鋰電世界  在2015年10月-11月舉辦的第44屆東京國際車展上，燃料電池車(以下簡稱為“FCV”)成為一大亮點。不僅最早上市的豐田公司的MIRAI推出了后繼型號“FCV PLUS”、日本三大汽車廠家的本田也推出了該公司最初的上市產品“CLARITY”(預定于2016年3月開始銷售)、梅賽德斯-奔馳推出歐洲廠家最初的FCV概念車“Vision Tokyo”。一時間，FCV呈現出百花齊放的態勢，大有占領未來的汽車市場的勢頭。

    

    大家知道，在目前新能源汽車中，各種混合動力車及插電式混合動力車正處于黃金時代，無論是市場認知程度，還是節能效果都備受贊譽。但是，從新能源汽車具有停止使用傳統化石燃料的天然屬性這一點看，無論是混合動力車還是插混車，由于仍舊部分使用化石燃料，因而都是不徹底的，只能是在當前一段長時間內承先啟后的存在。而真正具備了不使用化石燃料可能性的，只有電動車(以下簡稱為“EV”)和FCV這兩種。

    那么，EV和FCV孰優孰劣，哪一種更具有發展的可能性？是否存在著其中一種車型取代另一種車型的可能性？

    本文就此作一探討。

    作為兩種投放市場不太長時間的新型環保車輛(EV以三菱的MiEV于2009年投放市場計算，至今為6年；FCV以豐田的MIRAI于2014年12月投放市場計算，至今為1年)，評價其優劣性，至少需要從以下幾點進行考慮：

    一、社會普及的難度；

    二、大量生產的難度；

    三、關鍵零部件的制造難度；

    四、社會基礎設施的建設難度；

    五、能量充填的難度；

    六、環保程度。

    另外，因為本田公司生產的FCV的具體資料并沒有公布，所以，本文中所討論的FCV的狀況，均以豐田公司生產的FCV“MIRAI”為準。

    一、社會普及的難度

    某種技術在其他替代技術的環伺中脫穎而出，不僅取決于該技術的先進性，還取決于是否能夠獲得較多的廠商利用這種技術進行生產、擴展性研發。因為技術只有在進入市場后仍能不斷地進行擴展性研發，才能不斷地獲得新的生命力。也只有這樣，才能獲得更多的消費者，使該技術能夠占領市場并延續下去。

    這一點，當年家用錄像機市場上，VHS和Betamax的規格之爭、近年智能手機操作系統中，Android OS對Windows Phone之爭，莫不暗示著這一道理。

    另一方面，即使某種技術“先進”、技術含量高，充其量也只能是陽春白雪。如果不能獲得大量廠家的支持，或擁有滿足社會需要的產能，就無法攤薄研發成本。而價格居高不下的話，也只能導致消費者的敬遠，最后導致該技術的消亡。

    將EV和FCV相比較，也會發現這個問題。

     EV的優勢是結構簡單，研發成本低，在改進傳統汽車的驅動系統等之后，就有可能取得成績，因此新興廠家入行容易。現在世界范圍內，不僅傳統的汽車廠商，新興廠商也紛紛進入EV研發領域，很多新興廠商已經取得遼不凡的成績。如美國的特斯拉，中國的比亞迪，都是屬于非傳統汽車行業的廠商。僅在中國國內，據《百度知道》介紹，這樣的廠商數量很多，品牌也有幾十個。

     FCV是近幾年新發展起來的新能源汽車。其特點是從能量發生原理到燃料儲存方式等，都是需要新研發的技術，因此技術起點高，開發周期長，成本高，新興廠家的進入很難。在世界范圍內，目前進入實際銷售階段的，只有日本的豐田公司生產的MIRAI一種車型。其他的日本廠家中，本田公司預定于2016年3月開始面向政府機關銷售(以收集數據為目的，面向個人的銷售預定于2017年)；日產公司正處于研發階段。歐洲的廠家中，梅賽德斯-奔馳公司僅推出了概念車。而擁有Big three的汽車大國——美國，沒見到其廠家推出FCV的報道。

    從以上的介紹看，在市場規模的形成能力上(即社會普及的難度)，FCV是無法和EV相比的。

    二、大量生產的難度

    2015年2月24日，豐田公司對媒體公開了其FCV——MIRAI的組裝現場。

    一般提到車輛的組裝現場，人們都會在眼前浮現出這樣的光景：在不停地向前運動的傳送帶上，現場的工人使用各種工具在迅速地將各種零部件組裝到車體上。在整個組裝作業中，每個人只進行組裝作業中的一小部分，作業本身是一種簡單的重復性操作。

    100多年前，福特汽車公司導入流水線作業方式，將整個的汽車制造工程分為許多細小的部分，每個工人僅從事其中一個部分的加工。這種做法簡化了當時需要專業技能和能力的汽車制造工程，從而擺脫了工業生產對專業工匠的依賴，使大量生產和降低成本成為了可能。從那時開始，整個汽車行業都是以這種方式進行生產。雖然出現了豐田發明的“看板方式”這種在同一條流水線上同時制造不同型號汽車的組裝方式，但本質上整個汽車工業仍然在福特公司開辟的道路上前進。豐田公司的流水生產線，曾經創造過50秒一臺車下線的速度。

    可是，當人們進入MIRAI的組裝現場，卻吃驚地發現，MIRAI的組裝完全沒有使用流水線式作業！在現場，由13名工人，通過手動操作來組裝FCV！平均每名工人所需安裝零部件的數量，約為在普通組裝流水線上工作的工人的40倍！

    也許正是由于這個原因，豐田的FCV2015年的產量預定為700臺，2016年2,000臺，2017年擴大到3,000臺。2015年每天生產FCV3臺左右！

    和FCV“磨洋工”式的量產速度相對應的，是EV的生產和銷售狀況。

    據日本民間研究機構株式會社富士經濟的發表的市場調查報告：純電動轎車的世界銷售臺數2014年為19萬臺；而到2035年，這個數字將增長到435萬臺，20年間增加24倍以上。而株式會社海野世界戰略研究所的《世界戰略報告》中則預測：2020年，中國企業生產的純EV數量將達到2,000萬臺！

    從目前豐田的生產體制上看，FCV的產能是無論如何無法與EV相提并論的。

    三、關鍵零部件的制造難度

     FCV在生產方面的另一個問題，是關鍵零部件的供給難度。

     EV的零部件供應，基本上是既存工業產品生產的延伸；而FCV的零部件生產，則完全需要在全新的領域進行研發。

    燃料電池的核心裝置——燃料電池堆，是由數百枚高分子電解膜疊加而成，在制造上要求非常高。雖然燃料電池堆制造的具體信息并沒有公布，但從目前MIRAI那極低的生產臺數上看，或者零部件的加工工藝性太差，或者豐田公司現在還沒有解決量產加工工藝問題。

    另外，能夠承受700個大氣壓的高壓氫氣儲罐，其制造工藝也非常復雜。

    氫氣因為體積很小，因此在高壓下氫氣分子會滲入到金屬的晶體之間，使金屬變脆。所以，FCV的氫氣儲罐必須使用高分子樹脂材料。

    從豐田公司所公開的資料來看，氫氣儲罐使用多層樹脂制造：在內層，使用高分子致密性材料阻止氫氣泄露；在外層，使用高強度碳纖維及納米尼龍材料保持強度。當然，罐體材料還要具有保溫性能，同時還要保持低溫環境下(罐內的氫氣溫度為-40攝氏度)的強度。

    在使用吹塑成型的內層外側，一層層地纏繞用碳纖維加固的高分子材料扁片。纏繞方式分沿圓周方向、軸向和螺旋方向三種，反復纏繞直符合要求為止。因隨著儲罐內氫氣的放出，罐內壓力下降導致儲罐縮小，故外層材料除要求有足夠的強度之外，還要具備一定的伸縮性能。

    在極端的使用狀況下，氫氣儲罐要承受接近常壓～700大氣壓的反復變化，罐體材料容易產生疲勞。所以日本規定罐體材料必須具備能夠承受22,000次壓力變化的耐久性。

    四、社會基礎設施的建設難度

    新能源車的普及所需要面對的一個重要的問題是：無論EV還是FCV，其普及推廣都需要社會基礎設施的跟進。那么，目前充實EV用充電樁和燃料動力車用“加氫站”的成本如何？

    從國內電動汽車電商寶工商城可以了解到：家用充電樁分為“壁掛”式和“埋地”式兩種，價格為從兩千多元到萬元，設置所需時間為一兩個小時之內。而設置商用充電站(備有復數的重點樁)，總投資(不含地價)，為500萬元至幾千萬元之間。但因國內沒有配套于燃料動力車的加氫站，下面我們看看同時擁有這兩種設施的日本的狀況。

    在日本，EV充電分為普通充電和快速充電兩種。和普通充電需要8小時相比，快速充電只需要30分鐘就能充滿80%的電力，名為“CHAdeMO”。“CHAdeMO”是一個日語組合詞，包含著“CHArge de MOve”(為運行而充電)、“在飲茶時即可充電”等意思。具有快速充電能力的充電樁較貴，每臺200～500萬日元，算上安裝工程費用為300～1,200萬日元。考慮到在日本建設一座汽油加油站約需1億日元這一狀況，建設充電占的成本應該說是很低的。根據日本CHAdeMO協議會的發表，截至2015年11月9日，日本國內共設置了EV充電設施5,484座，而全世界對應日本充電規格的充電設施共設置了9,197座。

    在日本，建設一座中規模的FCV加氫站，需要4.5億日元。為緩解建設加氫站所需的巨額建設成本，日本政府設立了“氫氣供給設備整備事業費輔助金”制度，為每座加氫站提供2.5億日元的補貼。

    在這種條件下建設的加氫站出售的氫氣價格為每公斤1,000日元(免除燃料稅等)。充滿一罐氫氣約需4,300日元。綜合MIRAI最大行駛距離650千米這一指標，上述氫氣價格和一臺混合動力車的燃料成本相近。

    但是，即使日本政府對加氫站提供了高額的財政補貼，日本國內加氫站的建設速度仍遠遠落后于政府目標。按照日本政府發表的“氫氣及燃料電池戰略路線圖”，2015年日本國內以四大都市圈(東京、大阪、名古屋及福岡)為中心，應建設100座加氫站。可是，截至于2015年10月下旬，日本全國僅建成加氫站28座，不及計劃的1/3。

    加氫站的建設，需要投入天文數字的社會資本。就連直接利益者——豐田公司自身都不準備建設加氫站，這一事實從側面說明了普及加氫站的難度。

    從這個角度看，豐田的FCV“MIRAI”續航距離為650千米，本田的FCV“CLARITY”續航距離為750千米，與其說是表明了車輛的性能優異，不如說是廠家應對加氫站數量過少的一種無奈之舉。

    從爭奪社會資源建設基礎設施的角度看，同為新能源車的EV與FCV在某種意義上，是一種互為競爭對手的關系。而從中央政府有效利用社會資源的角度看，應該是全力促進其中一種產業的發展，而不應“腳踩兩只船”。這種做法，將會使目前捉襟見肘、入不敷出、寅吃卯糧的日本政府的財政狀況變得更加雪上加霜。同時，這種“一心二用”的做法，也會阻礙相關行業的健全發展。

    五、能量充填的難度

    在EV和FCV補充燃料方面，EV遠遜于FCV。

    目前日本國內最快的充電方式，為“CHAdeMO”方式。據介紹，使用這種快速充電方式，可在30分鐘內，為日產聆風(Leaf)EV充滿80%左右的電力。使用這些電力，EV可以行駛180千米。

    而FCV在加氫站用3分鐘時間即可裝滿氫氣。使用這些氫氣，MIRAI可以行駛650千米。

    造成這種現象的原因，是目前人們還沒能找到一種高效、高能量密度的蓄電池。但是，這個問題并不是沒有解決方法。

    首先，可以通過建設社會技術設施來解決EV續航距離短的問題。

    比如，可在EV的巡航里程之內建設充電站，同時在公共停車場內建設充電設施。如果在EV乘客進行購物和娛樂的同時在停車場為EV充電，那么EV充電時間長的問題就會迎刃而解。而如果充電設施的分布能夠達到隨停隨充的程度，蓄電池容量低的問題也就不顯得突出了。南方很多城市的公交系統采用的“換電”方式，也是解決這一問題的重要途徑。

    其次，根據車輛用戶的日常用車規律來選擇車型。

    目前狀況下，EV最適用于類似于市內交通的短途駕駛。實際上，除需要長途行駛的用途之外，絕大多數用戶都是每天行駛距離較短的。據日產汽車公司對該公司生產的聆風(Leaf)車用戶的追蹤調查，絕大多數用戶每天的行駛距離為30千米。遠遠達不到該車250千米的續航里程。

    本項結論：雖然FCV充能速度優于EV，但并非無法解決。

    六、環保程度

    同為新能源汽車，以環保為賣點的兩種車輛，其環保型能如何？

    在評測某一款汽車的環保型能時，國際上通行的做法，是進行“Well to Wheel”評價。即從井(Well)開始，直到汽車(Wheel)行駛為止，整個過程所產生的二氧化碳總量。

    比如，汽油車的場合，需要計算從油田抽出石油，在化工廠提煉出汽油，裝填到汽車的油箱中驅動車輛行駛，同時考慮在油田的石油運輸到各個結點的運輸過程中所產生的二氧化碳總量。

     FCV的效率則和如何制取氫氣有很大的關系。

    氫氣是宇宙中最輕的物質，即使地球的引力也無法束縛。所以，單質的氫氣在地球上并不存在。獲得FCV所需要的氫氣，需要花費能量(一般是電力)從化合物中提取。也就是說，氫氣和電力一樣，都屬于二次能源。

    從原理上講，FCV是一種混合動力車，其驅動方式和混動車中的“串聯”方式相近。即發動機(在這里，是燃料電池)發電，帶動驅動用電動機運轉，使車輛行駛。無論通過何種途徑獲取氫氣，在車內都存在著一個化學能轉換為電能的能量轉換過程。在這個過程中，會產生能量的消耗，即使不考慮在燃料電池中氫-氧化合反應的效率，也存在著一個產生大量的反應熱的能量消耗(因此FCV的散熱器要大于普通汽油車)。

    為實現用氫氣驅動車輛行駛的目的，需要進行多次的能量形式轉換。考慮到效率問題，能量轉換的次數越多，則損失的能量越多，環保性能就越差。

    和FCV相比，EV需要的是電力本身。所以，在“Well to Wheel”的整個過程中，EV減少了能量形式的轉換過程，所以在整個過程中排放的二氧化碳總量要少。

    所以，FCV的環保性低于EV。

    從上面的分析看，幾乎在所有的因素中，和EV相比，FCV都處于競爭的劣勢地位。

    七、為什么豐田公司會在EV和FCV之間選擇后者？

    一個原因恐怕是在主觀上的傾向性。

    大家知道，燃料電池的原理最早可以追溯到20世紀60-70年代美國實施的阿波羅登月計劃。當時，NASA為兼顧飛船用電和宇航員生活，使用了燃料電池技術。這樣，在獲得電力的同時，解決了宇航員生活用水等問題。

    阿波羅計劃實行的時期，正是日本社會處于經濟高速成長的時期，對外界信息非常敏感。尤其阿波羅計劃是人類文明史上的壯舉，日本人對此幾乎是耳熟能詳。所以，從感覺上，燃料電池比較高大上。

    另外一個原因，恐怕是沒有?A料到車用燃料電池技術的復雜程度，沒有經過充份的技術論證而匆匆上馬。

    燃料電池的原理，可以說在任何一個高中化學課上都可以簡單地進行演示實驗。氫氣+氧氣通過化合反應生成水的過程，可以說所有的合成反應中最為簡單的一種。在看過這種演示之后，沒有人會去懷疑燃料電池的可行性。但是，實驗室的演示和工業生產是完全兩碼事。

    比如說，在實驗室制氯氣，可以用濃鹽酸(HCl)與二氧化錳(MnO2)進行反應。但是，如果工業制氯也用這種方式，其成本就太高了。

    據說，目前市場上的FCV的登場，開始于一個簡單的日常對話：2002年，當時的日本首相小泉純一郎問其好友豐田總裁奧田碩：“在汽車業界有什么可以推動日本成長戰略的新技術？”奧田回答說：“FCV馬上就可以搞起來！”

    于是，這隨口說的一句話，引出了日本政府全力支援FCV技術發展的政策。當時的日本汽車廠家將正在研發過程中的燃料電池技術進行改良，使其達到了能夠裝上汽車，上路行駛的程度。但當時汽車廠家所推出的，也只是起示范作用的、供短途行駛的大型公共汽車。因此，不需要考慮行駛距離，也不注重小型化，甚至運行成本及燃料補充等社會基礎設施也不重要。

    那時，恐怕只有很少的人意識到，在那個技術水平下，繼續研發家用FCV系統(即小型化和高容量化)，將會遇到一些多么大的坑！

    比如，為了儲氫氣，需壓縮到700個大氣壓。可是，氣體在壓縮過程中會產生大量的熱，會將氫氣的溫度升高到3,752攝氏度！且不說有哪些可用來制造氫氣儲罐的材料可以承受這個高溫(最常用的鋼材——45#鋼熔點為1,535攝氏度，沸點為2,750攝氏度)，就是連接加氫設備和FCV的那根“橡皮管子”，就沒有辦法制造！所以在壓縮氫氣(也就是裝填氫氣的過程中)必須同時進行冷卻！

    再如，大家都知道燃料電池在工作中只產生水，卻沒有考慮到氫氧化合反應所生成的水會附著在電池的反應裝置上，從而阻止反應的連續進行，因此燃料電池中必須建立某種機制，將生成的水吹離。

    ……燃料電池的開發真的是一步一個坑！

    真不知道如果當年奧田總裁知道前途如此的坎坷是不是還會說那樣的話！

    日語中沒有“坑爹”這個詞，但恐怕這個想法會不止一次地出現在研發人員的腦中！

    據美國媒體Think Progress報道：特斯拉的CEO Elon Musk評價FCV是“極其愚蠢的”(are extremely silly)，“氫氣是個非常愚蠢的替代燃料”(hydrogen is an incredibly dumb alternative fuel)。EV廠家的主管自然不會對競爭對手說好話，但也反映了美國主流媒體的觀點。

    八、為什么在這種情況下，日本廠家仍然積極研發FCV？

    其中一個主要的因素，恐怕是由于FCV技術方面的門檻很高。通過繼續研發，日本廠家可以保持對美國廠商和中國廠商的技術優勢，同時阻止這些廠商涉足燃料電池領域吧？

    日本文化中有一種“一條道跑到黑”、“不撞南墻不回頭”的固執因子。幾十年前的第二次世界大戰后期是這樣；近十年來的經濟活動也是這樣：日本國產翻蓋手機堅持走老路，而被海外智能手機奪走市場；某著名家用游戲機廠家堅持不走網游路線，最后業績凋零；某著名液晶電視廠家堅持走高端路線，最后不得不將液晶電視工廠賣給中國的競爭對手……

    近年，日本媒體上一個熱詞頻頻顯現：“加拉帕戈斯化”。其原意是指在太平洋的加拉帕戈斯小島上，因于大陸之間有海洋的隔絕，因而形成了獨自的物種進化系統(據傳當年達爾文正是在這里得到啟發而寫出了《進化論》)。現在引申為特指日本電器廠家不顧國際潮流獨自發展，而形成了與世界格格不入的產品系列這一現象。

    如果FCV技術不能推廣到世界的汽車業界，而僅僅滿足于在日本國內“閉門造車”，很可能成為一個新的“加拉帕戈斯化”產品的例證。

    九、從宏觀經濟的角度看EV與FCV之爭

    要想使FCV獲得與目前EV同樣的地位，需要政府組織、民間能源經濟實體以及車輛生產廠商作出巨大的努力。否則，FCV比較難于形成市場規模。起碼難于形成和EV進行競爭的市場規模。而一件商品如果不能形成足夠的、能夠支撐其存續和發展的市場規模，那結局只有一個：走向沒落。

    需要注意的是在進行這種努力的過程中，時刻存在著或多或少地與EV爭奪社會資源的狀況。

    從國家對宏觀經濟的操控層次上看，EV和FCV都屬于新能源車，都能夠解決在不遠的未來世界陷于化石能源，尤其是石油資源枯竭的困境。但是必須認識到：合理的宏觀經濟思想不能容忍社會基礎設施中同時存在“汽油/柴油”供應系統、“EV用電力”供應系統和“FCV用燃料”供應系統這三種系統，這是一種對社會經濟資源的浪費。

    一般來說，在使用最少的社會資源來實現特定目標時，從經濟合理性的角度看，各種經濟實體會傾向于選擇更容易實現目標的手段，而不是傾向于選擇技術上更復雜的手段。

    所以，在EV和FCV爭奪社會經濟資源，前途并不明朗化的情況下，不論是各國政府還是各種相關經濟組織，都面臨著一個“站隊”的問題：即在“汽油/柴油”供應系統已經存在的前提下，是選擇發展EV還是FCV？如果“站隊”出錯，就會浪費社會資源。

    當然了，事情也許沒有這樣的嚴重。從目前世界上EV和FCV的發展、普及狀況看，與EV相比，FCV研發、銷售有一個較大的滯后期。對FCV來說，這個“時間差”也許是致命的。

     FCV起源于日本，現在世界上其生產廠家只有日本廠家。其中，豐田公司的FCVMIRAI已上市銷售，本田公司的FCV預定于2016年3月開始面向政府機關等銷售(用于收集數據)，而面向民間的銷售則要等到1年后的2017年。其他廠家的狀況，或者是處于研發階段(如日產、三菱、剛從豐田得到專利的馬自達以及和豐田有著共同研發歷史的BMW)；或者是僅僅推出了概念車(如梅賽德斯-奔馳)。

    也就是說，目前在市場上面向民間銷售的，只有豐田的MIRAI一種車型。考慮到該車近乎于0的產能，即使豐田有擴大市場的意愿，實現的可能性也是非常低的。

    而與此同時，EV的市場卻在日新月異地發展著。

    很可能當FCV形成生產能力，產能足以供應市場需求時，EV不僅已經站穩腳跟，甚至已經獲得了較大市場占有率。如果出現這樣的狀況，FCV的發展將會受到很大的限制。

    退一步說，假設未來某個時期FCV的技術得到普及，產能、價格以及社會基礎設施等因素具備了與EV一爭高下的程度。即使這樣，也并不意味著EV會被FCV所排擠。

    實際上，EV和FCV由于其原理的不同，在適用的車型方面是各有所長的。特別是如果出現EV與FCV分庭抗禮的狀況，在移動工具業界恐怕會出現分化現象，即各種驅動原理的車型，分別適用于不同的使用目的。用戶根據自己的主要用途來決定選擇EV、FCV或者是化石燃料車。

    如果一定要進行一個“勢力劃分”，似乎應該是這樣一幅圖景：

    1. EV結構簡單，加速快，適合于轎車、跑車、摩托車、城市內的公共汽車；

    2.化石燃料車及各種混合動力車用于高檔轎車、SUV、輕型及中型載重汽車；

    3. FCV的小型化和高容量化比較困難，因此在長途及大型載重車、長途客車上更有用武之地。

    在對比EV和FCV著兩種新能源車型時，令人感到有趣的是：這兩種車型在爭取社會資源方面呈現出競爭關系，同時，在能源的搭載能力上、研發難度上則互有長短。

     EV的研發比較簡單，而電池的容量較小；FCV的研發很困難，而氫氣的單位體積能量是汽油的3倍。

    通過使用新能源汽車達到節能和擺脫傳統化石燃料這一目的，是全世界各國政府的共識。而具體采用那一種車型，則需要綜合考慮當地的車輛研發技術水平、社會需要、能源供應狀況、工業生產狀態以及社會基礎設施的狀況，才能作出適合本地特色的決斷。