牛途研究院课堂：氢能源汽车需要“特斯拉”

据牛图研究院介绍，牛图研究所的婴儿由于其高热、零污染、氢能储量丰富，可以用人类能源之光来形容。据牛途研究院分析，早在2000年，氢燃料电池汽车就与纯电动和插电式混合动力汽车站在了同一条起跑线上。氢动力汽车代表了清洁汽车的未来方向，一度成为共识。然而，过去20年来，中国汽车工业协会的数据显示，2021 11月，纯电动汽车产销分别完成37.2万辆和36.1万辆，同比增长1.2倍和1.1倍；燃料电池汽车产销分别完成212辆和147辆，同比分别下降26.4%和49.3%。12月14日，丰田推出了15款电动车型，并宣布到2030年，雷克萨斯品牌将在欧洲、北美和中国完成100%电动化。氢能源汽车的首席推动者也开始转向电动化，这已经成为一个越来越积极的未来。然而，人类对能源的应用已经从追求能源密度转变为低碳无碳。其中包括成本的权衡、安全的考虑、技术极限的存在以及绿色的未来。中国承诺到2030年和2060年实现碳峰值和碳中和。低能耗和整个循环的非碳化是不可避免的，氢能无疑是未来的发展方向。氢燃料电池的挑战仍然需要解决。氢能首先具有绿色优势。据彭博社预测，到2040年，新能源汽车的电能消费在中国总用电量中的比例将从1.3%大幅上升至8%。在中国，燃煤发电的比例超过60%。对电动汽车的一个主要批评也是“脏电”，即整个循环中碳排放的变化。同时，加油和加氢一样，时间短，解决了电动汽车的能量补充焦虑。氢能的“能量密度”也受到了高度赞扬。动力电池和燃料电池的区别在于：一是储能装置，平衡的重要指标是能量密度；

一个是能耗的安装，衡量燃料电池能耗能力的基本指标是功率密度。燃料电池系统包括一个电堆和一个氢气系统。它的工作原理是氢气和氧气从电堆的入口处进入，经过一定的电化学反应，并产生电流来驱动车辆。为了在不增加系统重量或体积的情况下进一步提高FC-EV的范围，有必要采用更高效的储氢系统。动力电池占电动汽车的大部分，而燃料电池系统占氢动力汽车总成本的60%。高昂的价格和对进口的依赖带来了成本问题，限制了氢动力汽车的增长。十万辆车是一个台阶，一百万辆车也是一个台阶。对于车辆续航里程的每一次升级，燃料电池系统的成本将降低约50%。从生产到运输再到应用，过程中可能发生的能量损失比例太大，在经济上不可行。此外，只有当氢能源汽车的续航里程达到数百万甚至更多时，才能有效降低加氢站的成本。

在碳中和的背景下，只要“绿色氢”是符合规范的氢，就有无碳规范。目前比较成熟的绿氢制氢方法是质子交换膜（PEM）电解水制氢，质子交换膜和铂电极的催化成本较高。也就是说，范围带来了成本的降低，而高成本限制了其范围，使氢动力汽车的改进成为一个无法解决的问题。另一个问题是安全。氢动力汽车由储氢区、中间的电池和逆变器、前面的燃料电池和电源组成。在燃料电池汽车中，保留氢气的中心区域主要是电池组和储氢罐。在理想的理论场景中，电池组只是氢气和氧气发生电化学反应的地方，而不储存能量。一旦检测到氢气泄漏，可以迅速切断氢气/空气。然而，氢气是一种易燃易爆的危险材料。在操作过程中，无论是氢气处理还是加氢，由于操作不当经常会出现安全问题，这大大限制了消费者对氢气风险的认识，也大大限制了其改进。谁来买单？科技企业面临的最大风险是技术本身的不确定性。无论是错误的技术树，还是技术迭代后归零，在波浪和沙子下，伤亡的概率都太高了。市场预期与技术进步相结合，为整个行业带来繁荣。电动汽车率先成熟，市场预期放大了其确定性，使氢动力汽车更加惨淡。在销量方面，2020年，全球电动汽车销量超过300万辆，同比增长约40%，而氢能源汽车仅缺1万辆。欧洲和美国的制造商选择了电动道路，押注于氢能的日本公司也因指向错误的技术树而受到嘲笑。总的来说，这种情况需要汽车制造商做出选择。当传统汽车制造商还没有赶上电动化的趋势时，氢能源只能被搁置一边。目前，氢能源汽车的应用主要在重型卡车、运营车辆等，尤其是受排放法规切换影响的重型卡车。在碳达峰的背景下，氢燃料电池无疑是减少重型卡车污染物和碳排放的最佳选择。来自中国汽车协会的数据显示，今年前8个月，新能源重型卡车销量为2792辆纯电动重型卡车，占比87.3%，同比下降11.42%；

燃料电池重型卡车销量达到389辆，占比12.16%，同比增长11.58%。氢能重型卡车在销量和增速上都远远落后于纯电动重型卡车。加氢的困难也是原因之一。据相关数据显示，目前中国共有69个加氢站，在建加氢站近100个。配套基础设备的完善将进一步推动氢能源汽车的发展。目前，氢能源重型卡车的销售主要依靠财政补贴，预计这个市场要到2025年才能大规模快速发展。然而，如果氢能想走得更远，那么它在乘用车方面的改进是必不可少的。2020年，本田的氢燃料电池汽车全球销量仅为240辆，累计销量仅为1900辆。氢燃料电池汽车丰田MIRAI的全球销量仅为1770辆，与去年相比下降了近30%。汽车领域的电动化和智能化趋势，在特斯拉等公司的推动下，真正吸纳了一批购买力群体，这也是电动汽车渗透率不断提高的前提。氢动力汽车需要一群先吃葡萄的人。特斯拉回顾了电动汽车在中国的发展历程。根据中国政府2009年发布的《汽车产业发展规划》，2011年以纯电动汽车为主的新能源汽车产量预计将达到50万辆，占汽车总销量的5%；但到2013年底，只有数千辆纯电动汽车真正卖给了消费者。截至2012年底，Model S车型的订单达到15000辆。特斯拉的胜利意味着电动汽车具备了商业化的条件。2019年，电动汽车的渗透率达到10%，自2013年以来一直被炒作的新能源行业成为一种趋势。依靠政策补贴未能获胜的电动汽车最终通过特斯拉效应和市场的作用得到了改善。从2014年开始，小鹏、蔚来、理想等新造车强国相继诞生。面对在障碍面前改进电动汽车的两大问题：成本和能源密度，特斯拉从高端市场开始，利用品牌溢价来解决高成本问题；同时，依靠其在电池系统和管理技术方面的创新，我们应对电池寿命的挑战。特斯拉创立的全价值链商业形态将特斯拉与传统汽车区别开来，并建立了另一个评估标准体系。持久的市场审查是第一步。经过技术迭代，参考传统汽车制造商的经验，我们将继续使用成熟的供应链系统，降低成本，实现从高端市场到大众市场的提升。新的产品形式得到市场认可后，所需的基本设备也将跟上。截至2021 5月，中国基本充电设备的累计数量已达到187万台。代表着氢动力汽车的未来，他们也在等待特斯拉这样的鲶鱼，等待转折点的到来。目前，燃料电池商用车的采购成本是汽油车的2.5倍以上。如何停止应用程序的商业化是全球消费者面临的一大挑战。除了技术的进步，商业形式的探索也没有停止。与NIO的电池交换方法（电池部分租赁）类似，Nikola推出了捆绑租赁解决方案，客户可以选择租赁70万英里的车辆，包括卡车、氢燃料、维护和家庭护理。在这种形式下，运营成本约为6.59元/英里，略低于传统柴油车的6.73元/英里。该公司预计，到21年年中开始消费测试版燃料电池卡车，到22年年中消费伽马版，到2023年完成正式批量生产。《第三次工业反应》一书的作者Jeremy Rifkin：“当交通、通信和能源这三个要素同时发生变化时，也意味着一个新的经济体系正在形成。”当然，稳定的能源仍然需要一种新的能源模式。只有当可控核聚变在核能中被打破时，它才能被称为真正的新能源。如果…怎么办？

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