为什么我们仍然不能兑现氢动力汽车的承诺

预测未来总是有风险的。但很显然车辆是空气污染的主要来源之一仅在美国，每年就有数千人死于肺病、哮喘、癌症等疾病。最终，世界将不得不转向那些不把我们共享的空气当作巨大垃圾桶的车辆，它们每次通电都会排放有毒物质。

有两种技术可以提供零排放的汽车：电池电动动力系统和氢燃料电池。几十年来，氢一直被认为是“未来的燃料”，电动汽车仅限于小型短程城市汽车。

事情不是这样的。随着2020年似乎将成为电动汽车发展的重要一年，值得研究一下这是如何发生的。

电动汽车已经淹没了氢动力汽车

这一切归结为两件事：电池成本和燃料基础设施。在过去10年中，双方的共识发生了根本性的变化。

尽管经历了半个多世纪的发展，从1966年开始通用电动货车，氢燃料电池汽车的产量仍然很低，生产成本很高，并且仅限于在少数几个建立了氢燃料站的国家或地区销售。

氢燃料汽车的进展缓慢但稳定；2016年丰田Mirai是有史以来第一款年产量超过1000辆的此类车辆。丰田表示，其2021年的继任者将以10倍于该产量的速度建成。（它在视觉上也更加引人注目，这是它令人震惊和笨拙的前身所无法形容的。现在也是后轮驱动。）

与此同时，在第一款现代电动汽车上市10年后，电动汽车在全球的年销量仅为数百万辆，比氢动力汽车高出两个数量级。对于包括特斯拉（Tesla）在内的任何制造商来说，它们可能还无法持续盈利，但通用汽车（GeneralMotors）和大众汽车（Volkswagen）表示，这种情况将在未来几年内发生变化，远在2030年之前。

最关键的是，电池驱动汽车是中国政府为汽车行业而不是氢燃料电池产业政策的重心所在。它打算主导全球插头汽车的生产，就像它已经在生产光伏太阳能电池一样，并将很快在锂离子电池电池中做到这一点。

数字不好

第一辆丰田Mirai于2015年11月在美国交付。在适当的时候，本田Clarity燃料电池和现代Nexo也加入了进来。所有发动机均以氢气为燃料，除冷凝水蒸汽外，无尾气排放。他们是你唯一可以租赁或购买的三辆氢动力汽车。

2012年以来，大约8000辆氢动力汽车已经售出在美国，它们只能在加利福尼亚州运行，因为那里是唯一一个有（昂贵且至今不可靠）氢气燃料网络的地方。他们可以穿越该州的大部分地区，但是从洛杉矶到图森再回来，他们可以乘坐一辆吗？不行。

相比之下，现代电动汽车时代（始于2010年12月）已经过去了近10年，美国已经售出了130万辆电池电动和插电式混合动力汽车。对于任何不是特斯拉的汽车来说，长途旅行都是艰难的，但至少是可能的。

任何汽车创新的障碍都是巨大的，燃料（或技术上的能源载体）的转换是最具挑战性的。乙醇并没有像15年前预期的那样改变游戏。至于以柴油为动力的乘用车，我们知道如何使用那个故事结束了。

与此同时，带插头的汽车正变得越来越强大。这并不是因为你可能称之为“自然”的市场需求，而是由于旨在削减道路车辆尾气排放量的国家和地区强有力的法规。汽车制造商认为电动汽车比氢燃料电池汽车对这些法规的反应要好得多。

其实没什么新鲜事

自汽车时代开始，电动汽车就一直伴随着我们。1900年，它们占所有汽车销量的三分之一，蒸汽车和汽油占其余的三分之一。他们的局限性在于他们的电池范围，这是基于目前在你的12伏起动电池中仍然存在的铅酸化学物质。

1912年电动自启动装置的发明意味着司机们在启动汽油车时不再冒手臂骨折的风险。而且这种燃料更高的能量密度（意味着更长的射程）使它能够战胜电池。直到20世纪50年代，汽油添加剂排放导致铅中毒的负面影响才开始受到关注。

从20世纪90年代开始，消费电子产品为更好的电动汽车提供了技术。突然间，对小型、轻型、精密设备的储能需求导致了锂离子电池的诞生和大规模生产，30年前，该电池在索尼摄像机上上市。它的能量密度是镍金属氢化物电池（丰田混合动力车使用了20年）的两倍，是旧的可靠铅酸电池的四倍。

从那时起，小型锂离子电池的性价比平均每年提高7%。它是不是摩尔定律，但这比发动机效率的提高要好：140多年来，汽油内燃机的热效率已经从20%提高到了50%（在理想情况下，与混合动力配套使用时）。

电动汽车电池的价格比10年前预期的要便宜得多。到2025年，一个大型电池组的成本（比如说，在200英里以上的范围内，60千瓦时）预计将降至每千瓦时100美元或更低的圣杯。这就是电动汽车价格应该开始与可比汽油汽车持平的时候。

创业很难

汽车技术的历史表明，发明或开创新技术的公司可能不会从中获利。还记得1959年哪家公司推出了第一款横向发动机、前轮驱动的小型车吗？（提示：现在已经不存在了。）

先驱者会犯错。对美国来说，一个这样的错误被证明是主要汽车制造商的假设，即买家会蜂拥购买额定里程（比如）75英里的电池电动汽车。他们没有。在美国，我们喜欢长途旅行。（特斯拉发现了这一点。）

事实证明，另一个错误并不能解释电动汽车在家里或工作时缓慢充电、夜间充电或在一天工作8小时的时间内充电80%或90%的里程，但人们需要对道路快速充电充满信心。（特斯拉的增压器网络就是结果。）还有更多。

现在，10年过去了，我们知道一些事情：

• 200英里是让美国购物者考虑电动汽车所需的最小范围；300英里更好。
• 那些刚接触电动汽车的人无法想象，或者说无法“获得”家庭充电体验。
• 公共收费仍然不够明显、不够普及或不够快。
• 大多数消费者不想在新技术上冒险，宁愿让别人先验证它；和
• 你必须拥有各种类型的车辆和多种型号的电动汽车，才能使它们成为真正的竞争者，而现在，这意味着交叉公用事业、SUV和皮卡车。

那么，既然电动汽车面临所有这些障碍，为什么氢燃料电池汽车还没有起飞呢？

主要原因在于一个在现实世界中被低估的书呆子式的专门词汇。这是基础设施，笨蛋。

其他问题包括减少二氧化碳排放的现实、25年前向监管机构兜售氢燃料汽车的“快速燃料”幻象，以及简单的加注成本问题。

加油

具体而言，事实证明，建立和支持一个能够提供高爆炸性气体、压缩至10000 psi、可靠、快速和安全的消费者加油站网络具有极高的挑战性、复杂性和成本。

十年前，加利福尼亚州议会第8号法案授权一项计划，到2020年花费1亿美元建立一个由100个氢燃料站组成的网络。他们每个人费用约为200万美元，至少在2014年。国家不会达到这个目标，但它仍然是50个州中唯一一个可以使用氢燃料汽车的州。

截至4月8日，根据加利福尼亚州燃料电池伙伴关系的数据，该州有40个运行中的氢气站。另外九个正在建设中或被委托开放。另有9个处于不同的规划阶段，3个被列为不可操作。在第一辆丰田Mirai交付近五年后，这并不令人印象深刻。

保持电台正常运转是一项挑战。正如北加利福尼亚州愤怒的燃料电池司机所发现的那样，如果你的燃料供应中断，一个稀薄的燃料网络是没有好处的。

去年6月，圣克拉拉的一家空气产品氢气供应设施发生爆炸，切断了该地区11个加油站中9个加油站的供应。这导致柴油卡车在一夜之间将压缩氢罐从南加州向北运送数百英里，愤怒的车主在凌晨设置警报，及时到达加油站，以利用汽车运行所需氢供应减少的优势。

短缺一直持续到秋季，丰田公司因此向全州的Mirai司机退还了几个月的租赁款，即使是南加州未受停电影响的司机也是如此。想象一下，他们满怀渴望地看着特斯拉的车主，他们可以在家里、工作场所或使用该公司数百个增压器站点的网络。

除此之外，加州75个电台的网络预计将仅为17000至24000辆氢燃料车辆提供服务2020年。如今，该州的道路上已经有50万辆插电式汽车。我们有没有提到大多数人是在家过夜还是在白天工作时被收费？

在全球范围内，日本和德国拥有最全面的国家氢燃料基础设施。几年前，德国宣布计划在2018年前建设100个核电站，在2025年前建设400个核电站。早在2018年，它就已经在全站仪上领先于美国（意思是加利福尼亚州）.

预计2020年东京奥运会将是日本“氢经济”的全球首秀，燃料电池汽车将在全球首演。显然，这一事件现在已被推迟。对于目前仍在购买汽车的少数客户来说，零排放汽车可能不是首要考虑的问题。

碳足迹

加利福尼亚州是第一个解决车辆排放问题的州，1960年强制要求使用曲轴箱强制通风（PCV）阀。1975年开始的国家排放法规限制了排气管中一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和未燃烧碳氢化合物（HC）的排放量，使这些物质的排放量低于1974年汽车排放量的1%。

但加州很早就认识到气候变化的威胁，并开始限制排气管二氧化碳（CO2）——一种与燃料燃烧量成正比的全球变暖气体。该州还规定，从2012年开始，越来越多的零排放汽车开始销售。加上欧洲和后来中国的类似法律，这才是现代电动汽车和氢燃料电池汽车诞生的真正原因。

但除非或直到所有电力完全可再生，氢动力汽车每英里的二氧化碳排放量将始终高于电动汽车，当你以同样的千瓦时开始时。在电动汽车中，你发电，通过电线传输，给电池充电，然后放电来转动车轮。故事结束了。

在氢燃料汽车中，你用这些电来裂解原料（现在主要是天然气）来产生氢气。然后你必须压缩氢气，通常是在场外，然后将其运输到加油站，在那里储存，然后压缩到车辆的油箱中。

在那里，它被送入一个燃料电池堆，在那里它被转换成电能（效率大约为60%）。这与电动汽车中的发动机完全相同，用于驱动车轮。

结果是电动汽车每英里的二氧化碳排放量是燃料电池汽车的三分之一到一半。请注意，氢动力汽车仍然比平均每加仑25英里的汽油汽车要好。但电动汽车更好。监管机构已经开始注意到这一点。

顺便说一句，氢的支持者有时会发布研究报告，表明氢对二氧化碳具有优势。例如，这些数据往往会根据美国所有发电量的平均值，采用尽可能最好的氢气情况来挑选数据。这里有一个.

快速加油

最初出售氢燃料汽车监管机构的一个前提是“快速加油”，即在加油5分钟内恢复汽车大部分额定里程的能力。氢电站承诺了这一点，并且经常提供，但电动汽车充电肯定没有。即使是2012年末推出的特斯拉增压器站也需要25到40分钟才能将电池充电到80%的容量。

但现在情况变了。保时捷Taycan充电最高可达270千瓦，这意味着充电20分钟可达到80%。使用更大的电池组，可以达到350千瓦的功率，将其降低到15分钟。当然，这不是五分钟，但当你考虑到浴室休息时间、买咖啡或汽水、检查你的手机时，它可能足够近，在长途旅行中不重要。

每英里成本

用压缩氢为丰田Mirai或本田Clarity燃料电池补充燃料的“货架价”为50美元。氢燃料公司表示，随着更大的基础设施和更多的汽车上路，成本将下降到接近每英里汽油的成本。

这些数字在未来汽油价格为4美元的情况下可能是可信的。如今，美国的油价为每加仑1至2美元，这种情况似乎不太可能发生。值得注意的是，如果汽油以每加仑1美元的价格出售，电动汽车在家充电的平均成本与汽油车相当。

如果电动汽车的贴纸价格比“普通”汽车高，这一切都无关紧要，就像今天一样。但在这十年内，它们将达到平价。那么，电动汽车的低得多的运营成本可能会发挥作用，至少对购车夫妇中较聪明的那一半人来说是如此。顺便说一句，谁会喜欢再也不用去加油站了。

汽车制造商排名

事实上，世界上的每一家汽车制造商都在计划在20世纪20年代推出更多型号和更大容量的电动汽车。中国制造商必须这样做；欧洲人想这样做，因为他们的监管者相信科学；即使是底特律2.5也有大型电动卡车的计划，希望能吸引美国买家。

但在氢方面，情况要复杂得多。大众汽车集团（Volkswagen Group）专注于电气，最近甚至发布了一份新闻稿，解释为什么氢不是其首选的途径。10年前，日产-雷诺-三菱联盟（Nissan-Renault-Mitsubishi Alliance）首创了Leaf EV，但由于准备在今年或明年推出新一代电池电动汽车，该联盟尚未计划推出批量氢动力汽车。由于前首席执行官被捕，该公司目前还有更大的问题。福特和菲亚特-克莱斯勒在氢燃料电池汽车中也没有任何实质内容。

通用汽车在氢动力汽车方面有着长期的经验，可以追溯到那辆电动车。在21世纪末，该公司在Driveway项目的支持下运营了世界上最大的单一氢燃料汽车车队，该项目是一项将100辆雪佛兰Equinox跨界车转换为氢燃料的测试项目。它的破产和重组使这些努力付诸东流，而它的氢气工作目前仅限于军事和重型卡车应用。

在德国，汽车巨头大众汽车集团（VW Group）的后柴油机时代（post Dieselgate）现在全面致力于电池电动汽车。4月下旬，戴姆勒认真审视了其未来发展计划，并取消了所有乘用车氢燃料电池发展计划。

韩国现代起亚正在做所有汽车制造商正在做的事情，它拥有三款专用氢动力汽车之一，现代Nexo SUV。这是一款非常好的汽车，产量非常低。

日本是氢运输最重要的推动者，世界上利润最高的汽车制造商站在最前沿。丰田早就预见到，在氢燃料电池汽车准备好从2025年到2040年大规模推出之前，将由其混合动力系统引领向清洁汽车的过渡。而在现代电动汽车问世10年后，它仍然完全和发自内心地反对在中国制造电动汽车，只是因为中国政府要求它这样做。

本田几乎同样专注于此，事实上早在2008年就提供了第一辆“生产”氢动力汽车，形式是200辆左右的FCX轿车。该车的后继者，旗舰级的Clarity燃料电池，也被用作小排量、低档域电动车和产量更高的插电式混合动力汽车的基础。本田刚刚宣布，通用将为其生产两款独立的电动汽车，但它似乎仍致力于燃料电池汽车。

因此，电动汽车很容易理解。特斯拉及其狂热的粉丝们将这项技术从“书呆子”提升到了“时尚”，一路上卖出了100万辆电动汽车。电力“燃料”基础设施或多或少已经存在。那么氢动力汽车又有什么了不起的呢？

归根结底，氢动力汽车的命运可能是全球范围内愤世嫉俗者听到预测时一直使用的一句俏皮话：“氢动力汽车是未来的技术。”

“他们永远都是。”

约翰·沃克尔编辑绿色汽车报道九年来，发表了12000多篇关于混合动力、电动汽车和其他低排放和零排放汽车及其周围能源生态系统的文章。他的作品出现在印刷品、网络和广播媒体上，包括有线、科普、技术评论、IEEE频谱和NPR的“一切都考虑过了。”