氫能源車，一次日本式的失敗冒險
2023-01-14 09:28:06 來源：綠金
豐田Mirai
(資料圖片僅供參考)
Mirai是豐田在2014年底推出的量產(chǎn)型氫能源車，被當作接棒混動車普銳斯的主力產(chǎn)品。由于氫燃料電池車在行駛中只排出水，因此被視為新能源車的“終極方案”。
不過，馬斯克顯然不認同這一點，Mirai公布后，他將“燃料電池（Fuel Cell）”諷刺為“傻子電池（Fool Cell）”。并稱，“氫燃料適合火箭，但不適合汽車”。
放在2014年，Mirai其實是個技術杰作，不僅在續(xù)航里程（500公里）上超過當時的Model S（470公里），售價（58000美元）也遠低于后者（91000美元），并且加氫速度遠遠超過充電?？紤]到當時特斯拉飽受質(zhì)疑，氫能源車是個極具競爭力的方案。
2015年10月21日，Mirai在美國加州開售，豐田專門把時間選在了電影《回到未來2》中30年后“未來”的時間點，但Mirai和整個氫能源車的走向卻遠遠沒能達到豐田的預期。
2018年5月，特斯拉（上海）有限公司在上海成立，中國產(chǎn)Model 3在次年1月拿到了“中國綠卡”。整個2019年，特斯拉在中國交付了3.4萬輛Model 3，純電車在中國市場賣出了73萬輛。
而直到今天，全球所有氫能源乘用車銷量還不到5萬輛[1]。
兩種技術路線膠著時期，很多公司都布局了氫能源車，豐田和日本人是走的最快的，最激進的，也是后來摔得最慘的。
技術的陷阱
氫能源車不僅是豐田的豪賭，也是日本的豪賭。
日本對氫燃料電池車的系統(tǒng)性探索始于2008年前后，并在2013年通過《日本再復興戰(zhàn)略》確立了氫能源車的地位。后續(xù)的一系列政策表明，日本把氫能源車視作燃油車唯一的替代方案，并力圖在2050年實現(xiàn)氫能源車的全面普及。
在當時看，氫是最適合日本的一條技術路線。
日本國內(nèi)資源極度匱乏，其中就包括鋰電池的關鍵材料鋰、鎳和鈷。氫能源車雖然也需要稀有金屬，但主要消耗的是電，日本彼時大力發(fā)展的核能可以解決這個問題。在日本政府的構想中，氫會幫助日本實現(xiàn)能源自主。
氫能源車是撬動它的杠桿，豐田則是開路先鋒。Mirai是個昂貴的賭注，它要么成為汽車業(yè)的未來，要么成為反噬日本汽車工業(yè)的技術陷阱。
2014年底，Mirai正式開售，僅1個月訂單就達到1500輛左右。日本政府的補貼政策非常激進，單車補貼高達10萬元人民幣。但Mirai的最大市場其實在美國，2015年進入美國市場后，Mirai一度“形勢一片大好”，2017年，Mirai在美國賣出了接近2000輛，但此后逐年下滑。2019年，韓國現(xiàn)代的氫能源車Nexo在美國上市，年銷數(shù)百輛。
考慮到售價貴得多的特斯拉Model S在2015年就賣出了25000多輛，Mirai的成績實在有些微不足道。
Mirai的氫氣罐
和純電車相比，Mirai使用的氫能量密度更高，加氫也非?？?，但氫能源車依然有很多技術問題：
首當其沖的是氫的轉化效率：從電解水制氫，到氫的壓縮儲運，再到轉化為電能驅動車輛，這個過程中的損耗高達72%，而鋰電池的損耗只有20%[2]。
按照寶馬的說法，氫能源車的能量利用效率只有純電車的一半[3]。而如果用蒸汽重整（steam reforming）方式制氫，由于原料來自石油，反而會排放大量二氧化碳。
圖片來源：the conversation
而在實際運行中，加氫站滿街都是，3-5分鐘加滿氫只存在于想象中，原因是太貴了。
日本計劃到2020/2030年建設160/1000個加氫站，截至2021年底，已建成的有160個，集中在東京、大阪、名古屋等大城市。日本加氫站的建設成本約為5億日元（2600萬人民幣），2020年之前，日本政府會報銷一半的建設費用[4]，但成本還是太高。
氫氣此前多用作工業(yè)氣體，其監(jiān)管標準幾乎是為大型化工廠量身打造的，放在加氫站上就是高成本問題[4]。
比如，加氫站周邊必須有足夠的空曠地帶，帶來了額外的土地成本。由于氫的物理屬性，加氫站必須用一種特定鋼材。站點主管必須有處理氫氣或其他高壓氣體的工作經(jīng)驗，還要負責保存購買燃料的記錄，離自助式的加油站差的很遠。
按照測算，在日本，每個加氫站每年需要給900輛車服務才能盈利。按照日本政府原本的規(guī)劃，2020年日本的氫能源車數(shù)量會達到4萬輛，但實際上只有4000多輛[5]，加氫站盈利希望渺茫。
在美國，氫能源車遇到了同樣的問題。
美國對氫能源的探索其實非常早，2004年，主政加州的施瓦辛格在任內(nèi)推動加氫站建設，但在奧巴馬政府時期又開始下滑。2015年Mirai進入美國市場，加氫站建設再次起步。但直到現(xiàn)在，美國的加氫站也沒有超過100個，而且?guī)缀跞荚诩又荨?/p>
2013年接任加州州長的杰里·布朗曾制定了一個2020年-100座的目標，至今也未實現(xiàn)。
圖片來源：美國能源部
寶馬公司官方的一篇文章中說：我們在氫燃料電池方面存在先有雞還是先有蛋的問題。加氫站網(wǎng)絡密度不夠，就無法帶動氫能源車的大規(guī)模生產(chǎn)和銷售。但沒有產(chǎn)量和銷量，加氫站運營商也沒有擴張的動力[3]。
純電車似乎也會遇到充電樁密度的問題，但即使是在電動車滲透率非常低的美國，充電樁的建設速度也遠遠超過了加氫站。
圖片來源：美國能源部
孤獨的冒險
無論氫能源車本身有多么環(huán)保，以儲存和運輸構成的氫能供應鏈都非常脆弱。
2005年，和石油業(yè)聯(lián)系緊密的布什政府曾推出了一個雄心勃勃的氫能供應基建計劃——由制氫工廠、運輸樞紐和加氫站組成的網(wǎng)絡遍及全美。但時至今日，這個計劃的完成度甚至不到10%，屬于典型的邏輯性感，結果骨感。
圖片來源：NREL
由于氫的物理特性，氫必須高壓儲存，但即便如此，每次運載量也非常有限?？紤]到氫氣的沸點是-252.87 ℃，讓液化氫大規(guī)模運輸顯然不太可能。相比充電樁的就地取電，直到現(xiàn)在，儲存和運輸依然是氫能源車產(chǎn)業(yè)化的最大問題。
種種因素導致，即便氫能源車和加氫站可以依靠財政補貼強行拉低成本，但脆弱的供應鏈讓綜合成本依然居高不下。
2021年，磷酸鐵鋰電池成本大概為0.65元/Wh,，三元鋰電池則為0.9元/Wh，而氫燃料的平均成本依然在2元/Wh以上。至于使用成本，即便是補貼后的價格，也遠遠高于電費。
氫能源車使用的PEMFC電池非常依賴稀有金屬鉑，再度拉高了成本。直到今天，很多公司還在探索材料和工藝上的替代方案，但進展寥寥。
2009年，諾獎得主朱棣文執(zhí)掌美國能源部，他本人當時極度不看好氫能源車，大幅度削減了對氫能產(chǎn)業(yè)化的扶持力度，把工作重點放在了和中國拼光伏上，導致美國氫能建設出現(xiàn)了近十年的空白。
2015年，Mirai進入美國市場后，一度讓氫能源車重燃希望，但依然無法解決成本問題。
美國已經(jīng)是Mirai的最大市場，到現(xiàn)在銷量還不到一萬輛。2019年，美國加州一家名叫Air Product的化工廠發(fā)生氫燃料爆炸，一時間造成了加州氫供給短缺。同一年挪威和韓國也發(fā)生了類似事故，Mirai本來就不多的銷量急轉直下。
同一時間，純電車卻在飛速滲透。
2014年6月，特斯拉官方宣布將開放大量專利，這常被認為是純電路線普及速度快的重要原因。但事實上，“專利開放”只是讓其它企業(yè)不會被訴訟，而不是公開某項技術的know-how。2015年，豐田也公開了5680項燃料電池車的相關專利，沒掀起太大波瀾。
一項新技術的普及必然需要足夠低的成本，財政補貼只是一種方法，最終還得依靠大規(guī)模的量產(chǎn)降低供應鏈成本。
純電路線能夠勝出，一方面是對終端產(chǎn)品的補貼，一方面在于大量資本投向了產(chǎn)業(yè)上游，誕生了一大批百億千億市值的零部件和供應鏈企業(yè)，比如LG化學和寧德時代。
伴隨電動車的滲透，上游供應鏈也會在產(chǎn)能擴張的同時大幅降低成本，2014-2018年間，國內(nèi)鋰電池價格從3元/Wh降低到了1元/Wh，已經(jīng)遠遠低于氫。
而Mirai的問題是，它的供應鏈實在太封閉了。
Mirai的燃料電池系統(tǒng)零部件供應商幾乎完全來自日本，甚至不少公司就是豐田的子公司。汽車業(yè)往往有復雜的客戶認證過程，成為認證供應商基本需要2到3年時間。正是由于過程繁瑣，車企選定了供應商就不會輕易更換，新企業(yè)入行成本很高。
相比特斯拉對供應鏈的開放程度，豐田只是號召大家一起修一條高速公路，但他自己先建好了10個收費站。
在這種情況下，除了本田、日產(chǎn)、現(xiàn)代幾家車企，幾乎沒有人愿意和豐田一起賭博。美國車企在朱棣文掌舵能源部期間就暫停了大規(guī)模的研發(fā)，歐洲公司嘗試過小規(guī)模的合作研究，但沒多少上市產(chǎn)品。缺乏終端產(chǎn)品作為開路先鋒，氫能源供應鏈的投資就止步于政府在碳中和目標下的形象工程。
正如特斯拉在公開專利的通稿中描述：我們真正的對手不是特斯拉以外的電動車，而是從世界各地工廠駛出的燃油車。特斯拉不可能依靠自己的生產(chǎn)速度，單槍匹馬解決碳排放問題。
2021年6月，豐田的親密戰(zhàn)友本田宣布停產(chǎn)氫能源車CLARITY。這款車在2016年上市，全球累計銷量不到2000輛。本田從2013年開始與通用合作，成立了生產(chǎn)燃料電池系統(tǒng)的合資公司。隨著CLARITY停產(chǎn)，本田將全面倒戈純電車。
在聲明中，本田說：我們對現(xiàn)有的每一種可能性進行了研究，我們認為氫能源存在一些困難的技術挑戰(zhàn)，大約10年內(nèi)，氫能源車不會成為主流[6]。
渺小的成功
氫能源車的另一個旗手是韓國現(xiàn)代，現(xiàn)代的氫能源車型Nexo已經(jīng)連續(xù)三年問鼎氫能源車“銷冠”——加起來不到15000輛。
韓國氫能源車遇到的問題是一樣的，加氫站的建設成本雖然比日本便宜，但也高達人民幣1500萬元，這讓韓國政府的補貼顯得杯水車薪。韓國曾定下2020年114座加氫站的目標，但至今只有不到100座。
2021年，豐田推出了新款Mirai，并再次強調(diào)了自己在氫能源車領域的野心，但豐田已經(jīng)在事實上倒向了純電路線。
2019年4月，豐田宣布將公開兩萬多項專利，包括包括混動車、燃料電池車，唯獨沒有純電車。豐田普銳斯是迄今最暢銷的混動車車型，但由于混動車有兩套動力系統(tǒng)，結構復雜，成本高昂，加上豐田嚴格控制專利，大多數(shù)車企只將其視為過渡技術。
對此有媒體評論說：豐田想讓大家繼續(xù)研究混動車，延緩純電動車的發(fā)展速度。
寶馬的iX5 Hydrogen
2019年4月，豐田章男來中國走了一圈，去清華大學做了個演講，成為數(shù)不多在清華講過話的汽車業(yè)人士，上一個來清華演講的還是以越獄著稱的日產(chǎn)前CEO戈恩。
在演講中，豐田章男說了很多自己的中國情結，并稱2025年前，豐田將在中國推出10款純電動車型。
《金融時報》在報道中說：豐田在80年代拒絕了中國的“技術換市場”，把中國白白讓給了大眾。而在新能源車時代，中國變成了培育新技術的沃土——比如駕駛行為和路況數(shù)據(jù)，這對于未來開發(fā)自動駕駛汽車至關重要[9]。
相比馬斯克在紫光閣的神來之筆，豐田章男中國行的成色明顯不足。經(jīng)過了產(chǎn)業(yè)政策引導下的大規(guī)模投資，中國公司在新能源車上下游的多個核心環(huán)節(jié)都卡住了身位，豐田并沒有太多優(yōu)勢。
氫能源車并沒有死亡，在長途運輸和重型運輸上維持著前進腳步，但這個牌桌跟豐田沒什么關系。
在載重貨車這個子類里，氫能源較電動反而有比較大的優(yōu)勢，比如更長的續(xù)航，更高的載重量，對成本的敏感度也更低，而且卡車可以長期租用不用購買。戴姆勒在終止和本田研發(fā)氫能源乘用車的同時，就把重心轉移到了重型車輛的開發(fā)。
而在這個語境下，會發(fā)現(xiàn)日本人并沒有領先太多。
在純電車逐漸退補后，中國的補貼方向也轉向了氫能源，《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》中對氫燃料電池補貼做了全面調(diào)整，輕型和中型貨車大幅下降，重型貨車大幅上升，氫能源重卡也在多地試點投放。
美國的戰(zhàn)略導向則集中在上游環(huán)節(jié)，并提出了明確的目標：到2030年使可再生能源、核能和熱能轉化制造清潔氫能的價格降低?80%?至?1?美元/千克（目前為?5?美元/千克），增加?5?倍清潔氫能生產(chǎn)的產(chǎn)量。
中國和美國都有足夠大的單一市場規(guī)模，也有足夠的財政能力和民間資本去扶持上下游的創(chuàng)新主體，在面對新技術時可以針對多條技術路線全面卡位，哪個路線容易成熟就集中扶持哪個。
但對財政力量不足的經(jīng)濟體來說，產(chǎn)業(yè)政策往往面臨二選一的困難，每一次押注尚且風險巨大，就更不用說多賽道多次下注。
這是日本的困境：試水純電，淺嘗輒止；發(fā)展混動，歐美不理；押注氫能源，未來遙遙無期。
而汽車工業(yè)是日本絕對的支柱產(chǎn)業(yè)，占制造業(yè)銷售額的20%上下，在上下游帶動了8.2%的就業(yè)。放在30年前，日本還有DRAM、面板、消費電子這些足夠多的產(chǎn)業(yè)可以失去，但今天，不惜一切代價的成本越來越高了。
氫能源是個充滿理想主義的技術路線，它的問題不是失敗了，而是只成功了一點點。
參考資料：
[1] Global Market for Passenger Hydrogen Fuel Cell Vehicles 2021
[2] Hydrogen cars won’t overtake electric vehicles because they’re hampered by the laws of science，the conversation
[3] hydrogen fuel cell cars：everything you need to know，寶馬
[4] Japan gambles on Toyota’s hydrogen powered car，金融時報
[5] Japan is betting future cars will use hydrogen fuel cells，金融時報
[6] Honda CEO says Toyota’s strategy to pursue hydrogen combustion ‘doesn’t seem feasible’，Electerk
[7] Hydrogen fuel cells are not as ‘dumb’ as Elon Musk says. Here’s how they could improve the EV market，F(xiàn)ortune
[8] Toyota"s New 2021 Mirai Still Won"t Make Hydrogen Fuel Cell Cars Relevant，F(xiàn)orbes
[9] Toyota’s rethink on China reflects new realities，金融時報
[10] 美國氫能戰(zhàn)略對我們有何啟示，中國科學院
作者：李墨天
編輯：羅松松
視覺設計：疏睿
