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加氢排水,零碳排放,氢燃料电池车是会下一个风口吗?

作为理想的“零排放”出行方式,氢燃料电池汽车却面临着诸多难以落地的障碍。比如,燃料能否方便快捷低成本地获得?氢能如何才能大规模、低成本和高效制备?燃料电池部件如何储存、运送?加氢站如何保证燃料电池的安全加注,避免氢气泄漏事故等等。这一切均需要相应的设备和相当规模的企业来支撑产业发展。

今年4月初,比亚迪表示已经停止生产燃油整车,未来公司在汽车板块将专注于纯电动和插电式混合动力汽车业务。作为全球最早停售燃油整车的车企,比亚迪的举措引发了大家对新能源汽车的关注。其实,除了纯电动车和混合动力车之外,氢燃料电池汽车也是新能源汽车的一个类别,它在过去几十年里一直在努力商业化。f3Sesmc

2022年3月下旬,国家发展改革委、国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》。明确“到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系;到2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态”的目标。f3Sesmc

车企们一直在坚持以氢燃料电池作为汽车动力源的研究,日韩及欧美车企在该领域积累了丰富经验并推出了量产车型,包括了丰田Mirai、现代Nexo、本田CLARITY FCV、现代XCIENT氢能重卡、BMW iX5 Hydroge、奔驰GLC F-CELL等。国内的燃料电池乘用车有上汽大通FCV180/EUNIQ7、上汽荣威950、格罗夫、广汽Aion LX Fuel Cell、一汽红旗H5等。在商用车方面,北汽福田、东风汽车、中通客车、宇通客车等也推出了多款燃料电池车型。f3Sesmc

虽然市面上已有氢燃料电池量产车型,但是与纯电动汽车、混合动力汽车相比,氢燃料电池汽车的数量还相对较少。阻扰它商用落地的主要因素是什么?f3Sesmc

燃料电池汽车被纯电动汽车反超

在新能源汽车领域,因各车企支持的技术路线不同,他们主推的汽车种类也有所差异。根据分类,新能源汽车可分为纯电动汽车(Battery Electric Vehicle ,简称BEV)、混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,简称HEV)、燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle,简称FCEV)以及其他新能源汽车。f3Sesmc

如果仅从动力源的清洁度来看,FCEV算是节能减排的终极解决方案。FCEV的动力源来自燃料电池——这是一种通过氧化还原反应把燃料中的化学能转换成电能的发电装置。燃料电池装置中所消耗的燃料主要由氢气或能分解出氢气的碳氢化合物(比如天然气、醇、甲烷等)组成,这些燃料与氧结合燃烧后产生的是水汽,严格意义上来说,它能真正做到“零排放”。f3Sesmc

在20世纪末期,欧美日的车企有不同的新能源汽车发展路径:当时美系车企主推“氢经济”(1970年提出),并在2002年开始关注氢燃料电池汽车;日本的产业化重点是自然吸气发动机技术和混合动力汽车,燃料电池汽车则被视为战略研究方向;欧洲车企聚焦传统内燃机的优化和技术革新,同时也分出一部分精力研发燃料电池汽车。f3Sesmc

虽然在具体的技术路径上有不同的表现,但是他们都有关注氢能和燃料电池技术。在早期阶段,氢能和燃料电池技术的研究进度并不快,美国政府甚至还一度削减过氢能产业的补贴。纯电动汽车因受制于电池技术突破较困难,也曾一度不被市场看好,直到一家纯电动汽车企业横空出世。f3Sesmc

这家企业就是特斯拉,从2008年的两门运动电动跑车Roadster,到2012年的四门纯电动豪华轿跑车Model S,2015年的豪华纯电动SUV Model X,2016年的经济型电动轿车Model 3,2019年的中型电动SUV Model Y。在不到15年的时间里,特斯拉引领了全球纯电动汽车的风潮。截至2022年上半年,全球许多车企都切入了纯电动汽车路线,即便是坚持HEV和燃料电池汽车路线的日本车企,也开始在推出纯电动汽车车型。f3Sesmc

2020年12月,日本政府发布了“绿色增长计划”,目标是2035年禁止销售燃油车,2050年完全实现无碳排放。到现在,日本留给燃油车企的时间只剩13年,这期间燃料电池汽车(主要是氢能源汽车)能大规模商用吗?至少从丰田的战略上可以判断,该公司对此并未抱有太大的期待。f3Sesmc

2020年底,丰田公司的社长丰田章男针对“2035年禁止销售燃油车”做出回应称——“如果过早就终结燃油车,汽车行业当前的商业模式将崩塌。” “日本主要依靠燃煤和天然气发电,我们生产的纯电动汽车越多,二氧化碳排放就越严重。”f3Sesmc

戏剧性的是,2021年12月,丰田突然发布16款电动汽车,并宣布到2030年将累计投入8万亿日元用于技术研发和设备投资,其中将有一半资金用于投资发展纯电动汽车,助力丰田实现导入30款BEV车型、年销量达350万辆的目标。丰田态度的大转变,被业内解读为——丰田担心氢能源汽车短期内难以规模商用,另辟BEV赛道不失为更稳妥的办法。f3Sesmc

时至今日,纯电动汽车已经成为趋势,其商用化进程也超过了燃料电池汽车。最近,市调机构JatoDynamics的一份报告显示:2021年全球纯电动车销量达到420万辆,而氢燃料电池汽车的销量为仅为1.55万辆。据《国际电子商情》了解,2021年全球共计销售了约650万辆新能源汽车,由此可判断燃料电池汽车仅占了新能源汽车总销量的0.24%。这也不难理解,为何丰田会顶着被打脸的压力,硬着头皮开启了BEV之路。f3Sesmc

纯电动汽车现在无法满足零碳排放

随着各国更加关注“碳排放”问题,并相继发布了节能减排目标,许多车企也在推出更加节能的车型。如果只关注能源的消耗方式,BEV消耗的是电能,燃油车消耗的是汽油,BEV在驾驶过程中并不排放尾气,它的环保属性毋庸置疑。但我们还要看动力源来自何方,从生命周期碳排放的角度来看,BEV也许并不是环保的最优解。f3Sesmc

此前,丰田章男对BEV的质疑,正是该类汽车正面临的窘境。以中国的发电模式为例,我国的电力主要来源于火电、风电、核电和水电等。据国家统计局数据显示,2021年我国发电总量为81122亿/kW·h,其中火电发电量57703亿/kW·h,占比高达71.1%。这意味着,中国的纯电动汽车所使用的电,约有7成来自火力发电。火力发电需要消耗化石燃料,相应地也会排放二氧化碳,所以在中国境内跑的BEV还无法实现零碳排放。f3Sesmc

具体来说,BEV每跑100公里大致需要消耗10-15度电,中国工程院院士、原副院长杜祥琬在2020年6月曾公开表示,当前我国平均每发一度电需消耗308克煤炭。再参考中国的火电厂标准,每燃烧1吨标准煤将释放2.36-2.37吨二氧化碳(工业锅炉1吨标煤大概释放2.6吨二氧化碳)。本文仅以火电厂为例,大致可推算出——BEV每跑100公里所耗费的电,需火电站燃烧3.08-4.62千克煤,排出7.27-10.95千克二氧化碳。f3Sesmc

传统燃油车每跑100公里,会排出多少二氧化碳?以家用经济型轿车为例,不同的排量有不同的油耗表现,一般的乘用车油耗在5L-12L左右,对于自动挡汽车来说,百公里油耗8算是比较省油的车型。参考BP中国碳排放计算器资料:节约1升汽油≈减排2.3千克二氧化碳≈减排0.627千克碳。我们就以每100公里消耗8L汽油为例,结合BP中国碳排放计算器的数据可得出,燃油车每跑100公里排出约18.4千克二氧化碳。f3Sesmc

当然,这个BEV和燃油车的环保程度对比的方式并没有特别严谨,但仅粗略地通过推算是能得出BEV的确比燃油车相对更环保。虽然和零碳排放的氢能源汽车相比,BEV因为能源结构比例问题在当前仍不够环保,但是与燃油车比起来它仍然是一大进步。f3Sesmc

其实,中国大力发展BEV不只关于环保,还与我国的能源结构有关。从整体上来看,我国是一个多煤炭、少石油的国家,我国进口石油量达总消耗石油量的70%以上,而进口煤炭量仅占总消耗煤碳量的10%。现阶段发展BEV,相当于把汽车的动力源从以石油为主,转移到煤炭为主的能源消耗模式上,这样可更大程度地摆脱对进口能源的依赖。再加上我国目前也在大力推进清洁能源,包括风力发电、光伏发电、核电等,可以预判的是,未来中国的电力将会更加清洁。从这个方面来看,在中国的道路上驾驶BEV会是一个越来越环保的行为。f3Sesmc

我国正在发展氢燃料电池汽车产业链

欧美系、日韩系车企均有百年以上的技术积累,传统汽车具备较大的技术壁垒,燃油车赛道若缺乏日积月累的基础,就无法在短期内有所突破。而新能源汽车是全新的赛道,各国车企站在同一条起跑线上,国产车企瞄准新能源汽车的路径是更好的选择。f3Sesmc

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图1 2015-2021年全球新能源汽车销量信息汇总 制图:国际电子商情 数据来源:中汽协f3Sesmc

自2015年,中国成为全球第一大新能源汽车市场之后,国内虽然也经历过新能源车骗补事件,但是国产纯电动汽车在艰难中继续前行。到2021年,我国新能源汽车总销量达到了352.1万辆,其中BEV销量为273.4万辆,中国新能源汽车市场的重要性不言而喻。f3Sesmc

值得注意的是,我国针对插电混动、纯电动车型的补贴,从2020年开始退坡到2022年底完全终止,而氢燃料电池汽车将成为下一个大力发展的对象。既然BEV路线已经得到市场的认可,为什么还要发展氢燃料电池汽车?f3Sesmc

在前文中我们也有谈到,新能源汽车具有环保价值,虽然它消耗的电力来源还不够环保,但是会随着发电模式的改变而更加清洁。而全国的发电模式的改变,是一个缓慢又循序渐进的过程,在这之前驾驶BEV只是一个相对环保的行为,而氢燃料电池汽车可一步到位。f3Sesmc

根据中国氢能联盟数据显示:到2025年,我国氢能产业产值将达1万亿元,氢气需求量将接近6000万吨,实现二氧化碳减排约7亿吨。氢能作为清洁能源的一种,与我国碳中和、碳达峰战略目标高度一致。同时,氢燃料电池汽车是全新的技术路径,它的产业链条非常大,如果能在这个领域中有所突破,未来将撬起万亿级别的产业链。f3Sesmc

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图2 加氢站全产业链 制图:国际电子商情 资料来源:《中国氢燃料电池产业发展报告》f3Sesmc

而作为理想的“零排放”出行方式,氢燃料电池汽车却面临着诸多难以落地的障碍。比如,燃料能否方便快捷低成本地获得?氢能如何才能大规模、低成本和高效制备?燃料电池部件如何储存、运送?加氢站如何保证燃料电池的安全加注,避免氢气泄漏事故等等。这一切均需要相应的设备,并且相当规模的企业来支撑产业发展。f3Sesmc

据EVTank、伊维经济研究院、中国电池产业研究院联合发布的《中国加氢站建设与运营行业发展白皮书(2021年)》数据显示:截至2020年底,全球共有578座正在运营中的加氢站,其中欧洲有200座加氢站(100座在德国),北美共75座加氢站(49座在美国加州),亚洲共有275座加氢站(142座在日本、60座在韩国、101座在中国)。f3Sesmc

目前,中国投入运营的加氢站主要服务于公共汽车、物流车和卡车等商用车型。但国内投入运营的加氢站均未实现盈利,原因有以下几点:加氢站的关键设备依赖进口,单独建站成本过高;加氢站现在所使用的氢气,主要来源于工业副产制氢,这类氢气需经过提纯、压缩等步骤,最终导致制氢成本高;现在中国的氢燃料电池汽车规模不够,对氢气的需求不大,使得加氢站难以盈利。f3Sesmc

在这种背景下,我们也看到国内加氢站企业开始尝试其他的商业模式来降低建站成本,比如通过油氢合建站、气氢合建站等建站方式来降成本。当然,单从氢燃料电池汽车能带动的市场规模来看,我们对该类汽车的未来发展充满期待,但也可预见它的商业化之路还需要克服许多阻碍,至少在短期内我们不太可能看到大批量应用,当前全球新能源汽车市场依然是BEV的天下。f3Sesmc

本文为《国际电子商情》2022年5月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里f3Sesmc

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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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