氢燃料电池是终极方向还是镜花水月？| 析技

新能源是一个热门的领域，尤其是新势力企业，几乎都是举着新能源的旗帜进入到汽车领域的。但新能源可不止是锂电池这一个方向，比如氢燃料电池也是一个不错的新能源。

大概回看一下历史，其实燃料电池汽车比锂电池汽车（虽然电动车百年前就有，但现在的锂电池汽车和那时候的电池车是有本质区别的）更早的引起汽车厂商的注意，也更早的进入市场。

比如2007年前后，通用、福特等公司就投产了一小批氢燃料电池汽车，并且都出现在了北美的道路上。同时在这个时期，日本和韩国也在本国做了氢燃料电池的实验产品。不过后来的发展就很缓慢了，被锂电池车后来居上。

当然，并非是氢燃料电池不够好，反而看起来比锂电池车和纯燃油车要美好许多。首先相比是环保，氢燃料电池的反应产物只有水，不牵扯其他的污染物，尤其是温室气体。现在的内燃机，已经非常环保了尾气中几乎没有什么有害物，但是排放出二氧化碳是个大问题，它会让海水酸化，从而又引出一系列的问题。

其次相比锂电池车，氢燃料电池能量补给速度很快，加氢和加油所用的时间差不多。所以氢燃料电池不会让人有里程焦虑，使用场景与燃油车无异。

也许很多人觉得是安全问题，氢气是危险气体，弄不好就要爆炸，甚至会想到100年前的新登堡空难，以此来佐证氢气是多么危险。

而事实上氢气可没想象中那样的危险。氢气和其他可燃气体一样，它需要一定的条件才能燃烧，比如浓度要在4%至75%之间才行。大家可以回想一下中学的氢气燃烧实验，并不是把氢气引到空气中它就会自然，必须要借助酒精灯的火焰才能燃烧。假如我们把氢气和空气的混合气放在烤箱中加热，如果没有明火，它们是不会自燃的。前面说的新登堡空难，也是因为飞艇的帆布先着火，而后才引燃了氢气，并非氢气自燃导致的。

另外氢燃料电池也不是像内燃机一样需要把氢气点燃，它的原理是一个电化学过程。氢燃料电池大概这样的结构：正极是氧气，负极是氢气，中间有一层隔膜。在催化剂作用下，氢原子外的电子会游离出来，并且会被那层隔膜挡住，所以电子就会越积越多。此时如果用导线连通正极，那么在电压的驱使下就会形成电流。

在这个过程中，化学能转化为电能的效率能达到80%以上，相比于目前的内燃机最多45%的热效率，氢燃料电池优势很大，如果换算成行驶里程，一公斤氢气大概能给车辆100公里的续航。而且在催化剂的作用下，燃料电池会在90度左右工作，相比燃烧温度低了很多，远远没有达到氢气的燃点，此外这多余的废热在冬季还可以取暖。

即环保又实用，那么为何氢燃料电池到现在还没有普及呢？原因还是在效率维度，虽然氢燃料电池从化学能转化为电能这一步的效率很高，但之前的步骤：氢气的制备、运输、储存的效率都很低。

先说制备过程，目前主流工业制氢的方法有两种。一是蒸汽甲烷重整，这种方法最大的问题是污染，因为在制备过程中会有部分甲烷的泄露，而甲烷会造成更加严重的温室效应，同样质量下大概是二氧化碳的20倍。如果氢气用量和汽油一样的话，可能会造成更严重的环保问题。

氢气另一种制备方式就是电解水，这种方法我们在中学时就知道了，虽说没有什么环保问题，但是能量利用效率还是不高。制备氢气所消耗的电能是高于它所能产生的，所以这也是项负收益。

接下来的问题还有氢气的运出，同样也有两种方式。一来是管道运输，假如单独建设输氢管道，我觉得很不现实，因为氢气会让金属脆化，所以成本较高，每公里铺设费用大概是天然气管道的2倍；另外这还牵扯城市规划问题，老城区很难建设。

相对较为现实的是利用现有的天然气管道，加入10%到20%的氢气混合运输，这样的氢气浓度不会造成管壁的脆化，然后到加氢站在进行分离。虽说可行性提高，但依旧要在前期花很多钱来建设。

再有就是用槽罐车运输了，这样依然不划算。因为氢气本身很轻，所以都是高压运输的，大概都是用70MPa以上的压力压缩。为了承受如此大的压力，罐体本身要很结实才行，另外还要有响应充气、放气设备。总体算下来货物本身不重，可是与之相关的设备过于庞大，为了运输1吨氢气可能整台运输车辆会重达70吨，如此效率让人无法接受。

为了提升运货效率，只能给氢气继续加压，甚至液化，但这样成本会很高，假如现在已经普及了氢燃料电池，我们每次去加氢气，恨不得一大半的费用都付给了氢气的运输。

综合对比下来，虽然氢燃料电池在实用层面优势明显，但普及难度实在太高，涉及到很多的基础建设，所以目前看锂电池汽车占得了先机。但是很多厂商并没有放弃氢燃料电池的研究和投入，比如丰田。如果未来我们面临着更严峻的碳排放问题，而锂电池汽车又无法实现突破，那时候就是氢燃料电池普及的契机了。