干掉特斯拉！兩家日本最大的汽車制造商將在氫動(dòng)力上下重注。豐田將在明年推出售價(jià)5.75萬美元的 Mirai 燃料電池汽車（FCV），而氫動(dòng)力先驅(qū)本田也將在 2016 年推出一款氫動(dòng)力汽車。等等，環(huán)保汽車不都是電動(dòng)汽車（EV）嗎？
燃料電池汽車也可以算作電動(dòng)汽車，但你可以在五分鐘內(nèi)給電池灌滿燃料，而不是等上幾個(gè)小時(shí)來充滿電。電動(dòng)汽車要做到這一點(diǎn)，就必須更換整組電池。那為什么現(xiàn)在只投產(chǎn)了一種燃料電池汽車，而電動(dòng)汽車卻無處不在呢？這就是一個(gè)有關(guān)效率、燃料、污染和政治的故事了。
燃料電池汽車是什么？
燃料電池汽車也是電動(dòng)汽車，只不過“電池”是氫氧混合燃料電池。和普通化學(xué)電池相比，燃料電池可以補(bǔ)充燃料，通常是補(bǔ)充氫氣。一些燃料電池能使用甲烷和汽油作為燃料，但通常是限制在電廠和叉車等工業(yè)領(lǐng)域使用。
和普通電池一樣，燃料電池由陽極、陰極和電解質(zhì)組成。大部分燃料電池汽車如 Mirai 或本田的 FCX Clarity 使用聚合物交換膜燃料電池(PEMFC)。在這一系統(tǒng)中，氫氣受壓通過鉑催化劑，分解成兩個(gè)氫離子和兩個(gè)電子。這些電子會(huì)驅(qū)動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)，而氫離子會(huì)和氧氣結(jié)合成水，以蒸汽“廢氣”的形式排出。通過將這些電池堆疊在一起，就能為汽車提供足夠電力。
哪些廠商在制造燃料電池汽車呢？韓國現(xiàn)代在今年夏天推出了 Tucson 燃料電池汽車，租期三年，每月需付費(fèi) 499 美元，并計(jì)劃今年在南加州銷售 60 輛 Tucson。上文提到的豐田 Mirai 會(huì)在明年上市（出租價(jià)格每月 499 美元，從加州開始）；本田的燃料電池汽車會(huì)在 2016 年上市（本田最近終止了 FCX Clarity 項(xiàng)目，但在 2008 年至 2014 年間出租了 45 輛）；寶馬很快就會(huì)宣布一款燃料電池驅(qū)動(dòng)的原型車，并同意與豐田共享技術(shù)；包括通用汽車在內(nèi)的其他汽車制造商也在測(cè)試燃料電池汽車。
氫氣來自哪里？
如果你想要一輛百分百環(huán)保的燃料電池汽車，就必須以不造成污染的方式來制造氫氣。這可不容易，目前最好的方法是通過電解水來制造氫氣，即用電將水分解成氧氣和氫氣。目前最好的電解水系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化率只有 80%，并不怎么高效。
甲烷轉(zhuǎn)化（上圖）要更劃算，但卻會(huì)造成污染。蒸汽需要加熱到 700 到 1000 攝氏度，然后與甲烷結(jié)合生成氫氣和一氧化碳，以及少量二氧化碳。得益于水力壓裂法生產(chǎn)的大量天然氣，美國有 95% 的氫氣通過這種方法來制造。
如何購買氫氣？
電動(dòng)汽車已經(jīng)在道路上（和你家中）建立了充電基礎(chǔ)設(shè)施，但氫氣銷售點(diǎn)卻很少，相隔距離也很遠(yuǎn)。這部分是由于缺少需求，還有就是建造成本高昂。普通的電動(dòng)汽車充電站只需花數(shù)十萬美元來建造，特斯拉的超級(jí)充電站建造成本高達(dá) 30 萬美元。但建造一個(gè)氫氣燃料站需要花費(fèi) 100 萬至 200 萬美元，因?yàn)樾枰鉀Q處理液態(tài)氫氣的問題。因此，美國現(xiàn)在只有大約 50 個(gè)氫氣燃料站，其中 22 個(gè)位于加州。
為什么這么貴？根據(jù) Autoblog Green 披露的細(xì)節(jié)，氫氣燃料站的主燃料箱以至少負(fù) 250 攝氏度的溫度存儲(chǔ)著近 1 萬加侖液態(tài)氫氣。和天然氣或柴油不同，液態(tài)氫氣保存在地面上的一個(gè)特別區(qū)域，與泵分離。然后液態(tài)氫氣會(huì)在汽化塔內(nèi)轉(zhuǎn)化成氣體，然后加壓傳輸給更小的儲(chǔ)罐來銷售。
《人車志》(Car and Driver)描述了充氣過程：
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首先需要將一個(gè)多管通信插頭插入汽車，以了解其燃料需求
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接著需要連上氫氣噴嘴，用扭鎖和泵來密封
一些燃料電池汽車可以同時(shí)接受 350 個(gè)大氣壓和 700 個(gè)大氣壓的氫氣，后者的行程更遠(yuǎn)。只需 3 分鐘到 5 分鐘就能充滿 700 個(gè)大氣壓的氫氣，價(jià)格約3 美元至 3.5 美元GGE（每加侖汽油當(dāng)量）。
豐田和本田將向買家免費(fèi)提供三年氫氣。豐田計(jì)劃逐步增加在美國的氫氣燃料站數(shù)目，將在加州新建 19 個(gè)，并在紐約和羅德島之間建造 12 個(gè)。加州已撥款 2 億美元用于興建氫氣燃料站，并想在 2016 年時(shí)將這一數(shù)目增至 40 個(gè)。不過，幾乎沒有其他州宣布類似計(jì)劃，意味著燃料電池汽車早期用戶想要環(huán)游美國會(huì)有困難。
為什么要關(guān)心這事？
如果你正在閱讀本文，我猜你不想留給后代子孫一個(gè)烏煙瘴氣的地球。而且我們已經(jīng)詳細(xì)闡述了電動(dòng)汽車如何來幫助減少溫室氣體排放。但購買環(huán)保汽車也有更自私的理由。從長期來看，如果算上折扣，日產(chǎn) Leaf、豐田普銳斯(Prius)等環(huán)保汽車要比普通汽車更省錢。那么燃料電池汽車的費(fèi)用相比其他環(huán)保汽車如何呢？
燃料電池汽車相比電動(dòng)汽車的主要優(yōu)勢(shì)就是方便。氫氣燃料電池汽車只需 3 到 5 分鐘就能充滿長途行駛所需的氣量，而 Tesla Model S 至少需要 20 分鐘才能充滿電（見上圖），但行駛的距離還不到氫氣燃料電池汽車的一半。這讓燃料電池汽車更方便日常使用，汽車制造商們據(jù)此認(rèn)為，希望尋找更環(huán)保汽車的消費(fèi)者也許會(huì)認(rèn)為燃料電池汽車要比電動(dòng)汽車更實(shí)用。
州監(jiān)管機(jī)構(gòu)也這么想?，F(xiàn)在汽車制造商需要在 15 分鐘內(nèi)充滿足夠行駛 285 英里的燃料才能獲得滿額加州零排放汽車(ZEV)信用點(diǎn)。這些信用點(diǎn)可以轉(zhuǎn)售給汽車制造商，特斯拉在去年首次盈利靠的也是 ZEV 信用點(diǎn)。然而，像 Model S 這樣的純電動(dòng)車現(xiàn)在已經(jīng)不符合獲得滿額 ZEV 信用點(diǎn)的規(guī)定，因?yàn)榇蟛糠蛛妱?dòng)汽車都達(dá)不到補(bǔ)充燃料的要求。你很快就會(huì)看到，加州的政策變更或許會(huì)增加污染，但這無疑會(huì)激勵(lì)豐田、本田和其他公司在電動(dòng)汽車之外制造燃料電池汽車。
至于性能和環(huán)保性方面，燃料電池汽車使用和電動(dòng)汽車一樣的電動(dòng)馬達(dá)，性能表現(xiàn)差不多。豐田 Mirai 百公里加速時(shí)間大約為 10 秒，能行駛 434 英里。燃料電池也更適合皮卡和 SUV，目前的鋰電池沒法滿足這些車型的需要。鋰電池也要比燃料電池組/氫氣箱重得多。
但你是否就該為只排放水的燃料電池汽車感到驕傲呢？悲哀的是，答案是不。
燃料電池汽車的問題？
燃料電池汽車的主要問題是，制造驅(qū)動(dòng)它們的氫氣燃料要消耗比普通電動(dòng)汽車更多的能源。污染也是個(gè)很嚴(yán)重的問題。
燃料電池汽車的售價(jià)和維護(hù)費(fèi)用要比電動(dòng)汽車貴
豐田表示，全新 Mirai 售價(jià) 5.75 萬美元，聯(lián)邦和州政府補(bǔ)貼后的價(jià)格可低至 4.5 萬美元。這比特斯拉要便宜不少，但日產(chǎn) Leaf 的售價(jià)差不多是 3 萬美元，補(bǔ)貼后的價(jià)格約為 2 萬美元。如上文所述，給燃料電池汽車補(bǔ)充的氫氣價(jià)格約為3 美元GGE，美國能源部估計(jì)給一輛車加滿氣需要花約 50 美元（豐田的免費(fèi)燃料不算在內(nèi)）。這意味著，一輛燃料電池汽車的維護(hù)成本是普銳斯混合動(dòng)力汽車的兩倍，是電動(dòng)汽車的四倍。的確，這一成本會(huì)隨時(shí)間推移降低，但電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車也一樣。
制造和使用綠色氫氣的費(fèi)用更高
除了甲烷轉(zhuǎn)化，獲得綠色氫氣的唯一可行的方式是通過電解。但坦白講，這一過程中消耗的電可以更好地用在普通電動(dòng)汽車上。正如上面的圖表所示，相比起氫氣燃料電池汽車，電動(dòng)汽車能更好地利用電力。至少這就是燃料電池技術(shù)的現(xiàn)狀。
甲烷轉(zhuǎn)化得到的氫氣和汽油一樣糟
好吧，假設(shè)你使用的氫氣來自于甲烷轉(zhuǎn)化。這至少要比燃燒天然氣或柴油好，對(duì)吧？并不完全如此。福特最近表示，相對(duì)于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，燃料電池汽車“對(duì)環(huán)境的好處有限”。而且可能要更糟一些，因?yàn)樽罱难芯匡@示，甲烷基礎(chǔ)設(shè)施的泄露情況比原先想象的還糟糕（最高達(dá) 7%），而作為溫室氣體，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的 86 倍。
補(bǔ)充氫氣燃料的基礎(chǔ)設(shè)施造價(jià)高昂
正如上文所述，氫氣具有爆炸性，很難處理。輸電就相當(dāng)簡(jiǎn)單，每個(gè)房子都有電。但氫氣燃料電池汽車需要對(duì)制造和運(yùn)送環(huán)節(jié)投入巨資，每一個(gè)環(huán)節(jié)又會(huì)增加成本、復(fù)雜性和污染。
這一切是不是說明氫氣燃料電池汽車沒戲了呢？
從這些標(biāo)準(zhǔn)來看，相對(duì)于環(huán)保省錢的電動(dòng)汽車，氫氣燃料電池汽車根本沒法比。但在消費(fèi)者的心中，“實(shí)用”也很重要，燃料電池汽車加滿燃料的速度更快，行駛的距離更遠(yuǎn)。而且，氫氣燃料電池汽車還處于早期階段，充電式電動(dòng)汽車在 10 年前也存在似乎無法克服的問題，現(xiàn)在美國境內(nèi)有近 28 萬輛電動(dòng)汽車。0
正如一名燃料電池汽車推動(dòng)者所說的，目前上路的汽車中仍有 97% 的車輛用汽油做燃料，電動(dòng)汽車粉絲何必嫉恨氫氣燃料電池汽車呢？燃料電池的發(fā)展將推動(dòng)技術(shù)改進(jìn)，希望也能在未來讓化石燃料汽車永遠(yuǎn)從道路上消失。
