文 | 尹海濤 殷俊舜 宋沁軒 潘政麟
2020年以來，電動汽車風光無限。特斯拉、比亞迪、蔚來，這些電動汽車領域的龍頭企業(yè)，都受到了資本市場的青睞。
與此同時，氫燃料電池汽車憑借節(jié)能環(huán)保、排放零污染的特點，成為汽車低碳化的又一重要戰(zhàn)略發(fā)展方向，在世界各國引起廣泛關注。2019年，日本發(fā)布了《氫能與燃料電池戰(zhàn)略規(guī)劃路線圖》；2020年11月，美國制定了《氫能計劃發(fā)展規(guī)劃》；2021年3月，中國在第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標中將氫能與儲能列為國家六大未來產業(yè)之一。這些規(guī)劃都將氫燃料電池列為未來能源產業(yè)發(fā)展的重要方向。
理論上，氫燃料電池汽車能夠成為“僅僅排放純凈水”的交通工具，雖然可以做到足夠潔凈，但其易燃的特性又在安全性能方面埋下了隱患。
如果將氫燃料電池汽車和電動汽車放到“安全”和“環(huán)?！钡睦夼_上PK，誰更能代表未來？
安全性能，誰更強？
無論是電動汽車還是氫燃料電池汽車，用于提供動力的電池的安全性與可靠性是新能源汽車行業(yè)最為重視的課題。
先來看電動汽車。電動汽車的安全性主要取決于動力電池的安全性。三元電池是目前電動汽車的第一選擇，與磷酸鐵鋰電池相比，其安全性能較低。近期蔚來汽車在事故后的燃燒，以及此前關于電動汽車自燃事件的報道，都引起人們在電動汽車安全性方面的擔心。
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因此，針對動力電池安全性的研究正在積極展開。目前，鋰電池的安全性理論上限再獲突破，動力電池通過“針刺”實驗。
廣汽集團最新研發(fā)的彈匣電池系統(tǒng)，在安全性技術方面首次實現了三元鋰電池整包針刺不起火，比亞迪在2020年研發(fā)的刀片電池也通過了鋰電池針刺測試。在2020全球智慧出行大會上，中國工程院院士孫逢春也已經證實，2019年中國電動汽車起火的概率只有萬分之0.49；2020年這一概率下降到萬分之0.26，是同期燃油汽車自燃率的四分之一。
此外，針對電動汽車的安全標準也日趨完善，在工信部2021年3月16日發(fā)布的《2021年工業(yè)和信息化標準工作要點》中，電動汽車的安全標準制定是其重中之重，標準數量達到燃料電池汽車的三倍以上，且對各類車輛應用都已經有了較為詳細的規(guī)定。
再來看氫燃料電池汽車。由于氫氣的燃燒和爆炸極限范疇很寬，因此氫氣在人們心中總有易燃易爆的印象，那么氫燃料電池汽車是否能夠安全地運用氫氣呢？
答案是肯定的。
首先，燃料電池汽車中僅有兩個地方涉及氫氣——電池堆和儲氫瓶。其中，電池堆本身并不儲存氫氣，因此，一旦檢測到氫氣泄漏，可以迅速切斷電源，保證車身安全。而儲氫瓶，根據中國物理工程研究院的調研顯示，目前中國主要采用的儲氫技術是來自加拿大（GFI）公司與意大利（OMB）公司的35MPa Ⅲ型儲氫瓶。在國際上更為先進的Ⅳ型則尚未進入中國市場。35MPa Ⅲ型儲氫瓶在我國已經屬于十分成熟的技術，完全具備車載條件。而且，一旦儲氫瓶檢測到氫氣泄漏，應急電磁閥門便會迅速打開，將氫氣及時排出。這些被排出的氫氣并不具備爆炸的條件，即使由于溫度、著火點等原因發(fā)生燃燒事件，它們也將因為欠缺密閉空間等條件，僅能保持燃燒狀態(tài)。此外，由于氫氣密度低，氫氣被排出后將迅速遠離儲氫瓶及車輛，大大減少爆燃的機會。
在現實場景中，儲氫瓶的氫氣泄漏也是小概率事件，《車用壓縮氫氣鋁內膽碳纖維全纏繞氣瓶》（GB/T35544-2017）甚至可以保證儲氫瓶泄漏的概率，比油箱泄漏的概率還要低得多。儲氫瓶與燃料電池汽車的堅硬外殼也為其承受撞擊而不爆燃提供了另一層保護，即使時速80千米的追尾事故也不能使儲氫瓶發(fā)生形變?，F代汽車名下的氫燃料電池汽車在美國公路安全保險協會（IIHS）測試中獲得最高安全評價的檢測結果，已經超越了絕大部分的燃油車和電動汽車的防撞性能。甚至在一些現實場景中，比如槍擊，氫燃料電池汽車最多發(fā)生泄漏，但絕不可能爆燃。從這一點來說，氫燃料汽車的安全性能已經趕超電動汽車了。
在燃料電池汽車相關的安全標準上，我國目前還遠不能說完備，尤其是針對各類氫燃料電池汽車整車測試維保的方法，不管是商用、乘用，還是特殊領域均接近空白，這為氫燃料電池汽車的進一步推廣增添了許多阻力。但在《2021年工業(yè)和信息化標準工作要點》中，工信部重點提出將大力開發(fā)電動汽車和充換電系統(tǒng)并進行燃料電池汽車等標準的研究與制定，標準的制定將始終追尋產業(yè)發(fā)展，實時調整。
因此，就安全性能而言，動力電池的研究和發(fā)展在近幾年突飛猛進，但氫燃料電池汽車的技術發(fā)展也不落下風，在安全性能上正在迅速追趕電動汽車。
環(huán)保性能，誰更優(yōu)？
發(fā)展新能源汽車最大的動力來自低碳和清潔交通的內在需要。因此，誰能在這個維度上勝出，是決定誰能主宰未來的重要因素。
以上數據均由作者根據當下的中國電力結構來進行計算
而當前的能源結構則是決定未來贏家的關鍵。
早在2010年，清華大學的一個研究團隊曾指出，在當前中國的能源結構下，電動汽車造成的碳排放，與燃油汽車相比差別不大；但是在二氧化硫和碳化物方面的排放，要數倍于燃油汽車。燃油汽車目前每百千米的碳排放量為19.9千克。而根據2020年中國發(fā)電能源結構和電動汽車的主流性能計算，得到的數據：純電動乘用車每百千米的碳排放量為13.2千克。（計算過程中涉及的各種參數見表1）
可以看到，純電動車的碳排放主要取決于發(fā)電結構。隨著我國當前能源結構的不斷改善，尤其是清潔能源的發(fā)電比例逐年提高，電動汽車在未來會占據很大的環(huán)保優(yōu)勢。
而關于氫燃料電池汽車，一些研究也表明，車輛儲存氫氣、駕駛運行對能耗和碳排放的影響極小。但是在制氫過程中，其碳排放量遠遠大于其他用氫環(huán)節(jié)的碳排放。因此，在測算氫燃料電池汽車的碳排放量時也要把制氫過程中的碳排放量算入其中。
制氫過程中的碳排放很大程度取決于氫氣的生產結構。根據公開數據，綜合考慮當前氫電轉化效率，氫燃料電池乘用車百千米氫耗1千克，如果按照全球氫氣生產結構計算，氫燃料電池乘用車每百千米碳排放為12.31千克；如果按照中國氫氣生產結構計算，氫燃料電池乘用車每百千米碳排放為16.96千克。（計算過程中涉及的各種參數見表2）
從全球角度來看，氫燃料電池乘用車的碳排放低于純電動乘用車，但按照我國能源結構和制氫方式來測算，氫燃料電池乘用車的碳排放高于純電動乘用車，這是因為我國當前生產的氫氣還是以灰氫和藍氫為主，因此，氫燃料電池汽車相比電動車在環(huán)保方面處于下風。
可以看到，在使用端，無論電動汽車還是氫燃料電池汽車，能否逼近人類 “真正零排放”的目標，都取決于未來的電力結構。
未來理想狀態(tài)下，如果電動汽車所使用的電力是由風能、核能和光伏發(fā)電所產生，那么在使用過程中，能夠實現零碳排放；如果氫燃料電池汽車使用的氫氣是利用風能、核能和光伏發(fā)電產生的電力，通過電解水制備而來，那氫燃料電池汽車也能實現“真正零排放”。因此，未來在環(huán)保方面的比拼，更重要的環(huán)節(jié)可能是：動力電池的處置以及氫儲存中的能耗等。
通過上面的分析，氫燃料電池汽車和電動汽車，無論在安全性能還是環(huán)保性能方面，都沒有確定的勝出者。所以我們當前還是應當保持著一個百花齊放的心態(tài)，讓市場選擇最能夠代表未來的技術路線。圖片
