它時(shí)而被贊譽(yù)為“魔力”解決方案，時(shí)而被嘲笑為無法企及的“烏托邦”，時(shí)而又被擁抱為“地球保護(hù)計(jì)劃”。

它就是氫能。因排放物只有水，幾十年來，氫能一直被標(biāo)榜為近乎奇跡的燃料。科幻小說之父儒勒·凡爾納（Jules Verne）在他1874年的小說《神秘島》中描述道，有朝一日“水將被用作燃料”，氫和氧將“提供取之不竭的熱和光來源”。

近150年后的今天，氫能的應(yīng)用不再局限于科幻小說中。不過，盡管氫能的生產(chǎn)過程涉及的化學(xué)反應(yīng)很簡單，但它能否成為改變社會(huì)的能源仍是未知數(shù)。

作為一種豐富且無污染的能源，氫能被許多人認(rèn)為在交通及其他領(lǐng)域擁有誘人的潛力。經(jīng)過幾十年的試點(diǎn)項(xiàng)目和零星部署，氫能似乎接近經(jīng)濟(jì)可行性和廣泛使用的邊緣。

如今，由于氣候變化和地緣政治不穩(wěn)定，氫能的高光時(shí)刻似乎終于到來。面對(duì)氣候變化這一全球性挑戰(zhàn)，以及人們對(duì)能源獨(dú)立日益強(qiáng)烈渴望的雙重刺激下，各國政府和跨國公司開始投入數(shù)十億美元，希望開創(chuàng)一個(gè)氫能源時(shí)代。

博世燃料電池工程經(jīng)理馬特·所林頓（Matt Thorington）表示:“終于要發(fā)生了?！钡?030年，博世將在氫能生產(chǎn)技術(shù)上投資至多5.91億美元。

根據(jù)美國環(huán)保署的數(shù)據(jù)，交通運(yùn)輸業(yè)占美國溫室氣體排放的27%，比其他任何行業(yè)都多。美國對(duì)抗交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放的主要努力，集中在純電動(dòng)汽車和政府支持的電動(dòng)汽車生態(tài)系統(tǒng)上。

但這也許還不夠。

安永會(huì)計(jì)師事務(wù)所（Ernst & Young）全球移動(dòng)出行分析師克里斯汀·林蘭（Kristin Ringland）認(rèn)為，在有些領(lǐng)域，電池可能不是最好的選擇。

盡管目前還沒有達(dá)成共識(shí)，但越來越多的行業(yè)分析師和科學(xué)家認(rèn)為，要在2050年實(shí)現(xiàn)零排放的目標(biāo)，交通運(yùn)輸業(yè)將需要純電動(dòng)汽車和氫動(dòng)力汽車。

作為洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目經(jīng)理，羅德·伯魯普（Rod Borup）表示：“我們認(rèn)為，沒必要非此即彼，我們希望它'共存’。”

許多汽車行業(yè)氫能和燃料電池的努力都始于洛斯阿拉莫斯，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室因氫彈的開發(fā)而聲名鵲起，博魯普現(xiàn)在負(fù)責(zé)該實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行時(shí)間最長的非武器項(xiàng)目。

1973、1974年，石油輸出國組織禁止向部分國家出口石油并削減石油產(chǎn)量，美國遭受經(jīng)濟(jì)沖擊，汽油極度匱乏，對(duì)氫能的努力自此開始。

1977年，聯(lián)邦法律設(shè)立美國能源部，部分原因就是為了應(yīng)對(duì)那次能源危機(jī)。各種不同的研究項(xiàng)目進(jìn)入了國家實(shí)驗(yàn)室的權(quán)限范圍，在洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)年從亞利桑那大學(xué)畢業(yè)3年的年輕科學(xué)家拜倫·麥考密克（Byron McCormick）建立了氫能和燃料電池技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。

這是一個(gè)偶然天成的時(shí)機(jī)。美國能源部對(duì)太陽能、風(fēng)能、先進(jìn)電池和燃料電池進(jìn)行了研究。雖然花了幾十年的精力，但換來了這些技術(shù)的成熟?，F(xiàn)年76歲的麥考密克說:“所有這些都是從上世紀(jì)70年代就開始啟動(dòng)了。如果不是石油禁運(yùn)，這些研究可能不會(huì)開展。”

麥考密克后來成為通用汽車的高管，在那里建立了通用汽車的全球替代驅(qū)動(dòng)中心（Global Alternative Propulsion Center），專注于氫能和燃料電池技術(shù)，直到2009年退休。

他的工作開始生根發(fā)芽。2021年6月，通用汽車啟動(dòng)了一項(xiàng)350億美元的投資，反映了雙重碳減排戰(zhàn)略。該公司正在推出一個(gè)完整的純電動(dòng)乘用車和商用車系列。同時(shí)這筆資金還支持通用Hydrotec系統(tǒng)用于卡車、火車和飛機(jī)的燃料電池的開發(fā)。

行業(yè)專家認(rèn)為，鐵路和航運(yùn)是氫燃料電池的最佳選擇，但在地面交通中，氫能適合哪個(gè)領(lǐng)域還不太確定。

預(yù)計(jì)長途卡車運(yùn)輸具有潛力。根據(jù)美國環(huán)保署的數(shù)據(jù)，中型和重型卡車消耗了美國26%的運(yùn)輸燃料。在燃料電池領(lǐng)域，氫能提供的能量密度具有優(yōu)勢(shì)。氫能的燃料補(bǔ)充時(shí)間短，而且相對(duì)于電動(dòng)汽車，其自體重量要小。

重型電池會(huì)消耗有效載荷，這對(duì)長途卡車運(yùn)輸來說是一個(gè)問題，因?yàn)檫@會(huì)降低利潤。北美貨運(yùn)效率委員會(huì)執(zhí)行董事邁克爾·羅斯（Michael Roeth）表示，由于重量差異，在350英里的里程中，一輛燃料電池卡車可以裝載約3.8萬磅貨物，而一輛純電動(dòng)卡車只能裝載3.3萬磅貨物。

盡管燃料電池卡車比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)卡車重，聯(lián)邦政府對(duì)零排放卡車的載重限額為2000磅，這使得燃料電池卡車的載重能力與柴油卡車相當(dāng)。

就總成本而言，燃料電池供應(yīng)商Ballard估計(jì)，在區(qū)域運(yùn)輸場(chǎng)景下，電池電動(dòng)卡車的總成本將為434381美元，一輛類似的燃料電池卡車售價(jià)為414367美元，柴油卡車的價(jià)格與后者相當(dāng)。

2021年9月，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)分析給出了喜憂參半的結(jié)果，它支持了“兩種技術(shù)都有發(fā)展空間”的觀點(diǎn)。研究表明，在特定的商業(yè)場(chǎng)景和路線距離下，兩種動(dòng)力系統(tǒng)都可能具有成本優(yōu)勢(shì)。

燃料價(jià)格是一個(gè)很大的變數(shù)?？偟膩碚f，該實(shí)驗(yàn)室的研究人員表示，在較短里程情況下，電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)可能是最好的。報(bào)告稱，到2025年，這兩種技術(shù)最就可以在成本上與柴油卡車競爭。

現(xiàn)代汽車集團(tuán)支持的新墨西哥州氫燃料初創(chuàng)公司Pajarito Powder，其聯(lián)合創(chuàng)始人湯姆·斯蒂芬森（Tom Stephenson）表示:“經(jīng)驗(yàn)之談是，現(xiàn)在的柴油領(lǐng)域，將來會(huì)看到氫燃料電池；現(xiàn)在的汽油領(lǐng)域，將來會(huì)看到電動(dòng)電池。”

并非所有人都信服。當(dāng)約翰·亨利·哈里斯（John Henry Harris）在2021年7月聯(lián)合創(chuàng)立中型卡車初創(chuàng)公司Harbinger時(shí)，他選擇從零開始生產(chǎn)一輛專用汽車。但他很快就對(duì)氫能這個(gè)潛在的選擇失去了興趣。

“當(dāng)實(shí)際觀察這兩種解決方案的成熟度時(shí)，我們看到了一個(gè)數(shù)量級(jí)的差異，”哈里斯說，“在過去的兩年里，我們可以很輕松地建造一個(gè)電動(dòng)平臺(tái)。但如果換作氫燃料汽車，我們要做到這個(gè)水平，差得還很遠(yuǎn)。”

在乘用車市場(chǎng)上，目前只有兩款燃料電池車型，而且銷量都很低。

根據(jù)咨詢公司Interactive Analysis發(fā)布于2022年10月的一份報(bào)告，豐田汽車于2014年在日本推出Mirai，該燃料電池乘用車的累計(jì)銷量約為4200輛。報(bào)告稱，在韓國，盡管制定了一項(xiàng)國家戰(zhàn)略，讓氫能在脫碳努力中發(fā)揮核心作用，但現(xiàn)代Nexo等燃料電池乘用汽車在2020年和2021年的銷量加起來僅為8500輛。

不過，這兩家汽車制造商都沒有失去對(duì)氫能的興趣。

現(xiàn)代汽車集團(tuán)計(jì)劃在2028年之前，開發(fā)其全部商用系列的氫燃料電池版本，下一代系統(tǒng)將于明年推出。而且，該公司看好燃料電池在卡車、火車和海上船只上的應(yīng)用。

除了Mirai，豐田汽車還在今年8月與寶馬集團(tuán)合作，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一款氫燃料電池汽車，預(yù)計(jì)最早將在2025年銷售。豐田汽車也在研發(fā)氫燃料巴士，與洛杉磯Kenworth公司合作開發(fā)的8級(jí)燃料電池卡車也在測(cè)試中，并計(jì)劃與五十鈴和日野汽車合作開發(fā)中型燃料電池卡車。

豐田汽車在2021年12月表示，將在電池電力和氫燃料電池技術(shù)方面投資700億美元。

在大多數(shù)競爭對(duì)手更專注于純電動(dòng)汽車的情況下，豐田汽車把注意力集中在多種選擇上，讓一些人感到奇怪，但豐田汽車傾向于以一種微妙的方式進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型。該公司認(rèn)為，不同的技術(shù)可能適合不同的車型和地理位置，現(xiàn)在判斷如何匹配還為時(shí)過早。它還在探索氫內(nèi)燃機(jī)。

豐田汽車首席科學(xué)家、豐田研究所（Toyota Research Institute）首席執(zhí)行官吉爾·普拉特（Gill Pratt）說:“我們對(duì)整件事非常謙卑——我們不知道。誠實(shí)的事實(shí)是，我們認(rèn)為其他人也不知道?！?/span>

Pajarito Power的斯蒂芬森說，關(guān)于哪種技術(shù)能最好地降低碳排放的爭論，讓人想起了上一代風(fēng)能和太陽能產(chǎn)業(yè)之間的類似爭吵。

他預(yù)計(jì)，從長期來看，電池電動(dòng)汽車和氫燃料電池汽車的互補(bǔ)性將大于競爭性?！爱?dāng)市場(chǎng)力量能夠真正決定人們?cè)谶@方面的決策時(shí)，我們就可以超越競爭對(duì)手，看到兩者兼用帶來的更大機(jī)遇?！?/span>

盡管如此，氫能仍然面臨著“先有雞還是先有蛋”的難題?，F(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施不足以支持大量的早期采用者。

根據(jù)美國能源部替代燃料數(shù)據(jù)中心2022年11月發(fā)布的數(shù)據(jù)，美國有48148座電動(dòng)汽車充電站，基礎(chǔ)設(shè)施開始快速發(fā)展。

相比之下，公共加氫站只有54個(gè)。

“如果你問房地產(chǎn)從業(yè)人員什么是最重要的，你聽到的一定是'地段、地段、地段’。我們做一個(gè)類比，對(duì)于替代燃料來說，最重要的是'基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施?！逼绽卣f。

加氫站要想實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行性，必須有臨界數(shù)量的用戶。根據(jù)國際清潔交通委員會(huì)2017年的一份報(bào)告，根據(jù)加氫頻率和使用情況，每個(gè)加氫站可以支持100到400輛汽車。

雖然商業(yè)卡車運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施要求可以根據(jù)特定地點(diǎn)進(jìn)行定制，但許多人現(xiàn)在懷疑氫燃料電池在輕型應(yīng)用方面能否趕上純電動(dòng)汽車。

安永的林蘭表示:“就氫能的基礎(chǔ)設(shè)施而言，幾乎為零，這一時(shí)間差將給電池帶來額外的動(dòng)力。人們需要額外的時(shí)間來學(xué)習(xí)如何使用和適應(yīng)氫能，然后再表達(dá)感受說'它真的可以’?！?/span>

能源部從9月份開始向爭奪這筆資金的地區(qū)征求申請(qǐng)，預(yù)計(jì)明年春天將進(jìn)行選拔。據(jù)能源部稱，這些氫能市場(chǎng)將成為該部“能源地球”計(jì)劃的催化劑。該計(jì)劃旨在在未來10年，將清潔氫氣的價(jià)格從目前的每公斤約5美元降低80%，至每公斤1美元。

盡管氫氣除了水之外什么都不排放，但在實(shí)現(xiàn)零碳經(jīng)濟(jì)的道路上，它仍然面臨著巨大的障礙。就像純電動(dòng)汽車可能依賴燃煤電廠提供的電力一樣，當(dāng)使用化石燃料制造氫時(shí)，它的無污染優(yōu)勢(shì)就被否定了。

根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇（World Economic Forum）的數(shù)據(jù)，僅用可再生能源生產(chǎn)的綠色氫氣占目前氫氣總產(chǎn)量的0.1%。專家們表示，綠色氫氣要成為主流，還有幾十年的路走。

能源和氣候政策智庫能源創(chuàng)新（Energy Innovation）的電氣化主管薩拉·鮑德溫（Sara Baldwin）說:“我們用了20年的時(shí)間，才達(dá)到電動(dòng)汽車的水平，我預(yù)計(jì)氫燃料也需要同樣的時(shí)間。還有很多化石燃料可以繼續(xù)燃燒，但我認(rèn)為關(guān)鍵是讓我們擺脫化石燃料?！?/span>

無論排放怎樣，氫氣都會(huì)到來。根據(jù)極光能源研究公司（Aurora Energy Research）的數(shù)據(jù)，歐盟啟動(dòng)了一項(xiàng)計(jì)劃，以減少對(duì)俄羅斯石油的依賴，因此，自4月份以來，目前全球氫電解槽項(xiàng)目的數(shù)量增加了一倍多。

推動(dòng)能源獨(dú)立的努力，突顯了氫能正在帶來的巨大變化。但作為現(xiàn)代燃料電池研究的先驅(qū)，麥考密克認(rèn)為，另一種轉(zhuǎn)變正在進(jìn)行中，其意義更為深遠(yuǎn)。

“人們一直在談?wù)撌偷哪┤?，我認(rèn)為他們沒有抓住重點(diǎn)，我們真正應(yīng)該談?wù)摰氖莾?nèi)燃機(jī)的終結(jié)。從穴居人到今天，石油是我們賴以生存的東西。內(nèi)燃機(jī)的終結(jié)才是真正劃時(shí)代的?！丙溈济芸丝偨Y(jié)道。

在汽車和卡車制造商大舉投資氫燃料電池的同時(shí)，他們也在考慮另一種替代方案——可以在大量車輛中取代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氫內(nèi)燃機(jī)。

這并不是一個(gè)全新的創(chuàng)意。早在1806年，瑞士發(fā)明家弗朗索瓦·艾薩克·德·里瓦茲（Francois Isaac de Rivaz）就制造了一種以氫和氧為動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)。

200多年后，豐田汽車和康明斯重新審視了這個(gè)問題。寶馬集團(tuán)在十多年前曾嘗試過這種技術(shù)，但后來放棄了，轉(zhuǎn)而進(jìn)軍純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車。

在主要汽車制造商中，豐田汽車可能是唯一一家認(rèn)真探索氫內(nèi)燃機(jī)汽車的公司。豐田汽車總裁豐田章男（Akio Toyoda）今年在富士賽道（Fuji Speedway）的一場(chǎng)24小時(shí)耐力賽中，駕駛了一輛氫內(nèi)燃機(jī)卡羅拉掀背車。

豐田章男曾表示，他相信有很多方法可以減少碳排放，而排放氮氧化物但不排放二氧化碳的氫內(nèi)燃機(jī)可能在交通運(yùn)輸中發(fā)揮作用?？ㄜ嚭椭匦推囍圃焐桃苍诳紤]，在某些情況下將氫內(nèi)燃機(jī)作為柴油車的替代品。

康明斯氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)總經(jīng)理吉姆·奈伯格（Jim Nebergall）表示:“氫燃料內(nèi)燃機(jī)的性能和效率，與柴油內(nèi)燃機(jī)非常相似。這意味著它可以成為任何柴油應(yīng)用的合適替代品?！?/span>

像其他內(nèi)燃機(jī)一樣，它燃燒燃料來轉(zhuǎn)動(dòng)活塞。這與燃料電池不同，后者采用膜電極，使用氫和氧產(chǎn)生電能，為電機(jī)提供動(dòng)力。大多數(shù)柴油和汽油機(jī)械師都知道如何修理氫內(nèi)燃機(jī)，但修理燃料電池汽車卻需要大量的培訓(xùn)。

康明斯正在押注使用氫內(nèi)燃機(jī)的重型汽車的市場(chǎng)。

今年5月，在加州長灘舉行的替代清潔交通博覽會(huì)（Alternative Clean Transportation Expo）上，康明斯推出了一款15升的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。該動(dòng)力裝置基于康明斯的燃料不限定平臺(tái)。缸蓋墊片以下，發(fā)動(dòng)機(jī)的部件是相似的，但在缸蓋墊片以上，不同的燃料擁有不同的部件。

不過，發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種綠色交通工具的使用，取決于清潔氫的廣泛可用性。清潔氫的市場(chǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施還處于初級(jí)階段。

奈伯格認(rèn)為，在電動(dòng)電池、氫燃料電池、氫內(nèi)燃機(jī)等零碳交通工具中，氫內(nèi)燃機(jī)因其初始成本低、熟悉度高、燃燒耐久性強(qiáng)、對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，以及在具有挑戰(zhàn)性的工作循環(huán)中的性能而脫穎而出。

他看好其在農(nóng)業(yè)、建筑和港口運(yùn)營中的應(yīng)用。它也適用于長途和區(qū)域運(yùn)輸，以及專用車輛，如自卸卡車、水泥攪拌機(jī)和掃雪機(jī)、消防車等應(yīng)急車輛。

著手氫燃料汽車的公司不僅關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)，也在關(guān)注清潔交通法規(guī)的發(fā)展。

沃爾沃卡車負(fù)責(zé)全球產(chǎn)品管理的高級(jí)副總裁Jessica Sandstr?m表示，他們正在繼續(xù)投資于內(nèi)燃機(jī)，也在考慮是否可以在內(nèi)燃機(jī)中使用氫氣。當(dāng)然，其中一個(gè)不確定因素是有關(guān)零排放的政治決定?！笆橇愣趸歼€是零排放?如果你有一款內(nèi)燃機(jī)，即使用氫燃料，你也會(huì)有非常小的排放，比如氮氧化物?！?/span>

戴姆勒卡車集團(tuán)首席執(zhí)行官馬丁·道姆（Martin Daum）表示，該公司的底特律系列柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用氫燃料。道姆對(duì)Automotive News表示:“如果我們看到市場(chǎng)即將到來，我們就可以把它從前期開發(fā)階段拉出來，投入到一個(gè)全面的項(xiàng)目中?！?/span>

這家卡車公司正在等待觀望，因?yàn)閬碜詺W洲和加州監(jiān)管機(jī)構(gòu)的所有信號(hào)都要求完全禁止內(nèi)燃機(jī)。

但加州大學(xué)戴維斯分校交通研究所的創(chuàng)始主任、加州空氣資源委員會(huì)成員丹尼爾·斯珀林（Daniel Sperling）認(rèn)為，氫內(nèi)燃機(jī)的市場(chǎng)可能在某些地方有發(fā)展空間，它們與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的兼容性是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

斯珀林說:“僅僅因?yàn)闅W洲和加州想要什么，并不意味著這就是整個(gè)市場(chǎng)?！?/span>

不過，他對(duì)汽車行業(yè)是否會(huì)廣泛使用氫內(nèi)燃機(jī)表示懷疑?！叭剂想姵乇葍?nèi)燃機(jī)效率高得多，你消耗的能量更少。這樣就不用在車上安裝昂貴的油箱了，也不會(huì)有氮氧化物的排放。”斯珀林說，“沒有人知道事情會(huì)如何發(fā)展，我們都在試圖弄清楚?！?/span>