丰田Mirai和现代NEXO燃料电池汽车

编译 | 杨玉科

编辑 | Jane

出品 | 帮宁工作室（gbngzs）

虽然氢能一直被认为是绿色交通的下一个主要出风口，但它似乎错过了成为轻型汽车主要燃料的机会。

纯电动汽车已成为大多数美国消费者绿色汽车的首选。例如，特斯拉去年仅在加利福尼亚销售了近18.7万辆汽车，仅次于丰田燃料汽车。与此同时，丰田在美国只销售了2094辆Mirai氢燃料电池汽车。

目前市场上只有两种氢燃料电池——丰田Mirai和现代NEXO燃料电池。本田从2024年开始销售氢燃料电池CR-V，本田Clarity计划在2021年取代氢燃料停产。

相比之下，今年将有50多辆电动汽车上市或销售。这种巨大的对比必然会影响氢燃料电池工程师的吸引力和资本投资。

波士顿咨询公司（Boston）汽车研究董事总经理布莱恩·科利（Brian Collie）认为燃料电池轻型汽车的时机已经过去。“专注是非常重要的。现实是，汽车制造商只能在资源有限的环境中运营。”他说。

无论从什么维度观察，氢能目前都输给了电动汽车。

一是标普全球移动（S&P）自2013年1月以来，美国注册了近230万辆电动乘用车，只有1.5万辆燃料电池轻型汽车。

其次，根据美国能源部的数据，美国只有55个公共加氢站，而联邦政府估计有近5.1万个公共电动汽车充电站，可提供13万多个充电端口——不包括数千个家用充电桩。

第三，氢气很贵，尤其是作为可持续燃料。目前，绿氢的生产成本约为每公斤4.40美元。普氏能源（Platts Analytics）数据显示，这个价格相当于每英里21.6美分的燃油成本。

丰田汽车通过为Mirai提供1.5万美元的燃料卡来解决成本问题。

第四，燃料电池司机经常发现氢气站意外故障，就像电动汽车车主在使用公共充电桩时经常遇到的问题一样。不同之处在于，城市附近通常有其他电动汽车充电桩，但可能离下一个氢气站很远。

▍氢燃料电池是补充而不是替代的

在硬币的另一面，绿色氢燃料可以提供强大的脱碳替代品，以吸引大量投资。

绿氢通过电解生产清洗，但只占氢生产总量的一小部分。大部分氢气是由甲烷或天然气产生的，称为蒸汽转化，不吸收温室气体。

目前，美国大量资源集中在降低绿色制氢成本上。拜登在2021年基础设施立法中（Joe Biden）4个地区的氢枢纽将拨出70亿美元，加快清洁氢技术将拨出7.5亿美元。

美国能源部“氢能攻关项目”到2025年每公斤2美元，到2030年每公斤1美元，制定了绿色氢降价目标。

贝恩德是麦肯锡咨询公司的高级气候技术合作伙伴·海德（Bernd Heid）人们认为，绿氢降价后，再加上人们对电网的担忧，氢能可能成为乘用车的选择之一。

“每吨氢气的成本都会降低。当成本足够便宜时，就会有大规模的氢基础设施建设，主要用于卡车或汽车。”

海德预计，电动汽车的大规模转型将使电力基础设施成为瓶颈，电动汽车和氢燃料汽车的混合最终将比电动汽车便宜。

氢燃料非常适合重型卡车。

对于长途8级卡车来说，沉重的电池占据了太多的重量，减轻了负载。此外，长期充电也削弱了灵活运输货物的能力。氢燃料汽车加氢所需的时间与柴油卡车类似。

丰田开发了一款8级燃料电池卡车，并在南加州投入使用。戴姆勒卡车集团和沃尔沃卡车也在合作开发燃料电池动力系统。其他氢燃料卡车开发商包括现代汽车集团和尼古拉。

卡车运输的一个特点是卡车运输——需要更少的燃料补充站。氢站网络分布在主要卡车运输路线上，将使长途货运行业使用燃料电池成为现实。

然而，丰田汽车、本田汽车和现代汽车集团仍然相信燃料电池在轻型汽车中的作用，并坚持前进。

日本和韩国长期以来一直支持氢基础设施的发展。丰田和本田花了30年时间开发燃料电池技术。

氢能CR-V设计有助于本田对该技术建立信心。该车包括允许充电的插电选项。

“电能满足日常使用，夜间充电方便。”瑞恩，美国本田能源业务开发部主管·哈蒂（Ryan Harty）说，“氢气提供了额外的长寿命，使客户能够在公共燃料站快速补充燃料。”

本田汽车的混合动力战略突出了与丰田汽车的共同概念——氢燃料电池将补充和增强电动汽车，而不是取代电动汽车。

杰基，丰田北美研发部燃料电池集团高级工程经理·索尔（Jackie Birdsall）说：“氢能也有一个非常特殊的使用场景。”

对于那些没有自己的房子，住在供暖和空气问题的城市公寓里，考虑孩子和工作，没有豪华充电桩的人来说，这辆车可能是一个不错的选择。

即使氢燃料汽车进入美国需要几年时间，丰田、本田和其他汽车制造商也为通用设计建立了全球标准，大大降低了市场准入壁垒。

但即使是氢燃料爱好者也承认，氢燃料电池轻型汽车仍然是未来的解决方案。海德估计，广泛的商业化至少需要几十年的时间，部分原因是网络容量的挑战。

毕马威负责加里的全国汽车工业研究·西尔伯格（Gary Silberg）认为电动汽车和氢燃料电池技术正在发展，进一步研究破坏任何技术都是短视行为。

“对电动汽车和基础设施的投资很重要，但氢能在这个故事中也很重要。”西尔伯格对氢能的长期前景持乐观态度，“把所有的鸡蛋都放在篮子里是鲁莽的。”

▍丰田的首要任务

丰田汽车新首席执行官佐藤恒治（Koji Sato）氢燃料将是碳中和战略的首要任务，尽管他会更加关注电动汽车。

在佐藤恒治的领导下，到2030年，丰田汽车将重点扩大氢基础设施和未来燃料产业的使用。

今年3月18日，佐藤恒治在日本超级耐力赛场外说：“我们希望确保氢燃料仍然是一个可行的选择。”丰田计划在这场比赛中推出氢动力赛车。“除非我们看到这些领域的发展，否则我们需要一个生产和运输供应链，否则我们不能指望氢能的使用量会增加。”

佐藤恒治将于4月1日接任丰田汽车总裁。这是世界上最大的汽车制造商“必须彻底改变”采用经营模式“优先考虑电动汽车”心态。目前，该公司致力于为2026年开发新的特种电动汽车平台，提供成本更低、性能更好的电动汽车。

预计丰田汽车到2030年，全球将销售350万辆电动汽车。丰田在谈到氢动力汽车时相对谨慎，而不是在纯电动汽车领域大胆进取。

该公司以Mirai水蒸汽氢动力汽车引领燃料电池技术的发展，但没有制定具体的销售目标。“目前，我们没有非常具体的业务目标。”佐藤恒治说。

2020年丰田发布第二代Mirai燃料电池车时，年产能提升到3万辆，是第一代的10倍。但自2014年12月销售以来，第一代和第二代Mirai共售出21700辆。

日本政府宣布，到2025年，日本道路上的燃料电池汽车将达到20万辆，2030年将达到80万辆。丰田表示，日本约有160个加氢站，预计到2025年将上升到320个，到2030年将达到900个。

氢能将在实现碳中和多管齐下的方法中发挥关键作用。“我们全力以赴，根据不同市场的碳中和需求，保持灵活性，定制产品和能源，是很重要的。”

佐藤恒治认为，把更多的合作伙伴带到谈判桌上，建立一个制造、运输和使用氢能的网络尤为重要。

为此，佐藤恒治和液氢运输船制造商川崎重工在周末的耐力赛中（Kawasaki），日本公司制造氢气并经营燃料网络的谷物工业（Iwatani）总统一起上台。

尽管丰田正在努力测试和开发氢燃料赛车，但川崎重工总裁桥本靖彦（Yasuhiko Hashimoto）氢能技术预计将对重型卡车、公共汽车、建筑设备、火车、飞机和固定发电机产生最大影响。

川崎重工正在开发一种新型液化氢运输船，其运输能力将是目前运输船的128倍。其目标是将氢气价格降至每立方米约30美分。“氢能是未来不可或缺的能源。”桥本靖彦说。

佐藤恒治理认为，所有工业部门都应该尽最大努力，这一点非常重要。丰田将率先投资基础设施和物流，“这并不意味着丰田将在这些投资中发挥积极的主导作用。”

▍还有很长的路要走

3月19日，丰田原计划在日本西部铃鹿赛道举行的五小时耐力赛上展示一款新型液化氢碳中和内燃机GR花冠，但该计划因事故破灭。

改装后的花冠赛车在测试过程中因氢燃料管道泄漏而着火。

丰田解释说，3月8日事故中没有人受伤。紧急故障保护启动后，司机试图逃离车辆。然而，技术人员无法让这辆车首次出现在日本超级耐力赛上。

丰田汽车总裁丰田章男（Akio Toyoda）原计划亲自参加比赛，作为促进清洁氢燃烧技术宣传的一部分。自2021年以来，他一直在使用氢燃料发动机赛车。

2023年赛季，丰田计划通过使用液化氢引入一项新技术。前两个赛季，丰田使用压缩氢。丰田在内燃机中燃烧氢气，就像汽油汽车燃烧汽油一样。

与Mirai汽车不同，它们通过氢气补充燃料电池发电。液氢是一种难以处理的燃料，有时会成为火箭的灾难。去年秋天，美国国家航空航天局（NASA）试图尝试阿尔特弥斯一号（Artemis I）由于液氢泄漏，任务发射了一枚巨大的月球火箭。

丰田汽车高管表示，火灾发生在富士国际赛道上（Fuji International Speedway）私人试车期间，与车辆使用氢燃料而不是汽油无关。事故原因是车辆振动导致管道接头松动。

丰田Gazoo赛车公司总裁Tomoya Takahashi这样解释道：“氢不是问题的原因。更确切地说，这是因为我们没有考虑到设计工作，我们使用的任何燃料都可能泄漏和着火。”

尽管遭遇挫折，丰田章男还是命令团队继续研究液氢燃烧技术。丰田这辆车希望这辆车能在5月底的下一场耐力系列赛中做好准备。这场比赛将在富士赛道上进行24小时。

丰田章男显然不会让这件事阻止他参加比赛。“由于他决心展示氢的安全性，他将继续驾驶这辆车。”Tomoya Takahashi说。

据当地媒体报道，发动机附近发生泄漏，氢气因高温而点燃。故障安全泄漏传感器自动关闭氢气供应，防止火灾扩大。

管道接头松动的部分原因可能是液氢传动系统比气氢系统重约300kg（661磅），由于额外的安全设备，振动幅度增加了约100kg（220磅）。Tomoya Takahashi说，丰田正在寻找根本原因，并采取补救措施。

与高压气态氢和传统汽油相比，液化氢具有更高的能量密度优势。例如，在相同的重量下，液氢的能量约为汽油的三倍。

该技术也可能比气态氢更简单、更便宜。液化氢必须冷却到-253摄氏度，但它可以储存在一个相对简单、绝缘和真空密封的气缸中。

气态氢必须储存在由昂贵的碳纤维制成的高压储罐中。液态氢只需要一个大储气罐，而气态氢需要四个独立的储气罐。

在同样的情况下，液氢在满箱时可以行驶20圈，而气态氢只能行驶12圈。由于不需要特殊设施来增加压力，因此使用液化氢也可以建造更密集的氢加气站。

丰田希望开发氢燃烧技术，以便引进大规模生产汽车。但显然，现阶段还有很长的路要走，丰田甚至没有给出时间表。

今年2月，当最新一代氢能花冠在富士赛车场试运行时，丰田表示，这是世界上第一款以液氢燃料为燃料的赛车。

Tomoya Takahashi说，丰田在赛车压力下测试新技术，以尽快消除潜在问题，加快发展。从这个意义上说，火灾也是“因祸得福”。

“这不是意外，也不是严重的问题。”Tomoya Takahashi说，“这是积极的。我们发现了以前不为人知的东西，我们正在反复测试来确定问题。”

(本文部分内容综合Automotivee News报道，部分图片来自网络)