价可能不降反升。除非在技术上有所突破，大幅度降低铂金用量或者找到替代品，否则这部分一次几万元的铂金，是无法通过规模化和产业化降低的“硬成本”。在纯电动汽车普及的过程中，锂电池成本越来越低的大戏，为氢燃料电池的肌体增添了铂元素。

这个绊脚石不小。我们知道锂电池的原材料用量主要决定续航里程；燃料电池的铂耗决定了燃料电池堆的发电量，进而决定了整车功率。前面计算的5000元成本的例子，是基于燃料电池堆功率只有100kW/134 HP，这是一个很低的数字。

丰田的第二代Mirai未来组合，燃料电池堆产生128千瓦/174马力，而电机功率只有182马力。结果0-96km/h用时9.2秒——相当于ES200，价格却高达5万美元。如果要达到标准版Model 3的175kW，光是铂金的材料成本就要近万元，而且不随产量增加而减少。对于一款25万左右价格合理的车型来说，这并不算重。

如果燃料电池堆的功率没有增加，则只有驱动电机的功率增加。当两者相差过大时，就会陷入“混合动力陷阱”:需要更大的锂电池储能，所以车更重，速度更慢；电池充满电，充满电，车辆性能不一致。自欺欺人不是出路。

什么是基础设施，什么是基础设施？

氢气的来源和加氢站其实是两个问题。前者是一个社会总收益的问题，决定了整个模式在经济上是否可行，后者是一个社会总投入的问题。

纯电动汽车普及的一个前提是电网，供电网络是现代社会最基础、最成熟的基础设施。虽然充电桩的安装，尤其是公共充电站的大规模建设，仍然对电网有很大的负荷压力，但毕竟可以基于现有的所有供电基础设施。充电网络的建设更多的是充电桩、站、场等终端的费用，不需要再铺设充电设施的供电网络。

还有加氢站，没有太多现成的基础设施可用。如果是少量加氢站，也可以利用现有的天然气加氢站和天然气管道进行改造——现在就是这种情况。然而，为了更广泛地普及氢能源汽车，全国各地的大多数加氢站都需要建设。由于氢气必须在35-70 MPa的高压下储存，再加上易燃易爆的特性，加氢站的建设成本远高于加气站。由于气体和液体的区别，依靠加气站改造加氢站并不容易。

加氢站并不涉及太多的技术难度，高昂的成本并非不可能降低。问题在于，几乎需要重建一整套基础设施，能够使用的现成设施很少，这使得加氢站网络需要比电动汽车充电网络更强大的资金投入，才能先于后者走上发展道路。

另一个技术问题来自储气罐，尤其是客车的储气罐。作为核心的燃料电池堆并不大，但是氢燃料电池车的储氢罐却给整车布局造成了不小的麻烦。因为氢气需要以加压液态储存——否则要持续几千公里，所以圆柱形储气罐是必须的。而圆形截面往往意味着空间利用率低。

电动车发展过程中，电池组也干扰了整车布局。后来人们发现机箱是电池的天然归宿。电池的单一构成——电芯本身体积小，排列灵活，使圆柱形电池和方形电池都可以平铺在底盘上，既高效利用了空间，又对整车布局没有不利影响。

电动车的电池布局问题更多的是前期，车企不愿意开发电动车专用平台。当电动化趋势被广泛认可后，车企开始从零开始开发纯电动汽车专属平台，电池组对车辆布局的影响基本消失。

然而，储氢罐就是另一回事了。它和电池不同:因为加压的需要，必须做成圆柱体；因为有漏气的可能，多一个气罐就是多一份风险，不可能像圆柱形电池一样用很多小个体来弥补空间效率；因为圆柱直径不会小，所以不能平铺在底盘上；因为需要保护，只能放在车辆中后部。

所以储氢罐只有一种形式，就是数量少，体积大，圆柱形。

0

这是丰田第二代Mirai未来组合的整体布局，显示了三个大油箱占据了多大的空间。

车辆中央的纵向储气罐使得Mirai未来组合后排的中央凸起远多于燃油车；后排底部的储气罐会影响后排座垫的厚度，丰田混动一直布置在这里的电池组会移到后排后方，所以放倒后排的功能是不存在的；后备箱下面的储氢罐影响了后备箱的地板高度，压死了备胎。

(注:氢燃料电池汽车通常需要一个小容量的锂电池来稳定燃料电池的输出，回收动能。燃料电池不能反向回收能量。可以理解为“氢电混合”。)

1

其实不用说，搜索任何一款氢燃料电池车的总布置透视图，都可以清楚地看到储氢罐在其中的尴尬和束缚:它是圆的，它还是大的，它又大又有才。

即使车企愿意投资氢燃料电池汽车，从零开始研发专门的车身平台，“圆而大”也是空间布局的永恒问题。可预见的未来:商业化和补充

通过加氢站和总平面布置的话题，你会发现，这些对于乘用车来说比较难的问题，对于商用车来说，瞬间回答起来会容易很多。

加氢站少且贵，全面铺设所需投资太高，但商用车并不需要全城各处都有加氢站——就像现在的天然气加气站一样。事实上，已经有商业氢能汽车与少量分布式加氢站一起运行。大油箱影响整车布局，但商用车空间大很多，油箱布局豁然开朗。

4

商用车布置油箱就方便多了。这是PSA。

有很多观点认为日系车企“全进”氢能源，现在已经丢尽了西瓜和芝麻。然而，更准确地说，应该是他们不像其他汽车公司那样“全进”——所以相比之下，他们似乎拥有全进的氢能源。

事实上，在过去的几十年里，世界上大多数汽车巨头对各种新能源的预研都相对平衡(直到近几年纯电领先)。电动、混合动力、氢能甚至太阳能基本都有研究。氢能一直是研发多年的项目。日韩公司就不用说了，宝马、奔驰、奥迪、通用、PSA……应有尽有。直到最近几年，新的燃料电池汽车已经上市。当然大部分都是概念车或者测试车。

日本公司正在更快、更积极地将氢燃料汽车推向民用市场。当然，不能否认“纯电动车进步落后”是一部分原因。然而，这种战略上的差异更多的是因为日系车企对锂电池技术的不信任——而不是对氢燃料电池有多信任。比如丰田更倾向于等到固态电池做好了，汽车从混动变成纯电(这是另一个话题)。至于氢能，它永远是作为“另一个装鸡蛋的篮子”而存在的。

5

氢燃料电池汽车作为燃油汽车、混合动力汽车和纯电动汽车(乘用车)的补充选择和商用车领域的主流选择之一，潜力十足；但氢燃料电池汽车像今天的纯电动汽车一样成为主流乘用车市场之一的可能性不大，至少在可预见的未来，短期内，甚至中期内都是如此。

——除非，铂消费量的突破、加氢站的大量资金投入、储氢技术的突破和制氢成本的大幅降低同时或至少在大多数情况下实现。

氢燃料电池作为乘用车的补充和后备作用，作为商用车的关键新能源之一，不应该因为暂时不可能成为乘用车的主流而被轻视。氢燃料电池在乘用车领域不具备“下一个电动汽车”的现实条件，也不应该被高估，因为它仍有继续研究的价值，在商用车领域潜力巨大。

顺其自然吧...可预见的未来:商业化和补充

通过加氢站和总平面布置的话题，你会发现，这些对于乘用车来说比较难的问题，对于商用车来说，瞬间回答起来会容易很多。

加氢站少且贵，全面铺设所需投资太高，但商用车并不需要全城各处都有加氢站——就像现在的天然气加气站一样。事实上，已经有商业氢能汽车与少量分布式加氢站一起运行。大油箱影响整车布局，但商用车空间大很多，油箱布局豁然开朗。

4

商用车布置油箱就方便多了。这是PSA。

有很多观点认为日系车企“全进”氢能源，现在已经丢尽了西瓜和芝麻。然而，更准确地说，应该是他们不像其他汽车公司那样“全进”——所以相比之下，他们似乎拥有全进的氢能源。

事实上，在过去的几十年里，世界上大多数汽车巨头对各种新能源的预研都相对平衡(直到近几年纯电领先)。电动、混合动力、氢能甚至太阳能基本都有研究。氢能一直是研发多年的项目。日韩公司就不用说了，宝马、奔驰、奥迪、通用、PSA……应有尽有。直到最近几年，新的燃料电池汽车已经上市。当然大部分都是概念车或者测试车。

日本公司正在更快、更积极地将氢燃料汽车推向民用市场。当然，不能否认“纯电动车进步落后”是一部分原因。然而，这种战略上的差异更多的是因为日系车企对锂电池技术的不信任——而不是对氢燃料电池有多信任。比如丰田更倾向于等到固态电池做好了，汽车从混动变成纯电(这是另一个话题)。至于氢能，它永远是作为“另一个装鸡蛋的篮子”而存在的。

5

氢燃料电池汽车作为燃油汽车、混合动力汽车和纯电动汽车(乘用车)的补充选择和商用车领域的主流选择之一，潜力十足；但氢燃料电池汽车像今天的纯电动汽车一样成为主流乘用车市场之一的可能性不大，至少在可预见的未来，短期内，甚至中期内都是如此。

——除非，铂消费量的突破、加氢站的大量资金投入、储氢技术的突破和制氢成本的大幅降低同时或至少在大多数情况下实现。

氢燃料电池作为乘用车的补充和后备作用，作为商用车的关键新能源之一，不应该因为暂时不可能成为乘用车的主流而被轻视。氢燃料电池在乘用车领域不具备“下一个电动汽车”的现实条件，也不应该被高估，因为它仍有继续研究的价值，在商用车领域潜力巨大。

顺其自然吧...

标签：丰田特斯拉发现奥迪本田

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