動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車持續(xù)制造重要新聞，但燃料電池的發(fā)展勢頭日益增強(qiáng)。理由是，氫能將會(huì)在可再生能源系統(tǒng)和未來出行中扮演著重要角色。

豐田燃料電池概念車“TOYOTA FCVPLUS”

在2015年聯(lián)合國氣候變化大會(huì)COP21在巴黎召開之際，195個(gè)國家同意將全球變暖控制在工業(yè)革命之前的氣溫水平上浮2攝氏度范圍之內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，到2050年世界各國需要將能源消耗相關(guān)二氧化碳排放削減60%，即使同期全球人口數(shù)量將增長20億。這將需要我們的能源系統(tǒng)發(fā)生戲劇性的轉(zhuǎn)變：能源效率的巨幅提升，向清潔能源和低碳燃料載體的過渡，對(duì)于剩余在用化石燃料排放的二氧化碳，其工業(yè)收集、存儲(chǔ)、再用比例的提升。

巴黎協(xié)定2年后，在波恩的聯(lián)合國氣候變化大會(huì)COP23上，由汽車、石油、天然氣、工業(yè)石油氣和機(jī)械設(shè)備制造領(lǐng)域的18家公司財(cái)團(tuán)組成的氫理事會(huì)，表達(dá)了他們對(duì)于氫能源如何能夠幫助實(shí)現(xiàn)宏偉的氣候變化控制目標(biāo)的構(gòu)想。他們提出，氫能源在廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用是向可再生能源系統(tǒng)和清潔能源載體轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力。如果要嚴(yán)格控制氣候變暖范圍在2度以內(nèi)，氫理事會(huì)估計(jì)氫能源的使用能夠幫助實(shí)現(xiàn)五分之一的減排目標(biāo)。這份計(jì)劃雖然看起來耗時(shí)費(fèi)力，但還是有可行性的，需要政策制定者、工業(yè)企業(yè)和投資者做出共同努力，來加速在低碳科技領(lǐng)域的布局。

氫能可在能源轉(zhuǎn)變中擔(dān)任7項(xiàng)主要角色

氫氣是一種多用途能源載體，并能在整個(gè)生產(chǎn)過程中留下低碳足跡。氫能在能源轉(zhuǎn)變中擔(dān)任的7種角色，能夠?qū)崿F(xiàn)能源體系從骨干到終端應(yīng)用的脫碳，如圖一所示：

• 可再生能源系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)（1～3）：通過提供一種長期的能源存儲(chǔ)方法，氫能實(shí)現(xiàn)可再生電能到能源系統(tǒng)的大規(guī)模集成。氫允許跨地域和跨季節(jié)的能源分配，并能為能源系統(tǒng)的彈性提供緩沖。

• 交通運(yùn)輸脫碳化（4）：今天的交通運(yùn)輸行業(yè)幾乎完全依賴于化石燃料，并貢獻(xiàn)了20%以上的二氧化碳排放，氫動(dòng)力車輛以其高性能和快充便利性，能夠補(bǔ)充動(dòng)力電池汽車缺陷以實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸行業(yè)的廣泛脫碳。

• 工業(yè)用能源的脫碳化（5）：在重工業(yè)，以往不易通過電能完成的脫碳過程, 特別是那些需要高溫處理的,可以借助氫氣實(shí)現(xiàn)。氫氣在這一過程中產(chǎn)生的熱量和能量也能夠用于其他形式的工業(yè)化應(yīng)用。

• 建筑熱力和能源的脫碳化（6）:在現(xiàn)有天然氣網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)，氫氣能夠搭載在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施上，并提供一種加熱脫碳的成本效益型方法。

• 為工業(yè)提供清潔原料（7）：當(dāng)前用氫氣作為工業(yè)原料的總量每年超過5500萬噸，這一部分能夠?qū)崿F(xiàn)完全脫碳化。通過使用化學(xué)原料和收集的碳相結(jié)合，氫氣也可以用來生產(chǎn)清潔化學(xué)品；通過被用作鐵礦石還原劑，氫氣可以被用來生產(chǎn)鋼鐵。

氫在交通領(lǐng)域的作用被嵌入到全系統(tǒng)的視野中

如上所述，氫能在能源系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用（參見圖二），其中交通運(yùn)輸行業(yè)的脫碳效果作用最為顯著。在氫能委員會(huì)的構(gòu)想中，氫能被大力部署以將全球變暖限制在2攝氏度范圍之內(nèi)，而交通行業(yè)將帶來三分之一的全球氫能需求增長。到2050年，氫能理事會(huì)的成員認(rèn)為，氫動(dòng)力燃料電池汽車將占汽車總量的20%，共約4億輛汽車和1500萬至2000萬輛卡車和約500萬輛公交車。在他們?cè)O(shè)定的情境下，氫氣將在載重運(yùn)輸和較長的駕駛區(qū)段中發(fā)揮更大的作用。也正因此，氫能的使用能夠帶來30%（比氫燃料電池汽車占比更高）的公路運(yùn)輸行業(yè)減排目標(biāo)。

在氫能理事會(huì)的愿景中，氫動(dòng)力機(jī)車也將取代20%的柴油內(nèi)燃機(jī)車，并且氫基合成燃料能夠?yàn)轱w機(jī)和貨運(yùn)船舶提供動(dòng)力?？偠灾?，如果氫能被廣泛部署到氫理事會(huì)所描述的程度，交通運(yùn)輸行業(yè)每天可以減少消耗2000萬桶石油。

燃料電池可以作為電池的補(bǔ)充，使運(yùn)輸脫碳化

氫氣和電池經(jīng)常被描述為相互競爭的科技，而且電池技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注。但是，這些科技的相對(duì)優(yōu)劣性表明，他們更應(yīng)該起到互補(bǔ)作用。動(dòng)力電池汽車需要打造更高的電池效率以便減少車重，理想適用于短距離運(yùn)輸和輕型車輛。氫能夠以更輕的重量儲(chǔ)存更多的能量，使得燃料電池更適合重載和長距離運(yùn)輸?？斐浼夹g(shù)也有利于商業(yè)車隊(duì)或其他車輛的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這些科技如何聯(lián)結(jié)到一起，將主要取決于電池技術(shù)的發(fā)展以及如何快速實(shí)現(xiàn)燃料電池量產(chǎn)和降本。

到2030年，道路運(yùn)輸需要將近8000萬輛輛排放車輛，到2050年，平均每人每公里的二氧化碳排放量需要減少70%。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要廣泛涉及動(dòng)力系統(tǒng)和燃料領(lǐng)域的工作。

不僅純電動(dòng)汽車（BEV）和燃料電池汽車（FCEV）之間不存在競爭，而且BEV的成功實(shí)際上可能會(huì)推動(dòng)FCEV的應(yīng)用。這兩種技術(shù)都受益于電動(dòng)化出行被廣泛接受，規(guī)模越來越大，降低了電動(dòng)傳動(dòng)系和其他部件的成本。行業(yè)專家認(rèn)為，BEV和FCEV的總體擁有成本可能在未來十年內(nèi)趨于一致，并在距離今天12或15年后與內(nèi)燃機(jī)（ICE）車輛競爭?；谒鼈兊恼麄€(gè)生命周期，F(xiàn)CEV實(shí)現(xiàn)了非常低的二氧化碳排放量，部分原因是它們不需要生產(chǎn)能源和資源密集型的大型電池。即使FCEV使用的氫氣來自無碳捕獲天然氣（natural gas without carbon capture），與內(nèi)燃機(jī)車輛相比，它們的二氧化碳排放量也會(huì)縮減20%至30%。事實(shí)上，氫能的某些工藝已經(jīng)減少了二氧化碳濃度，比如一些加油站利用可再生電力通過電解提取氫氣供應(yīng)，氫氣從化石能源的產(chǎn)出可以配合有效的碳捕獲和儲(chǔ)存。

優(yōu)先級(jí)細(xì)分和用例將引領(lǐng)交通方式變革

如同其他行業(yè)正在通過技術(shù)創(chuàng)造變革，氫能的采用也將帶動(dòng)電動(dòng)汽車發(fā)展進(jìn)入新階段。

氫能車輛的商業(yè)化實(shí)踐已經(jīng)開始，對(duì)于乘用車來說，它最適合大型車。在日本，韓國，美國（特別是加利福尼亞州）和德國，已有三款FCEV（Honda Clarity，現(xiàn)代ix35 / Tucson燃料電池和豐田Mirai）在市場上銷售（僅示例）。要求高運(yùn)行時(shí)間的共乘（ridesharing）或出租車服務(wù)可以推動(dòng)其早日采用。到2030年，中國和日本將有180萬輛FCEV上路，這樣宏偉的國家目標(biāo)可能會(huì)給氫能車輛的商業(yè)化帶來更多的動(dòng)力。

由于擔(dān)心當(dāng)?shù)氐奈廴締栴}，特別是在歐洲，中國，日本和韓國，氫能公交車開始受到政策牽引。韓國計(jì)劃將26000輛公交車改造為氫能源車。中國僅上海一地就計(jì)劃在2020年之前購買和運(yùn)營3,000輛燃料電池公共汽車?？紤]到嚴(yán)格的監(jiān)管，使用廂型車（van）和小型客車（minibus）的運(yùn)輸車輛和其他商業(yè)車隊(duì)也可從中受益。

長距離運(yùn)輸載重貨車是另一個(gè)優(yōu)先選擇。由于其航程長且路線明確的特性，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的需求較少：有些估計(jì)表明，僅僅350個(gè)能源補(bǔ)給站就能夠覆蓋整個(gè)美國。豐臺(tái)等成熟汽車制造商和新興企業(yè)，如NikolaMotors，已經(jīng)開始制造重載和長途卡車以期在蓬勃發(fā)展的貨運(yùn)行業(yè)抓住機(jī)遇。

在很多沒有電的軌道上，燃料電池汽車可以去到很多柴油動(dòng)力機(jī)車。首座燃料電池軌道電車已經(jīng)在中國運(yùn)營，阿爾斯通（Alstom）的第一輛“Hydrail”列車也將于2018年初開始在德國運(yùn)營。

為了達(dá)到2050年宏偉的目標(biāo)，到2030年需要率先達(dá)到重要的里程碑。氫能理事會(huì)估計(jì)，如果有重大的努力推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和擴(kuò)大生產(chǎn)，在美國加利福尼亞州，德國，日本和韓國銷售的汽車中，每銷售出12輛車就能有一輛車是氫能源汽車。大約有5萬輛燃料電池公共汽車和35萬輛燃料電池卡車也可能在全球道路上行駛，節(jié)省了大約350萬輛氫動(dòng)力乘用車的二氧化碳排放量。

要加速這個(gè)勢頭，行業(yè)，投資者和決策者需要加緊努力

由加利福尼亞州，德國，日本和韓國為首的一批地區(qū)正在每年花費(fèi)超過8.5億美元推進(jìn)氫和燃料電池技術(shù)發(fā)展（圖四），其他一些國家也在積極跟進(jìn)。隨著能源補(bǔ)給站網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，中國正在擴(kuò)大自己的氫能源汽車生產(chǎn)制造能力。在全球范圍內(nèi)，各國已經(jīng)宣布到2025年將建設(shè)約2800個(gè)加氫站。與全球估計(jì)的60萬個(gè)加油站相比，這個(gè)數(shù)字還是很小的，但如果實(shí)現(xiàn)的話就足以覆蓋氫能汽車的主要市場（德國倡議的H2Mobility估計(jì)達(dá)到全國覆蓋需要400個(gè)加氫站）。

雖然這些投資是至關(guān)重要的，但要達(dá)到規(guī)模效益和降低成本則需要更多的投入。目前，通過FCEV節(jié)省的每噸二氧化碳估計(jì)花費(fèi)將超過1500美元，仍需繼續(xù)擴(kuò)大規(guī)模，以使這項(xiàng)技術(shù)在2030年至2035年之間達(dá)到與傳統(tǒng)技術(shù)保持一致的平衡點(diǎn)。降低成本，加上基礎(chǔ)設(shè)施和可選車型的增加，是激勵(lì)客戶接受技術(shù)的先決條件。

• 氫能委員會(huì)估計(jì)，到2030年需要投資2,800億美元。其中約60％的投資將用于擴(kuò)大氫氣的生產(chǎn)，儲(chǔ)存和分配，30％用于新車型開發(fā)，生產(chǎn)線建設(shè)和新的商業(yè)模式拓展。剩余不到10％，約200億美元，將需要建立1.5萬個(gè)站的全球加氫基礎(chǔ)設(shè)施，亦即目前構(gòu)成缺乏FCEV使用的主要瓶頸。

• 擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)施布局建設(shè)必須進(jìn)一步降低氫氣成本。目前在德國建立一個(gè)中型加油站的成本已經(jīng)是五年前的一半，約為100萬美元，但仍需進(jìn)一步的減少成本來支持氫能在大眾市場的推廣。如果規(guī)模效益實(shí)現(xiàn)，氫氣委員會(huì)估計(jì)，將每輛FCEV的基礎(chǔ)設(shè)施成本降至1000美元以下是可能的。同樣，車輛成本也需要進(jìn)一步下降，以支持在大眾市場推廣。

• 當(dāng)2030年，全年總投資額達(dá)到200億至250億美元，這對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)來說將會(huì)是一個(gè)重大的進(jìn)步?，F(xiàn)今全世界每年能源投資超過1.7萬億美元，其中包括6,500億美元的石油和天然氣，3000億美元的可再生能源電力，另有超過3000億美元在汽車行業(yè)。從中期來看，這項(xiàng)投資可以創(chuàng)造一個(gè)自我維持的市場，期間的銷售轉(zhuǎn)化將超過2.5萬億美元。再乘以每百萬美元的銷售額創(chuàng)造約12個(gè)就業(yè)崗位（汽車、機(jī)械設(shè)備、原油及天然氣工業(yè)），能夠在價(jià)值鏈上創(chuàng)造約3000萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。當(dāng)然，這一切都建立在2050愿景實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上。

本文由Henry編譯自麥肯錫研究報(bào)告

本文原作者：Bernd Held, Martin Linder, Anna Orthofer, MarkusWilthaner