什么是氢燃料电池？什么是氢燃料电池汽车？

什么是氢燃料电池？什么是氢燃料电池汽车？
氢燃料电池是一种小型的、标准化的电化学元器件。

它与普通电池有诸多相似点，也有不同点，例如氢燃料电池可以不断制造电能。

你可以把氢燃料电池当作一个给它氢气和氧气就生产水、电和热的黑箱。

只要有持续的氢气供应，氢燃料电池就既可以用在固定装置上又可以用在移动装置上。

氢燃料电池汽车与电动汽车十分相似，因为前者是通过氢燃料电池生产电能来驱动电动机的。

氢燃料电池汽车和电动汽车的主要区别是，前者需要氢气供应，而后者需要电能供应。

氢燃料电池发明于19世纪30年代。

在过去超过一个世纪的时间内，氢燃料电池在市场上没有取得任何成功。

但是在航天任务(如阿波罗计划)中它备受青睐，因为外太空不太适合燃料燃烧。

然而如果用在工业产品中，氢燃料电池既没有高性价比也不实用。

直到最近几年，氢燃料电池才在小范围内被商用。

在交通运输业中最具前景的氢燃料电池是质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)氢燃料电池。

这种氢燃料电池在20世纪60年代被通用电气公司设计出来，并用于双子座太空计划。

质子交换膜氢燃料电池可以在低温下工作，这意味着它不需要很长时间预热。

现在使用的很多氢燃料电池需要高温环境，只适合固定基站，而不适合汽车。

1993年年中，我在美国能源部工作时收到的第一份简报就是洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)等机构在质子交换膜技术上取得重大突破，并大大降低了它的生产成本。

质子交换膜氢燃料电池距离商用依然很遥远，但它的前景是可以预见的。

因此，在20世纪90年代，美国能源部大大增加了对质子交换膜氢燃料电池的资助。

同时，美国能源部也资助了混合动力汽车、高性能电池和很多其他代用燃料汽车的研究。

氢燃料电池汽车被认为是燃料汽车皇冠上的明珠，因为它可以实现完全零排放。

它又不像电动汽车需要每隔一段时间进行充电，只要附近有氢气站，氢燃料电池汽车可以迅速加满燃料，因而氢燃料电池汽车可以免于电动汽车行驶里程短、充电速度慢的掣肘。

2003年，美国时任总统的乔治·W.布什在当年的国情咨文中宣布，他号召全国的科学家和工程师努力投身到研究氢燃料电池汽车的事业中，这样未来的人们就能开上用氢作为燃料的、零排放的汽车。

此举使得美国联邦政府和企业在氢燃料电池上的投资大大增加。

当我还在美国能源部工作的时候，有一件事情让我们非常激动，那就是我们正寻找一种能安装在汽车上将汽油转化成氢气的技术，我们称之为“车载制氢”。

然而，到了20世纪90年代，我们终于明白这项技术在汽车上使用不太现实，因而政府和企业都放弃了这条路。

当时我们并不明白推动氢燃料电池汽车的发展意味着什么。

它意味着，
如果要使氢燃料电池汽车实现大规模投入使用，我们则需要在全国建造数千个昂贵的氢气加气站来满足车主加气的需要。

它同样意味着车上要储存大量的氢气。

以上这些都意味着制造实用性强且价格可以让人接受的氢燃料电池汽车要比想象的困难得多。

当时，在小布什总统宣布他的呼吁之后，我便开始查找关于氢燃料电池汽车的各种资料。

我阅读文献、咨询专家，自己也做了一些分析，越来越认为氢燃料电池汽车的实现难度相当大。

2004年，我写了一本书——《氢能是一种炒作》。

与此同时，美国国家科学院和美国物理学会的研究也对氢能的利用表示悲观。

2004年，我写道：“氢燃料电池汽车在2030年前不太可能有超过5%的市场占有率。

”因此，氢燃料电池汽车不会是减排的主要贡献者。

在2013年，由一家独立研究和咨询公司勒克斯研究公司(Lux Research)发布的研究报告与我前面的结论也十分接近。

他们的报告题为《大缩水：氢能经济的未来》。

他们在报告中写道：虽然过去10年，已经有数十亿美元被投入氢燃料电池汽车的研究和开发中，但“政治家、经济学家、环境保护人士梦寐以求的氢能经济依然遥不可及。

到2030年，氢燃料电池汽车预计仅仅会有30亿美元的市场规模，5.9吉瓦的发动机总功率”。

本书并不打算讨论氢燃料电池基站对解决气候变化问题的帮助作用，因为我很难相信它会成为减排的主要贡献者。

建造商用固定氢燃料电池基站已经被认为是极其困难的，因为这样的基站几乎不可能
盈利。

2013年勒克斯研究公司的报告中认为，到2030年，质子交换膜氢燃料电池在有限的几个领域(电信和备用能源)会有10亿美元的市场规模。

但“无论是家用、商用还是发电，氢燃料电池都不会成为性价比最高的选项”。

前面提到的最后一点的确让人对氢燃料电池的前景感到非常悲观。

氢燃料电池基站，特别是适合于建筑和发电的更高效的高温氢燃料电池基站还存在另外一个问题。

在当前和可预见的未来，为了降低成本，它们必须使用天然气作为原料。

而在大多数情况下，氢燃料电池不会比其他能源的碳排放量更少。

而且，事实上，由于氢燃料电池基站需要使用天然气，甚至可能会排放更多的碳。

勒克斯研究公司预测，到2030年，氢燃料电池汽车和其他氢燃料可移动装置可以有每年20亿美元的市场规模。

但除非能做到以下两点，否则氢能不会成为减排的主要贡献者：①届时市场规模能达到勒克斯研究公司预测的100倍；②价格合理的无碳氢能俯拾皆是，而这不太可能快到赶上减排目标的步伐。

勒克斯研究公司认为“到2030年，燃料电池的氢需求总量会达到14万吨，仅占全球氢总需求量的0.56%”。

鉴于目前已有几家主要汽车制造商(如丰田汽车公司等)涉足氢燃料电池汽车，让我们看看他们将面临哪些挑战。