氫能源車，一次日本式的失敗冒險(xiǎn)
2023-01-14 09:28:06 來(lái)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(dāng)作接棒混動(dòng)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(rèn)同這一點(diǎn)，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(shí)是個(gè)技術(shù)杰作，不僅在續(xù)航里程（500公里）上超過當(dāng)時(shí)的Model S（470公里），售價(jià)（58000美元）也遠(yuǎn)低于后者（91000美元），并且加氫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過充電。考慮到當(dāng)時(shí)特斯拉飽受質(zhì)疑，氫能源車是個(gè)極具競(jìng)爭(zhēng)力的方案。
2015年10月21日，Mirai在美國(guó)加州開售，豐田專門把時(shí)間選在了電影《回到未來(lái)2》中30年后“未來(lái)”的時(shí)間點(diǎn)，但Mirai和整個(gè)氫能源車的走向卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到豐田的預(yù)期。
2018年5月，特斯拉（上海）有限公司在上海成立，中國(guó)產(chǎn)Model 3在次年1月拿到了“中國(guó)綠卡”。整個(gè)2019年，特斯拉在中國(guó)交付了3.4萬(wàn)輛Model 3，純電車在中國(guó)市場(chǎng)賣出了73萬(wàn)輛。
而直到今天，全球所有氫能源乘用車銷量還不到5萬(wàn)輛[1]。
兩種技術(shù)路線膠著時(shí)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(jìn)的，也是后來(lái)摔得最慘的。
技術(shù)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(duì)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?gòu)?fù)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(shí)現(xiàn)氫能源車的全面普及。
在當(dāng)時(shí)看，氫是最適合日本的一條技術(shù)路線。
日本國(guó)內(nèi)資源極度匱乏，其中就包括鋰電池的關(guān)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(shí)大力發(fā)展的核能可以解決這個(gè)問題。在日本政府的構(gòu)想中，氫會(huì)幫助日本實(shí)現(xiàn)能源自主。
氫能源車是撬動(dòng)它的杠桿，豐田則是開路先鋒。Mirai是個(gè)昂貴的賭注，它要么成為汽車業(yè)的未來(lái)，要么成為反噬日本汽車工業(yè)的技術(shù)陷阱。
2014年底，Mirai正式開售，僅1個(gè)月訂單就達(dá)到1500輛左右。日本政府的補(bǔ)貼政策非常激進(jìn)，單車補(bǔ)貼高達(dá)10萬(wàn)元人民幣。但Mirai的最大市場(chǎng)其實(shí)在美國(guó)，2015年進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)后，Mirai一度“形勢(shì)一片大好”，2017年，Mirai在美國(guó)賣出了接近2000輛，但此后逐年下滑。2019年，韓國(guó)現(xiàn)代的氫能源車Nexo在美國(guó)上市，年銷數(shù)百輛。
考慮到售價(jià)貴得多的特斯拉Model S在2015年就賣出了25000多輛，Mirai的成績(jī)實(shí)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，加氫也非常快，但氫能源車依然有很多技術(shù)問題：
首當(dāng)其沖的是氫的轉(zhuǎn)化效率：從電解水制氫，到氫的壓縮儲(chǔ)運(yùn)，再到轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)車輛，這個(gè)過程中的損耗高達(dá)72%，而鋰電池的損耗只有20%[2]。
按照寶馬的說(shuō)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(lái)自石油，反而會(huì)排放大量二氧化碳。
圖片來(lái)源：the conversation
而在實(shí)際運(yùn)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(jì)劃到2020/2030年建設(shè)160/1000個(gè)加氫站，截至2021年底，已建成的有160個(gè)，集中在東京、大阪、名古屋等大城市。日本加氫站的建設(shè)成本約為5億日元（2600萬(wàn)人民幣），2020年之前，日本政府會(huì)報(bào)銷一半的建設(shè)費(fèi)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(biāo)準(zhǔn)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(lái)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(diǎn)主管必須有處理氫氣或其他高壓氣體的工作經(jīng)驗(yàn)，還要負(fù)責(zé)保存購(gòu)買燃料的記錄，離自助式的加油站差的很遠(yuǎn)。
按照測(cè)算，在日本，每個(gè)加氫站每年需要給900輛車服務(wù)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(huì)達(dá)到4萬(wàn)輛，但實(shí)際上只有4000多輛[5]，加氫站盈利希望渺茫。
在美國(guó)，氫能源車遇到了同樣的問題。
美國(guó)對(duì)氫能源的探索其實(shí)非常早，2004年，主政加州的施瓦辛格在任內(nèi)推動(dòng)加氫站建設(shè)，但在奧巴馬政府時(shí)期又開始下滑。2015年Mirai進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)，加氫站建設(shè)再次起步。但直到現(xiàn)在，美國(guó)的加氫站也沒有超過100個(gè)，而且?guī)缀跞荚诩又荨?/p>
2013年接任加州州長(zhǎng)的杰里·布朗曾制定了一個(gè)2020年-100座的目標(biāo)，至今也未實(shí)現(xiàn)。
圖片來(lái)源：美國(guó)能源部
寶馬公司官方的一篇文章中說(shuō)：我們?cè)跉淙剂想姵胤矫娲嬖谙扔须u還是先有蛋的問題。加氫站網(wǎng)絡(luò)密度不夠，就無(wú)法帶動(dòng)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(yùn)營(yíng)商也沒有擴(kuò)張的動(dòng)力[3]。
純電車似乎也會(huì)遇到充電樁密度的問題，但即使是在電動(dòng)車滲透率非常低的美國(guó)，充電樁的建設(shè)速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了加氫站。
圖片來(lái)源：美國(guó)能源部
孤獨(dú)的冒險(xiǎn)
無(wú)論氫能源車本身有多么環(huán)保，以儲(chǔ)存和運(yùn)輸構(gòu)成的氫能供應(yīng)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(gè)雄心勃勃的氫能供應(yīng)基建計(jì)劃——由制氫工廠、運(yùn)輸樞紐和加氫站組成的網(wǎng)絡(luò)遍及全美。但時(shí)至今日，這個(gè)計(jì)劃的完成度甚至不到10%，屬于典型的邏輯性感，結(jié)果骨感。
圖片來(lái)源：NREL
由于氫的物理特性，氫必須高壓儲(chǔ)存，但即便如此，每次運(yùn)載量也非常有限?？紤]到氫氣的沸點(diǎn)是-252.87 ℃，讓液化氫大規(guī)模運(yùn)輸顯然不太可能。相比充電樁的就地取電，直到現(xiàn)在，儲(chǔ)存和運(yùn)輸依然是氫能源車產(chǎn)業(yè)化的最大問題。
種種因素導(dǎo)致，即便氫能源車和加氫站可以依靠財(cái)政補(bǔ)貼強(qiáng)行拉低成本，但脆弱的供應(yīng)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(bǔ)貼后的價(jià)格，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電費(fèi)。
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(jìn)展寥寥。
2009年，諾獎(jiǎng)得主朱棣文執(zhí)掌美國(guó)能源部，他本人當(dāng)時(shí)極度不看好氫能源車，大幅度削減了對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)化的扶持力度，把工作重點(diǎn)放在了和中國(guó)拼光伏上，導(dǎo)致美國(guó)氫能建設(shè)出現(xiàn)了近十年的空白。
2015年，Mirai進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)后，一度讓氫能源車重燃希望，但依然無(wú)法解決成本問題。
美國(guó)已經(jīng)是Mirai的最大市場(chǎng)，到現(xiàn)在銷量還不到一萬(wàn)輛。2019年，美國(guó)加州一家名叫Air Product的化工廠發(fā)生氫燃料爆炸，一時(shí)間造成了加州氫供給短缺。同一年挪威和韓國(guó)也發(fā)生了類似事故，Mirai本來(lái)就不多的銷量急轉(zhuǎn)直下。
同一時(shí)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(rèn)為是純電路線普及速度快的重要原因。但事實(shí)上，“專利開放”只是讓其它企業(yè)不會(huì)被訴訟，而不是公開某項(xiàng)技術(shù)的know-how。2015年，豐田也公開了5680項(xiàng)燃料電池車的相關(guān)專利，沒掀起太大波瀾。
一項(xiàng)新技術(shù)的普及必然需要足夠低的成本，財(cái)政補(bǔ)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(yīng)鏈成本。
純電路線能夠勝出，一方面是對(duì)終端產(chǎn)品的補(bǔ)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(yīng)鏈企業(yè)，比如LG化學(xué)和寧德時(shí)代。
伴隨電動(dòng)車的滲透，上游供應(yīng)鏈也會(huì)在產(chǎn)能擴(kuò)張的同時(shí)大幅降低成本，2014-2018年間，國(guó)內(nèi)鋰電池價(jià)格從3元/Wh降低到了1元/Wh，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氫。
而Mirai的問題是，它的供應(yīng)鏈實(shí)在太封閉了。
Mirai的燃料電池系統(tǒng)零部件供應(yīng)商幾乎完全來(lái)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(fù)雜的客戶認(rèn)證過程，成為認(rèn)證供應(yīng)商基本需要2到3年時(shí)間。正是由于過程繁瑣，車企選定了供應(yīng)商就不會(huì)輕易更換，新企業(yè)入行成本很高。
相比特斯拉對(duì)供應(yīng)鏈的開放程度，豐田只是號(hào)召大家一起修一條高速公路，但他自己先建好了10個(gè)收費(fèi)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(guó)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(yīng)鏈的投資就止步于政府在碳中和目標(biāo)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(duì)手不是特斯拉以外的電動(dòng)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(jì)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(shuō)：我們對(duì)現(xiàn)有的每一種可能性進(jìn)行了研究，我們認(rèn)為氫能源存在一些困難的技術(shù)挑戰(zhàn)，大約10年內(nèi)，氫能源車不會(huì)成為主流[6]。
渺小的成功
氫能源車的另一個(gè)旗手是韓國(guó)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(lái)不到15000輛。
韓國(guó)氫能源車遇到的問題是一樣的，加氫站的建設(shè)成本雖然比日本便宜，但也高達(dá)人民幣1500萬(wàn)元，這讓韓國(guó)政府的補(bǔ)貼顯得杯水車薪。韓國(guó)曾定下2020年114座加氫站的目標(biāo)，但至今只有不到100座。
2021年，豐田推出了新款Mirai，并再次強(qiáng)調(diào)了自己在氫能源車領(lǐng)域的野心，但豐田已經(jīng)在事實(shí)上倒向了純電路線。
2019年4月，豐田宣布將公開兩萬(wàn)多項(xiàng)專利，包括包括混動(dòng)車、燃料電池車，唯獨(dú)沒有純電車。豐田普銳斯是迄今最暢銷的混動(dòng)車車型，但由于混動(dòng)車有兩套動(dòng)力系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，加上豐田嚴(yán)格控制專利，大多數(shù)車企只將其視為過渡技術(shù)。
對(duì)此有媒體評(píng)論說(shuō)：豐田想讓大家繼續(xù)研究混動(dòng)車，延緩純電動(dòng)車的發(fā)展速度。
寶馬的iX5 Hydrogen
2019年4月，豐田章男來(lái)中國(guó)走了一圈，去清華大學(xué)做了個(gè)演講，成為數(shù)不多在清華講過話的汽車業(yè)人士，上一個(gè)來(lái)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(shuō)了很多自己的中國(guó)情結(jié)，并稱2025年前，豐田將在中國(guó)推出10款純電動(dòng)車型。
《金融時(shí)報(bào)》在報(bào)道中說(shuō)：豐田在80年代拒絕了中國(guó)的“技術(shù)換市場(chǎng)”，把中國(guó)白白讓給了大眾。而在新能源車時(shí)代，中國(guó)變成了培育新技術(shù)的沃土——比如駕駛行為和路況數(shù)據(jù)，這對(duì)于未來(lái)開發(fā)自動(dòng)駕駛汽車至關(guān)重要[9]。
相比馬斯克在紫光閣的神來(lái)之筆，豐田章男中國(guó)行的成色明顯不足。經(jīng)過了產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)下的大規(guī)模投資，中國(guó)公司在新能源車上下游的多個(gè)核心環(huán)節(jié)都卡住了身位，豐田并沒有太多優(yōu)勢(shì)。
氫能源車并沒有死亡，在長(zhǎng)途運(yùn)輸和重型運(yùn)輸上維持著前進(jìn)腳步，但這個(gè)牌桌跟豐田沒什么關(guān)系。
在載重貨車這個(gè)子類里，氫能源較電動(dòng)反而有比較大的優(yōu)勢(shì)，比如更長(zhǎng)的續(xù)航，更高的載重量，對(duì)成本的敏感度也更低，而且卡車可以長(zhǎng)期租用不用購(gòu)買。戴姆勒在終止和本田研發(fā)氫能源乘用車的同時(shí)，就把重心轉(zhuǎn)移到了重型車輛的開發(fā)。
而在這個(gè)語(yǔ)境下，會(huì)發(fā)現(xiàn)日本人并沒有領(lǐng)先太多。
在純電車逐漸退補(bǔ)后，中國(guó)的補(bǔ)貼方向也轉(zhuǎn)向了氫能源，《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》中對(duì)氫燃料電池補(bǔ)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(diǎn)投放。
美國(guó)的戰(zhàn)略導(dǎo)向則集中在上游環(huán)節(jié)，并提出了明確的目標(biāo)：到2030年使可再生能源、核能和熱能轉(zhuǎn)化制造清潔氫能的價(jià)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(guó)和美國(guó)都有足夠大的單一市場(chǎng)規(guī)模，也有足夠的財(cái)政能力和民間資本去扶持上下游的創(chuàng)新主體，在面對(duì)新技術(shù)時(shí)可以針對(duì)多條技術(shù)路線全面卡位，哪個(gè)路線容易成熟就集中扶持哪個(gè)。
但對(duì)財(cái)政力量不足的經(jīng)濟(jì)體來(lái)說(shuō)，產(chǎn)業(yè)政策往往面臨二選一的困難，每一次押注尚且風(fēng)險(xiǎn)巨大，就更不用說(shuō)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(dòng)，歐美不理；押注氫能源，未來(lái)遙遙無(wú)期。
而汽車工業(yè)是日本絕對(duì)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(dòng)了8.2%的就業(yè)。放在30年前，日本還有DRAM、面板、消費(fèi)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(jià)的成本越來(lái)越高了。
氫能源是個(gè)充滿理想主義的技術(shù)路線，它的問題不是失敗了，而是只成功了一點(diǎn)點(diǎn)。
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(shí)報(bào)
[5] Japan is betting future cars will use hydrogen fuel cells，金融時(shí)報(bào)
[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(shí)報(bào)
[10] 美國(guó)氫能戰(zhàn)略對(duì)我們有何啟示，中國(guó)科學(xué)院
作者：李墨天
編輯：羅松松
視覺設(shè)計(jì)：疏睿 標(biāo)簽： 燃料電池 金融時(shí)報(bào) 氫燃料電池
