劉科，吳昌寧
南方科技大學(xué)清潔能源研究院，深圳518055
所有作者的詳細聯(lián)系方式：
劉科, 0755-88010097, liuk@sustc.edu.cn, 廣東省深圳市南山區(qū)學(xué)苑大道1088號南方科技大學(xué)慧園
第一作者簡介:劉科（1964-），南方科技大學(xué)清潔能源研究院院長、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院執(zhí)行院長、澳大利亞國家工程院外籍院士；曾任美國通用電氣全球研發(fā)中心氣化平臺負責(zé)人、首席科學(xué)家，北京低碳清潔能源研究所副所長兼首席技術(shù)官，神華研究院副院長，國家千人計劃聯(lián)誼會化學(xué)化工專委會主任，現(xiàn)任國家千人計劃聯(lián)誼會副會長，中國與全球化智庫常務(wù)理事兼副主任。
摘要:我國高度重視新能源汽車的發(fā)展，從2009年起開始實施產(chǎn)業(yè)補貼，投入大量資源，以期培育新能源車產(chǎn)業(yè)成為新的經(jīng)濟增長點。更有論調(diào)稱將依靠新能源車領(lǐng)域的技術(shù)進步實現(xiàn)汽車行業(yè)“彎道超車”。在政策利好下，中國新能源車發(fā)展勢頭迅猛，然而這個勢頭將導(dǎo)向何方，可能產(chǎn)生怎樣的負面影響，還需將潛在風(fēng)險因素提上桌面加以謹慎研討。
本文指出，影響新能源車續(xù)航能力的動力電池能量密度存在多年未突破的技術(shù)天花板；制造動力電池所須的鋰、鈷、鎳等金屬大量依靠進口，新能源車產(chǎn)量飆升帶來上述金屬材料價格近期的大幅攀升，導(dǎo)致電池成本急速上升；新能源車雖然用電看似清潔，但產(chǎn)電過程涉及大量煤炭燃燒，全生命周期碳排放量不容小覷；更有甚者，報廢電池中的鋰金屬、鈷金屬、工業(yè)溶劑都會導(dǎo)致嚴重環(huán)境污染，回收技術(shù)和制度保障困難重重。
從技術(shù)、成本、污染這三方面來看，新能源車是否值得持續(xù)擴大生產(chǎn)，乃至成為汽車產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)方向，還需要謹慎的思考決策。新能源車在人口密集的城市作為出租車、公共汽車等有其優(yōu)勢；如果沒有革命性的技術(shù)突破，電動車很難在可見的未來成為主流；因此，本文建議加大包括電動汽車、燃料電池汽車及甲醇車等多種汽車技術(shù)的研發(fā)，但在技術(shù)發(fā)明沒有突破之前，產(chǎn)業(yè)補貼要謹慎。在公平市場競爭環(huán)境下讓有市場競爭力的技術(shù)勝出，更利于行業(yè)長期健康發(fā)展。
關(guān)鍵詞：新能源車；能量密度；電池材料；研發(fā)投入；產(chǎn)業(yè)補貼
Abstract: The development of new energy vehicles (NEVs) has drawn much attention in China. Since the year of 2009 the Chinese government began to implement industrial subsidies and invest a lot of resources, in order to cultivate the industry of NEVs as a new economic growth point. There is a typical argument that China will overtake the developed countries in auto industry relying on the technical progress in the field of NEVs. Under the incentive policies, NEVs in China show good trend of development, however, the potential negative impacts of the policies and related risk factors in the industry are needed to be carefully discussed. Based on the discussions in this paper, it could be concluded that, (1) the energy density of the power cell that affects the endurance of the new energy vehicle has a technical ceiling that has not been broken for many years; (2) due to the supplies of metal materials (e.g., lithium, cobalt and nickel) for power cell manufacturing heavily replying on foreign imports, the prices of the metal materials rise sharply with the soaring production of NEVs, leading to a rapid rising of the cost of power cells; (3) although the usage process of electricity in NEVs seems clean, the process of generating electricity involves a large amount of coal burning, and the total life cycle carbon emissions should not be underestimated; and (4) the metal elements (e.g., lithium and cobalt) and industrial solvents in scrapped power cells will lead to serious environmental pollutions, with huge difficulties in technically recycling and institutional guarantee. From the perspectives of technology, cost and pollution, more careful decision considerations are required on whether to expand the production of NEVs and even make it the leading direction in the auto industry. In densely populated cities, NEVs have advantages as taxis and buses. The authors suggest the government to increase R&D investments on several vehicle technologies, including electric vehicles, fuel cell vehicles, and methanol vehicles, without having to further implement industrial subsidies. It is more conducive to a healthy development of the auto industry for a long time to provide an openly competitive and fair market for all technologies.
Keywords: New Energy Vehicles (NEVs); Energy Density; Battery Materials; R&D Investment; Industrial Subsidies。
新能源車的發(fā)展態(tài)勢和若干認識誤區(qū)
我國高度重視新能源汽車的發(fā)展，將新能源汽車作為重點扶持的戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)。在此種政策引導(dǎo)下，新能源車發(fā)展迅猛。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2017年新能源汽車（包括純電動乘用車、純電動商用車、插電式混合動力乘用車、插電式混合動力商用車四類，亦可統(tǒng)稱電動車）銷售市場持續(xù)保持較快增長態(tài)勢，全年累計銷量77.7萬輛，較2016年增加了27.0萬輛，增速達53.3%[1]。中國新能源汽車的年產(chǎn)量已位居世界第一。
國家對新能源車的產(chǎn)業(yè)補貼始于2009年，其后陸續(xù)出臺大幅度政策支持，例如，在北京購買新能源車不用搖號，在上海購買新能源車不用拍牌照，還能獲得國家和地方兩級政府的現(xiàn)金補貼等。隨著新能源汽車銷量走高，政府就新能源車的補貼支出也越來越高，2016年補貼資金高達258億。政府2017年開始收緊補貼范圍并下調(diào)補貼金額，此后新能源車是否能繼續(xù)依靠補貼發(fā)展，能補貼多久、補貼哪些，將影響到新能源車產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部調(diào)整。
關(guān)于新能源車的一些論調(diào)雖然積極，但部分觀點仍存在爭議。最受熱議的一個論調(diào)是新能源汽車被寄予厚望要成為趕超西方汽車工業(yè)的突破點，所謂實現(xiàn)“彎道超車”[2]。但事實上，“彎道超車”首先要基于技術(shù)有效、產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，并不是在什么道上都要超?；仡櫳鲜兰o90年油價居高不下之時，美、歐、日等諸國相繼投入大量經(jīng)費研發(fā)電動車電池，但至今仍未商業(yè)化?？紤]到這些國家的產(chǎn)業(yè)研發(fā)都有資本家投入巨額資金，而資本家的趨利本性決定了他們發(fā)現(xiàn)好的市場苗頭會繼續(xù)追加資本投入。這些國家相繼放棄電動車作為國家戰(zhàn)略，這一事實發(fā)人深思。
新能源車也占據(jù)了環(huán)保的道德高地。不斷有論述稱，使用電池可以減少汽車尾氣排放，改善城市空氣質(zhì)量。然而這些論述同樣經(jīng)不起推敲。雖然新能源車用電的現(xiàn)場污染物排放量較少，但產(chǎn)電階段涉及較大量的污染物排放，且目前中國新能源車的產(chǎn)電大多數(shù)是燃煤產(chǎn)生。電池回收不利造成嚴重的環(huán)境污染還不在此論述中，將在下文展開。
2017年底，德國將在2030年全面禁售燃油汽車的消息在網(wǎng)上傳得沸沸揚揚[3]。工信部官員在行業(yè)論壇上表示，工業(yè)部也啟動了相關(guān)研究，將協(xié)同相關(guān)部門制定我國的時間表[4]。此言引發(fā)熱議。這一表態(tài)似乎預(yù)示著這種可能性：新能源車將最終一家獨大，成為汽車領(lǐng)域唯一通用車型，而燃油車則是落后的、將被歷史淘汰的。如此政策導(dǎo)向，倘若屬實，勢必將影響中國汽車工業(yè)的整體布局與發(fā)展方向。然而，據(jù)考證，德國2030年全面禁售燃油汽車的禁令并不屬實，事實上是德國參議院通過的“倡議書”，不具備法律效力[5]，隨后德國交通運輸部長立即否認了該項禁令的可行性，認為是“無稽之談”。交通部長不通過的禁令，在國會不可能通過，故全面禁售燃油汽車是眾多提議中的一紙空文而已。至于中國禁售燃油汽車的相關(guān)研究，則情況更為復(fù)雜，更不能受虛假消息誤導(dǎo)而盲目跟風(fēng)。
據(jù)國家能源局官員在2017第二屆中國電動汽車充換電服務(wù)創(chuàng)新高峰論壇表示，2020年我國新能源汽車總量規(guī)劃達到500萬輛，2030年將達到8000萬輛。這樣的新能源車發(fā)展目標，將帶來的諸方壓力——無論是成本上的、環(huán)境上的，還是用電上的，都需要納入評估范圍。
支持新能源車的諸多言論，顯示出推動新能源車迅猛發(fā)展的強烈意愿，但事關(guān)中國汽車產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展與布局的決策，有必要將分析扎根于更客觀具體、符合科學(xué)規(guī)律的論據(jù)之上。本文將結(jié)合在清潔能源領(lǐng)域的長期研究，從電池能量密度、電池生產(chǎn)成本、電池環(huán)境污染三方面論述發(fā)展新能源車存在的瓶頸和風(fēng)險，以資參考。
新能源車發(fā)展的瓶頸與風(fēng)險分析
法國人普蘭特于1859年發(fā)明了鉛酸電池，甚至比內(nèi)燃機的發(fā)明時間（1880年前后）還要早。盡管近百年來，全球在各類電池的研發(fā)上投入了數(shù)千億美元的巨資，但在技術(shù)上和電池的性價比上并沒有革命性的突破，比如鉛酸電池的體積能量密度仍只有100kWh/m3左右（如圖1及表1所示，部分數(shù)據(jù)源自文獻[6]）。目前，內(nèi)燃機汽車里用的蓄電池大部分仍然是鉛酸電池。目前即使是進口的高級轎車，其蓄電池也仍然大多用傳統(tǒng)的蓄電池；這說明新一代電池的性價比仍然無法與傳統(tǒng)的蓄電池競爭。
圖1. 各種能源載體的能量密度
注：鋰電池的模塊與單體相比，質(zhì)量能量密度與體積能量密度均有一定程度的減損；整車應(yīng)用關(guān)注的是鋰電池模塊的能量密度。根據(jù)已有行業(yè)數(shù)據(jù)，目前鋰電池模塊的密度值在1~2kg/L范圍，由此可基本確定鋰電池模塊的質(zhì)量能量密度與體積能量密度的相互關(guān)系。
從上表看到，盡管人類在近百年來都一直在開發(fā)新的電池，但花了千億美元以上的研發(fā)費用，目前最好的電池在體積能量密度上與傳統(tǒng)的鉛酸電池相比并沒有革命性的突破。事實上，有了鉛酸電池和電動機后人類就等于已經(jīng)發(fā)明了電動車，但為何鉛酸電池和電動機發(fā)明了這么多年，人類仍然用內(nèi)燃機汽車而沒有大規(guī)模使用電動車，其原因何在？作者經(jīng)研究總結(jié)如下。
2.1 動力電池能量密度瓶頸長期難以突破，與化石能源差距大
動力電池能量密度指的是一定空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲存能量的大小，是新能源車發(fā)展中的技術(shù)重點，直接關(guān)系到電動車的性能和續(xù)航里程?，F(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較固定，留給電池組的空間有限，電池數(shù)量被限制在某個區(qū)間內(nèi)無法大幅提升，因此增加電量的關(guān)鍵在于提高電池能量密度。2017年2月四部門聯(lián)合發(fā)布的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》提出“力爭實現(xiàn)單體350Wh/kg、系統(tǒng)260Wh/kg的新型鋰離子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化和整車應(yīng)用”的發(fā)展目標，顯示出攻關(guān)提高動力電池能源密度的愿望。
然而制約性現(xiàn)實是，電動汽車所用的鋰電池屬于化學(xué)能，能量密度存在天花板。目前制約鋰離子電池發(fā)展的主要因素是正極材料的能量密度，然而大多數(shù)正極材料都含有過渡金屬元素，其摩爾質(zhì)量較大，能量密度提高受限[7]。提高電池電壓也可提高能量密度，但目前所使用的電解液在高電壓下使用將面臨分解，也難以操作。再加上能夠滿足鋰離子電池諸多要求的材料極其有限，在不改變電池體系的情況下，鋰離子電池能量密度很難繼續(xù)提高。
電池能量密度在歷史上一直是攻關(guān)難點且進展緩慢。自1992年索尼將鋰離子電池商業(yè)化后，鋰離子電池已經(jīng)發(fā)展了近三十年，在能量密度方面雖有進步，但總體進步幅度不大。2017年能量密度領(lǐng)先的圓柱形電池達到150Wh/kg，比2012年的120Wh/kg有小幅提升，而軟包和方殼電池的能量密度目前還在110-130Wh/kg左右。技術(shù)上領(lǐng)先的特斯拉采用的松下18650鈷酸鋰電池，能量密度也只達到233Wh/kg。[8-9]
在過去五到十年內(nèi)，在全球各大公司投入大量資源和大筆研究經(jīng)費的情況下，鋰電池能量密度的提升幅度仍然只有幾十Wh/kg，能量密度最高達到230Wh/kg左右，這相比于汽油柴油的能量密度11000-12000Wh/kg，量級相差懸殊（詳見表1）。盡管人類花了幾十年和上千億美元研發(fā)電池技術(shù)，但迄今電動車的動力系統(tǒng)（電池+電動機）的能量密度迄今仍然遠遠低于內(nèi)燃機的動力系統(tǒng)（汽柴油+內(nèi)燃機），可差20~30倍。由圖1可見，即使終極電池獲得成功應(yīng)用并能將生產(chǎn)成本降下來，其體積能量密度也只有汽柴油的1/8左右。電池能量密度在未來十年內(nèi)是否可能實現(xiàn)大幅突破，受制于技術(shù)研發(fā)的內(nèi)部規(guī)律，非僅憑主觀意愿可以達到，不宜盲目樂觀。
2.2 受限于鋰、鈷、鎳的稀缺性，新能源車成本可能隨產(chǎn)量增加而大幅攀升
內(nèi)燃機的規(guī)模經(jīng)濟性遠好于電池。人類的第一條流水生產(chǎn)線是福特的汽車生產(chǎn)線。內(nèi)燃機作為汽車的心臟，一旦已獲知其設(shè)計制造方法，其生產(chǎn)成本主要體現(xiàn)為鑄鐵及鋁合金等材料成本。福特研發(fā)出的內(nèi)燃機生產(chǎn)流水線，大大提高了規(guī)模效益，使得汽油機隨著產(chǎn)量的增大而成本大幅降低。盡管生產(chǎn)第一臺樣機時投入較大，可一旦技術(shù)成熟到量產(chǎn)階段，當(dāng)一條生產(chǎn)線年產(chǎn)一百萬臺內(nèi)燃機時，每臺內(nèi)燃機的成本可以降低至2000美元左右。
相比于內(nèi)燃機會隨著量產(chǎn)而降低成本，新能源車卻很可能呈現(xiàn)相反的趨勢。新能源車的生產(chǎn)成本中，電池驅(qū)動系統(tǒng)占了汽車成本的30-45%，其中動力電池又占了驅(qū)動系統(tǒng)75-85%的成本構(gòu)成，成本尤高的是電池中用到的鋰、鈷、鎳等稀缺金屬。一臺新能源車的動力電池，要使用幾十千克的鋰、鈷、鎳等原材料，生產(chǎn)1萬臺和生產(chǎn)10萬臺，每臺車的成本下降幅度有限。鋰、鈷、鎳在地殼內(nèi)儲量中占比很低，鈷僅占0.004%左右，鋰占0.003%左右，屬于重要戰(zhàn)略資源。目前我國80%的鈷以及70%的鋰、鎳資源都依賴進口[10]。我國鈷產(chǎn)量不到幾千噸，使用量卻達幾萬噸，大量依靠從非洲民主剛果等國進口，持續(xù)處于供不應(yīng)求狀態(tài)。過去兩年鈷、鋰礦大幅漲價，比亞迪公司布局全產(chǎn)業(yè)鏈爭買鋰礦，已經(jīng)顯示出動力電池增產(chǎn)可能給鋰礦資源帶來的挑戰(zhàn)。
現(xiàn)階段新能源汽車占我國機動車的比例還相對比較小，我國新能源車2016年產(chǎn)量為51.6萬輛，2017年增加至79.4萬輛，僅分別約占我國目前汽車年產(chǎn)量2900萬輛的1.8%和2.7%。2017年新能源車產(chǎn)量相比2016年僅有27.8萬輛的增加，但2016年初至今的兩年多時期內(nèi)，國際鈷價格翻到了約4倍水平（如圖2所示）[11]、鋰價格上漲了近1倍。美國保持為電動車第二大市場，電動汽車銷售數(shù)量從2016年的16萬輛增長到2017年銷售的僅28萬輛[12]，在汽車總銷售量中所占比例非常小。假設(shè)中國產(chǎn)量翻幾番，按預(yù)期2020年達到500萬輛，相當(dāng)于翻到了7倍；全球范圍IEA估計到2020年，全球電動車總量可能翻三倍，達到1300萬輛[12]。暫且不論原材料需求是否能完全滿足，即便能滿足，對鋰、鈷等重金屬元素的大量需求帶來成本的飛漲，可能將電動車生產(chǎn)成本推高到難以承受的范圍[13]；除非有革命性的新技術(shù)突破。
圖2. 倫敦金屬交易所鈷價格走勢圖(2016.01 – 2018.05)
因此在短期之內(nèi)，如沒有重大的革命性的技術(shù)突破，用電動車在可見的未來完全取代內(nèi)燃機汽車是缺乏依據(jù)的。盡管技術(shù)的突破有可能發(fā)生，但在未發(fā)生之前，不能盲目樂觀。促進技術(shù)革命的一條重要途徑是加大研發(fā)支持力度，而產(chǎn)業(yè)補貼很可能與促進技術(shù)革命的初衷背道而馳。
2.3 新能源車帶來的嚴峻環(huán)境污染挑戰(zhàn)和電池回收難題
電動車的一大賣點是在使用的地方局部排放少，這對其用于人口密集的市區(qū)里跑的出租車、公共汽車，有其優(yōu)越性。但中國電網(wǎng)里的電目前是67%靠煤，即使在2050年，中國仍然有50%的電靠煤來發(fā)；那么表面是我們是用電開車，實際上我們目前主要是用煤開車。加上電池在生產(chǎn)過程和未來回收的碳排放，電動車的碳排放量及污染物排放量與今天的燃油車相比，是增加了而不是減少了。根據(jù)全生命周期分析[14]，在全球增溫潛能影響方面，電動汽車的負面影響比汽油發(fā)動機汽車低24%，比柴油發(fā)動機汽車低10%-14%。但如果考慮到電動汽車所使用的電力來源，情況就不同了：2017年煤電占全國發(fā)電量的67%，電動汽車使用煤電為主的電力，其對環(huán)境的負面影響甚至高出柴油發(fā)動機和汽油發(fā)動機17%-27%。根據(jù)清華大學(xué)研究團隊于2017年發(fā)表在國際著名期刊《應(yīng)用能源》上的研究成果顯示，中國的新能源汽車在其生產(chǎn)制造過程，所產(chǎn)生的溫室氣體排放量實際上比內(nèi)燃機汽車高出50%[15]。
電動汽車電池的生產(chǎn)也耗費了大量的電力：初期制造一輛電動汽車和電池的碳排放量占到了電動汽車整個使用周期碳排放量的40%左右，相當(dāng)于制造一輛汽油發(fā)動機汽車碳排放量的兩倍。
更嚴峻的環(huán)境污染挑戰(zhàn)或許還來自新能源車報廢電池帶來的污染。與我國規(guī)模龐大的動力電池市場相伴隨的是動力電池報廢量的快速增長。電動汽車動力電池的使用壽命通常為5-8年，從2017年起我國將迎來首批動力電池退役潮。據(jù)統(tǒng)計：到2020年，我國動力鋰電池的報廢量將達32.2GWh，約50萬噸；到2023年，報廢量將達到101GWh，約120萬噸[16]。
動力電池中所含的鎳、鈷、錳等重金屬，以及電解液、含氟有機物都是重污染物。例如，鈷金屬是一種高致癌毒物，人接觸鈷金屬可能導(dǎo)致肺、神經(jīng)和呼吸道病變；動力電池電解液中的六氟磷酸鋰在空氣環(huán)境中容易水解產(chǎn)生五氟化磷、氟化氫等有害物質(zhì)，對人體、動植物有強烈腐蝕作用；廢舊動力電池中還含有300-1000V不等的高壓，在回收、拆解、處理過程中操作不當(dāng)可能帶來起火爆炸、重金屬污染、有機物廢氣排放等多種問題。
國家意識到電池回收的重要性，2016年國家發(fā)改委牽頭制定了《新能源汽車動力蓄電池回收利用技術(shù)政策》，2017年國標委發(fā)布了國家標準《車用動力電池回收利用拆解技術(shù)規(guī)范》，但是，這些政策和技術(shù)標準作為指導(dǎo)文件，對于經(jīng)營規(guī)范的骨干企業(yè)有參考作用，對于不法貿(mào)易商來說則缺乏約束效力。我國動力電池行業(yè)在回收方面面臨的主要挑戰(zhàn)包括：我國在電池回收技術(shù)方面較為薄弱，沒有形成產(chǎn)業(yè)化供應(yīng)鏈；國內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)使用的電池多樣，每家電池企業(yè)的技術(shù)標準不統(tǒng)一，再利用前檢測難度較大；電池回收方主要以小作坊為主，工藝水平不健全，較難保證安全回收；沒有經(jīng)營許可的企業(yè)非法從事廢舊動力電池回收，更會帶來安全和環(huán)保隱患。
電池中的重金屬能夠誘使人們回收電池嗎？事實是，雖然鋰、鎳、鈷等元素價格很高，但要完成整套回收獲取這些金屬的收益，其成本高過開掘新礦——這勢必會帶來電池回收動力缺乏。如不回收，當(dāng)幾百萬個劇毒的廢舊電池分布在中國各地，當(dāng)這些劇毒品泄露后，對土壤及地下水的污染將是環(huán)境的災(zāi)難。
伴隨新能源汽車高速發(fā)展產(chǎn)生的大量動力電池報廢，以及其背后的回收難題、污染威脅，實際已迫在眉睫。
2.4 其他技術(shù)與市場因素
除以上電池能量密度、材料資源、環(huán)保因素，還需要關(guān)注以下幾點與新能源車發(fā)展相關(guān)的技術(shù)與市場因素。
2.4.1 液體燃料的優(yōu)勢
除汽柴油的能量密度遠高于電池（見表1及表2）外，液體燃料的儲運遠比氣體能源（如天然氣）和固體能源（如電池或煤）方便易行。液體燃料在陸上可以管路輸送，在海上可以通過郵輪大規(guī)模低成本輸運。1加侖（合3.78L）汽柴油從休斯頓運到歐洲，其運輸成本不到零售價的1%。這也是人類選擇“液體燃料+內(nèi)燃機”的主要原因之一。
液體燃料的加注設(shè)施已非常普遍而且加注用時短。相比而言，電動汽車在相當(dāng)長時期內(nèi)，充電難和充電慢問題預(yù)期均無法得到有效解決。除少數(shù)一線大城市的充電設(shè)施配套政策與財力支持相對到位，在全國范圍內(nèi)建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施的投資需求量巨大，資金缺口也大，在規(guī)劃布局、施工和用電等方面面臨諸多挑戰(zhàn)；社會公共充電設(shè)施、社區(qū)內(nèi)充電設(shè)施建設(shè)均面臨利益主體多而分散、難以統(tǒng)一協(xié)調(diào)的難題，各方面因素導(dǎo)致充電設(shè)施不足，充電難。同時，充電慢的問題導(dǎo)致純電動汽車的實用性和便利性受到明顯限制；以220V交流充電樁為例，在電池容量20 kWh左右的情況下，一輛車要5-8小時才能夠充滿電。
2.4.2 頁巖氣革命改變了世界能源的格局
頁巖氣革命是數(shù)十年能源領(lǐng)域最大的突破，徹底改變了十余年前由于油氣價格飛漲帶給全球的恐慌。當(dāng)油價在140美元/桶、天然氣價格高達17美元/百萬英熱值（約合0.56美元/立方米）時，人們普遍感到這個世界上油氣資源快要耗完的恐慌。在氣候變暖和油氣即將耗完兩大推手下，全球各種新能源技術(shù)尤其是各種新能源汽車研發(fā)在1995-2015年這大約20年內(nèi)風(fēng)起云涌，各國都投巨資開發(fā)新能源汽車。但頁巖氣革命的到來，讓世界突然發(fā)現(xiàn)有200年用不完的廉價天然氣，美國的天然氣價格從最高約17美元/百萬英熱值一路狂降到1.5美元/百萬英熱值，目前平衡到2.5美元/百萬英熱值左右；同樣由于頁巖氣頁巖油革命，世界上又不斷發(fā)現(xiàn)大油田。僅美國德州一個二疊紀大油田的石油產(chǎn)量相當(dāng)于全中國的石油產(chǎn)量，產(chǎn)油成本只有約16美元/桶。另外，在奧巴馬擔(dān)任美國總統(tǒng)時期，中美聯(lián)手推動巴黎氣候協(xié)議的簽署；但特朗普一上臺，全面否認氣候變暖。這些近年來發(fā)展電動車的多項基本前提假設(shè)，已發(fā)生了重大的改變，因此也要求我們在國內(nèi)外能源的大變局下重新審視我們新能源尤其是新能源汽車的戰(zhàn)略。
2.4.3 內(nèi)燃機技術(shù)的進步
內(nèi)燃機技術(shù)尤其是歐洲的柴油機技術(shù)近年來突飛猛進。美日的汽油小轎車全部考慮在內(nèi)，目前的平均里程是32英里/加侖汽油（合13.6公里/升）；而歐洲的新型柴油轎車其里程數(shù)可高達80英里/加侖柴油（合34公里/升）。歐洲的燃料稅很高，導(dǎo)致燃油成本高昂，一輛轎車跑10年下來，其油錢遠高于汽車本身。因此，歐洲的消費者非常重視汽車的燃油經(jīng)濟性。因柴油車效率高，目前歐洲市場一半的新車是柴油車（石油煉制只能產(chǎn)約一半的柴油產(chǎn)品，另一半汽油產(chǎn)品仍依賴汽油車使用）?，F(xiàn)代先進的柴油機不僅其燃油效率大大提高，遠好于汽油機，而且其污染排放（NOx、PM、HC等）和噪音水準也完全可以和最好的汽油機媲美。圖3給出了歐美重載柴油機NOx/PM排放標準近二十余年來發(fā)生的巨大變化，目前歐美的柴油機在清潔燃燒與尾氣排放控制技術(shù)方面的確取得了革命性的突破：
歐洲的排放標準從1992年的歐I到2013年的歐VI，對85 kW以下及以上功率機型顆粒物PM的最大允許排放量分別降低至1/61和1/36，對所有功率機型氮氧化物NOx最大允許排放量降低至1/20（如圖3a所示）；
美國的排放標準日趨嚴格，排放控制技術(shù)相應(yīng)更新?lián)Q代，至2007年，PM、NOx的最大允許排放量分別降低至1988年的1/60和1/54（如圖3b所示）。
(a) 歐洲重載柴油機排放標準
(b) 美國重載柴油機排放標準
圖3. 歐美重載柴油機NOx/PM排放標準的變化(1 hp-hr = 0.746 kWh, Euro表示歐洲標準, US表示美國標準)
此外，甲醇取代柴油在柴油機（高壓縮比內(nèi)燃機）里燃燒的技術(shù)已取得了相當(dāng)?shù)耐黄?，產(chǎn)業(yè)化前景良好。甲醇不僅比柴油便宜，而且因甲醇不含硫、燃燒過程無SOx排放、NOx排放遠低于柴油等有利因素，可使得內(nèi)燃機尾氣排放會更干凈、尾氣處理系統(tǒng)成本可以大幅度降低，甲醇將成為非常理想的發(fā)動機清潔燃料。天然氣制甲醇的技術(shù)非常成熟，制甲醇過程的主要成本是天然氣原料成本，因此可由頁巖氣革命帶來的天量廉價天然氣大規(guī)模地制得低成本的甲醇；同時，甲醇可以用低成本的煤來大規(guī)模清潔化制備。由此，無論從近期還是中長期來看，甲醇燃料的大規(guī)模低成本供應(yīng)是有保障的。由此可知，研發(fā)新型的甲醇基燃料的內(nèi)燃機，可以讓我們不僅享受歐洲柴油機技術(shù)革命帶來的紅利，還可以享受頁巖氣革命帶來的紅利。這條路不失為今后汽車的選擇之一，其成本將遠小于電動車。
內(nèi)燃機技術(shù)尤其是歐洲的柴油機技術(shù)在近二三十年內(nèi)獲得了革命性突破和發(fā)展，在交通運輸動力主要依賴油氣資源的很長一段時間內(nèi)，將為人類提供高效、清潔的燃油車解決方案；對比觀察同期內(nèi)的電動車技術(shù)領(lǐng)域，已投入了大量的人力、研發(fā)資金與產(chǎn)業(yè)補貼，其進步比較有限，仍存在動力電池能量密度受限、制造成本高及伴生環(huán)境污染等亟待解決的問題，其產(chǎn)業(yè)化及行業(yè)可持續(xù)發(fā)展存在瓶頸。
眾所周知，應(yīng)把電動車與現(xiàn)有內(nèi)燃機技術(shù)進行比照，而不是與二三十年前的傳統(tǒng)內(nèi)燃機技術(shù)對比，不能忽視近些年來內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域的革命性發(fā)展。電動車將是未來汽車的選項之一，在出租車、公共汽車等人口密集的地方有它的優(yōu)勢，但說電池在可見的未來，完全取代內(nèi)燃機，還有些太樂觀；尤其是在越野車、卡車、飛機、輪船等應(yīng)用領(lǐng)域，不可能在可見的未來被電池取代。反而，如果能在先進的高壓縮比內(nèi)燃機里燃燒清潔、低成本、可由非常規(guī)天然氣批量制備的甲醇，其排放將可在目前歐洲的排放標準下進一步顯著降低。
以上幾大類瓶頸因素及挑戰(zhàn)，均是電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必須謹慎考慮和想辦法解決的，僅通過政府補貼是很難扭轉(zhuǎn)的。研討及制定電動車的發(fā)展戰(zhàn)略，需要充分了解新能源車與內(nèi)燃機車兩大類技術(shù)的歷史和現(xiàn)狀。國家為發(fā)展新能源車給出大額產(chǎn)業(yè)補貼，在推動新能源車產(chǎn)業(yè)急速壯大的積極面以外，可能帶來扭曲市場供需、推高新能源車價格的負面后果，不利于新能源車的長遠發(fā)展。
小結(jié)與建議
本文基于對清潔能源領(lǐng)域的研究，陳述了新能源車發(fā)展中面臨的主要瓶頸因素和風(fēng)險：電池能量密度天花板難打破；鋰鎳鈷等重金屬原材料稀缺，電池產(chǎn)量倍增后這些原材料成本飆升在沒有革命性技術(shù)突破前難降低；電池生產(chǎn)和電能生產(chǎn)過程涉及大量碳排放，并不一定節(jié)能環(huán)保；電池重金屬污染嚴重，回收在技術(shù)上、動力上、體系保障上困難重重。這些觀點從一定程度上挑戰(zhàn)了市面上流行的對新能源車的認知，并引發(fā)我們思考：“彎道超車”的論調(diào)是否有現(xiàn)實依據(jù)，是技術(shù)上確實值得發(fā)展的方向？大量依靠鋰鎳鈷進口的中國，新能源車產(chǎn)量成倍增長會帶來怎樣的經(jīng)濟成本上的風(fēng)險？
這些議題的提出，引發(fā)我們在關(guān)鍵節(jié)點上重新思考新能源車的發(fā)展戰(zhàn)略：我們是否要不遺余力地推動新能源車作為汽車產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)方向？是否要繼續(xù)靠產(chǎn)業(yè)補貼來推動新能源車大量生產(chǎn)？
本文認為，新能源車作為未來汽車發(fā)展方向之一是值得鼓勵的，在技術(shù)研發(fā)上也值得投入，但沒有必要做政策力推和大幅度產(chǎn)業(yè)補貼?？空_認技術(shù)的方式可能導(dǎo)致市場的扭曲，因供需不平衡而帶來成本攀升，反而不利于行業(yè)健康發(fā)展。中國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)不宜靠著國家的支持來拼燒，而忽視技術(shù)上的、成本上的、環(huán)境上的諸多客觀條件的限制。
本文建議整個汽車工業(yè)都應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注各種技術(shù)的進步，包括汽油車、柴油車、電動車、燃料電池汽車、甲醇汽車等，因為技術(shù)的發(fā)展是不可完全預(yù)測的，需要緊密關(guān)注與長期投入。對于多種新技術(shù)在研發(fā)上都要支持，但不要輕易做產(chǎn)業(yè)補貼，在公平市場競爭環(huán)境下讓更有效益的技術(shù)勝出，這樣可以降低政府決策風(fēng)險；因政府在研發(fā)上的投入是有限的，而產(chǎn)業(yè)補貼是無底洞。
液體燃料的加注設(shè)施已非常普遍而且加注用時短。相比而言，電動汽車在相當(dāng)長時期內(nèi)，充電難和充電慢問題預(yù)期均無法得到有效解決。除少數(shù)一線大城市的充電設(shè)施配套政策與財力支持相對到位，在全國范圍內(nèi)建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施的投資需求量巨大，資金缺口也大，在規(guī)劃布局、施工和用電等方面面臨諸多挑戰(zhàn)；社會公共充電設(shè)施、社區(qū)內(nèi)充電設(shè)施建設(shè)均面臨利益主體多而分散、難以統(tǒng)一協(xié)調(diào)的難題，各方面因素導(dǎo)致充電設(shè)施不足，充電難。同時，充電慢的問題導(dǎo)致純電動汽車的實用性和便利性受到明顯限制。
需要強調(diào)的是，本文是在對迄今已公開發(fā)表的成果進行綜合分析而得出的結(jié)論。作者一貫支持國家加大對新能源汽車相關(guān)技術(shù)研發(fā)的投入，因為技術(shù)的革命性突破無法預(yù)測，可能是一年，可能是十年，某些方向也可能永遠沒有突破。如果突然有革命性的成果出現(xiàn)，也可能改變本文的結(jié)論，但只有這種突破發(fā)生后，我們才能進行分析；而不是預(yù)測什么時候技術(shù)會有革命性突破。產(chǎn)業(yè)補貼不會產(chǎn)生技術(shù)革命，只有加大研發(fā)力度，技術(shù)革命才有可能產(chǎn)生。產(chǎn)業(yè)政策在技術(shù)革命發(fā)生后才能制定，而不是期望產(chǎn)業(yè)補貼產(chǎn)生技術(shù)革命。
新能源車在人口密集的城市作為出租車、公共汽車等有其優(yōu)勢；如果沒有革命性的技術(shù)突破，電動車很難在可見的未來成為主流；因此，本文建議加大包括電動汽車、燃料電池汽車及甲醇車等多種汽車技術(shù)的研發(fā)，但在技術(shù)發(fā)明沒有突破之前，產(chǎn)業(yè)補貼要謹慎。在公平市場競爭環(huán)境下讓有市場競爭力的技術(shù)勝出，更利于行業(yè)長期健康發(fā)展。
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