為什么氫燃料車在新能源汽車時代落了下風(fēng)?

今年5月中旬的G7峰會上,以豐田為首的日本車企公開反對全面電動化,認為電動車不是汽車產(chǎn)業(yè)未來的好方向,揚言要在這股電動車浪潮中“逆勢拼搏”。?在“碳中和”進程全面深入、電動化已成為趨勢的今天,隨即遭到豐田集團海外股東的抵制。4月卸任豐田汽車社長一職的豐田章男靠倒戈電動化才在6月14日的豐田年度大會上獲得連任。
燃油車時代的巨頭豐田,在新能源車發(fā)展路線上曾堅定地選擇氫燃料車,不僅因其掌握了全球大量氫燃料電池專利,還源于將氫能戰(zhàn)略與供應(yīng)鏈發(fā)展體系上升到了日本的國家戰(zhàn)略層面。豐田章男反對全電動的理由有三:第一,電池材料稀缺;第二,用來充電的電力并非完全來自可再生能源;第三,廢舊電池很難妥善回收利用和處理。
說實話,在這三條理由里,第二條多多少少還存在一些爭議,其它兩條明顯讓人覺得是為豐田投入巨大的氫燃料車站臺。
1.?關(guān)于電池的偽命題
豐田章男的這三條理由前后銜接,分別對應(yīng)電池的生產(chǎn)制造、生命周期內(nèi)的使用以及再回收利用。環(huán)環(huán)相扣,看似無懈可擊,實則不堪一擊。

首先,電池材料的稀缺是一個偽命題。從正極材料區(qū)分,動力電池目前有兩大材料體系:磷酸鐵鋰和三元鋰,其中,磷酸鐵鋰是鐵基材料,三元鋰是鎳基材料,為了平衡鎳的高活性,會加入錳、鈷進行中和,所以,動力電池涉及到的五大材料分別是鐵、鎳、鋰、錳、鈷。
鐵、鎳、錳從來都不存在短缺問題。至于鋰,雖然去年曾經(jīng)因為供需失衡導(dǎo)致碳酸鋰價格瘋漲,但是,進入今年以來,隨著供需失衡的緩解,碳酸鋰的價格迎來了雪崩,所以,鋰資源也不存在稀缺性。
如果非要找出來一個存在不確定性的材料,那就是鈷。但這并非因為它的全球儲量不夠,而是80%的鈷儲量都位于剛果民主共和國,屬于“沖突礦產(chǎn)”。這個地方軍閥林立,混戰(zhàn)不斷,而且在挖礦的過程中存在童工雇傭和奴役等一系列違反人權(quán)的問題,如果站在道德的高地,本著“沒有買賣,就沒有傷害”的原則拒絕使用剛果民主共和國產(chǎn)的鈷,那這一項是有可能存在短缺的。
三元鋰電池行業(yè)一方面通過低鈷化和無鈷化擺脫對沖突礦產(chǎn)的依賴,另一方面,則通過對廢舊電池的回收利用積極應(yīng)對這個問題。
接著這個話題,再來看看電池回收利用的技術(shù)水平到了什么境地。

根據(jù)中國汽車工程學(xué)會組織的對《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》的評估,2022年,國內(nèi)相關(guān)企業(yè)在電芯外殼、極耳用的銅鐵鋁材料上的回收率超過了98%,在正極材料上,鎳鈷錳的綜合回收率超過了98%,鐵鋰回收率超過了95%。

隨著電池回收利用技術(shù)的提升,有望在未來幾年之內(nèi)實現(xiàn)對電池材料接近100%的回收再利用。實際上,在智能手機領(lǐng)域,蘋果已經(jīng)承諾將在2025年實現(xiàn)在電池中使用100%再生的鈷(手機電池以鈷酸鋰電池為主,含鈷量更高),所以,從技術(shù)的角度,廢舊電池的回收根本不是值得顧慮的問題。
即便最終無法實現(xiàn)100%也不會帶來大問題,因為礦產(chǎn)這個東西很邪門,用的越多,發(fā)現(xiàn)的就越多,在我從小到大成長的這幾十年里,一直在被灌輸著一個“大道理”-石油只能用30年了!三十年過去了,據(jù)說到現(xiàn)在,已經(jīng)探明的石油儲量還夠用完這個世紀的,是不是很神奇?就是這么地不可理喻!

最后,豐田提出的第二條理由的本質(zhì)是可再生能源、綠電問題。
為了地球的可持續(xù)發(fā)展,完全轉(zhuǎn)向綠電是應(yīng)有之義,但是這顯然是個無法一蹴而就的時間問題。不過,即便以中國2021年71%的灰電(火力發(fā)電)占比進行計算,根據(jù)精進電動聯(lián)合創(chuàng)始人蔡蔚的說法,一輛A級電動車的碳排放也能降低42%。而且,發(fā)展電動汽車本身就是促進電力結(jié)構(gòu)優(yōu)化的必要途徑。

如上文所述,豐田抵制全面電動化的三條理由最多成立半條!
拿著若干年前的技術(shù)數(shù)據(jù)忽悠大眾,豐田當(dāng)然有著自己的目的,它的目的可謂“司馬昭之心,人人皆知”,也是老和尚頭頂?shù)氖?明擺著滴,就是為了兜售自家的氫燃料電池。
2.?氫燃料電池落敗的原因
和電動車相比,氫燃料電池汽車(FCEV)的發(fā)展可謂是一波三折,很不如意。網(wǎng)上有一種說法,說是因為豐田手里掌握了全球90%的氫燃料電池專利,作為全球最大的兩個汽車市場,中美聯(lián)手做局,選擇在電動車的技術(shù)路線上發(fā)力,放棄了氫燃料電池,搞得舉國發(fā)展FCEV的日本一臉懵逼。
只能說,有意傳播這種觀點的大V很懂得撩撥網(wǎng)民的情緒,但是,F(xiàn)CEV在汽車市場的折戟與這種說法差了十萬八千里。
FCEV之所以無法在乘用車領(lǐng)域占有一席之地,主要是能量轉(zhuǎn)換效率低、氫燃料電池系統(tǒng)太復(fù)雜兩大原因。
2.1 整車效率過低
對于一個飛速發(fā)展了40多年的經(jīng)濟體來說,效率始終有著很高的優(yōu)先級;對于每個個體而言,效率往往決定著個人命運的差異;對作為交通工具的乘用車而言,效率則決定了不同技術(shù)路線的命運。
根據(jù)歐陽明高院士在今年電動汽車百人會上的發(fā)言,從可再生能源發(fā)電到車輪的能量傳遞鏈來看,純電動車(BEV)的效率是77%,燃料電池車效率是30%,電合成燃料內(nèi)燃機汽車效率是13%。從甲醇汽車的13%到FCEV的30%,再到純電動車的77%,不同動力體系下的能源轉(zhuǎn)換效率差異顯而易見,換做您是幫助國家制定新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略的專家團成員,您會提出什么樣的意見?當(dāng)然是堅持走電動化路線!

對于個體而言,反正花的都是自己的錢,有些人可能真的不在乎效率的高低;但是,站在國家的層面,面對每年新增2000多萬輛汽車的大盤,肯定要選擇效率明顯高出其它競爭技術(shù)的路線。
FCEV之所以被中美兩大市場摒棄,還有另一個重要原因,相較于純電動汽車而言,F(xiàn)CEV的復(fù)雜度提升得不是一點半點。
2.2 系統(tǒng)太復(fù)雜
博世中國區(qū)總裁陳玉東曾在采訪中談到,為何在情勢還不明朗時就積極擁抱、推動汽車的電動化?陳總說,自己搞發(fā)動機標定出身,看過電機以后覺得,那么簡單的電機就能干這么復(fù)雜的發(fā)動機干的活,發(fā)動機怎么可能不被電機淘汰?!
這句話可以套用在BEV和FCEV的競爭里。
BEV的動力結(jié)構(gòu)非常簡單,電池包+電機,完事!看看蔚來ET7的電動平臺,如此簡約,如此優(yōu)美!

再看看FCEV的動力結(jié)構(gòu),在電池+電機之外,還多了70MPa氫瓶、燃料電池發(fā)動機、直流變換器。

且不說這個70MPa氫瓶比最近引發(fā)熱議的常壓油箱、高壓油箱壓力高出了整整三個數(shù)量級,單單這個燃料電池發(fā)動機,其復(fù)雜程度就堪比燃油車時代的內(nèi)燃機。因為,燃料電池發(fā)動機的結(jié)構(gòu)是下圖這個樣子滴。

燃料電池發(fā)動機里面有燃料電池堆、發(fā)動機控制器、包括過濾器+增濕器+空氣壓縮機+減壓閥+背壓閥在內(nèi)的空氣系統(tǒng)、包括氫氣噴射器+減壓閥+氫氣循環(huán)泵+排氫閥在內(nèi)的氫氣系統(tǒng)和由節(jié)溫器+冷卻泵組成的熱管理系統(tǒng),這里提到的每一個零部件,單拿出來其中一個,就橫跨機械、化學(xué)、物理、電氣等多個學(xué)科,復(fù)雜程度讓行業(yè)內(nèi)的從業(yè)者備受折磨。
