燃料電池或是美麗的“謊言”

    最近，一則燃料電池汽車消息引起了大家關注。據外電報道，豐田汽車日前表示，其氫燃料電池系統單價將從當前原型的百萬美元級別削減至約5萬美元，首款豐田氫燃料電池車將在2015年前后上市。

    大家對FCV如此關注，應用前景迷人是主要原因之一。一位業內專家說：“到目前為止，還沒有哪一項能源生成技術像燃料電池那樣將諸多優點集于一身。”人們憧憬未來美好生活，今后在城市中，不再被汽車尾氣困擾。

    燃料電池將化學能直接轉換為電能，具有較高的能效，不會因為燃燒產生大量廢氣與廢熱，能量轉換率約為傳統內燃機的3倍以上。目前，直接使用氫氣的系統效率超過50%，如果將燃料電池排放的廢熱加以回收利用，能量利用率超過85%，傳統內燃機的熱效率大約為20%~30%。

    燃料電池具有環境親和性。部分燃料電池會排放二氧化碳，但遠低于燃燒汽油的排放量(約為其1/6)。氫燃料電池的排放只有水，真正做到了無污染。

    人們對新能源汽車的續駛里程極為關注，純電動汽車在這方面廣受詬病。FCV不存在這個問題，國外相關機構研究表明，一加侖汽油與一公斤氫氣行駛里程相當。

    豐田將上市的FCV為4座轎車，價格約為7萬美元，日本政府補貼2萬美元后價格降至約5萬美元（約合人民幣30.91萬元）；豐田的FCV充一次氫可行駛約700km（JC08模式）；使用了可令粒徑為數μm的鉑類催化劑在不凝結狀態下涂布的電極形成技術，為提高輸出功率密度作出了巨大貢獻，等等。豐田研發的FCV技術進步確實不小。

    燃料電池汽車的應用前景迷人，豐田又拿出了具有推廣價值的車型，似乎，FCV的道路變得平坦了。事實上并非如此，燃料電池或是美麗的“謊言”。

    筆者一直與燃料電池圈的數位研究人員長時期接觸，了解到燃料電池汽車的難點主要在5個方面：催化劑、膜、儲氫、系統復雜性和制氫。前面4個與FCV本身有關系，制氫牽扯到配套供應體系。

    FCV的催化劑要用貴金屬鉑制造。資料顯示，鉑金在世界市場上售價為每盎司(約28克)1,380美元，這使得以往幾家汽車企業拿出來做實驗的FCV高達百萬美元。豐田采用鍍層技術，把鉑的用量降到100克，技術進步很明顯。但是，一位業內專家說，鉑金的儲量非常少，全部供給汽車業使用可能都不夠。

    全球汽車保有量已經超過10億輛，即使按照豐田的說法，未來達到一輛車使用20克，意味著需要鉑金2萬噸。資料顯示，世界鉑族元素礦產資源總儲量約為3.1萬噸，其中，鉑金總儲量約為1.4萬噸。很顯然，燃料電池汽車必須擺脫對鉑金的依賴，才有廣闊的發展空間。另外，隨著鉑金用量不斷增加，價格直線上漲，一位業內人士說，近5年來，鉑金價格上漲了近5倍，研發人員在FCV上降低成本的努力在某種程度上被價格上漲抵消了。

    那則消息沒有提到膜、儲氫和系統復雜性，既然豐田將于2015年推出FCV，相信這幾個問題，他們已經解決了。但是，有一個問題繞不過去，就像我們使用傳統汽車必須加注燃油一樣，FCV的氫氣從何處來？

    FCV對氫氣的純度要求較高，如果氫氣純度不高，鉑催化劑會中毒。專家指出，氫氣純度一般要求達到99.99%，有些要求達到99.9999%。一般工業制氫純度為99%，每提高一個數量級，成本增加很多。

    目前，FCV使用的氫氣主要來源于化工副產品和天然氣重整。先來說化工副產品制氫，既然這些氫氣是化工副產品得來，那么其成本大部分被主產品承擔了，當然價格比較便宜，人們使用FCV加注氫氣的成本就不太高，體現出FCV既經濟又環保的優勢。但是，化工副產品制氫的數量有限，當FCV大規模投入使用，化工副產品制氫還能滿足需求嗎？

    再來看天然氣重整制氫。姑且不說這個方法能耗較高，生產周期長，看看幾個城市天然氣出租車排隊2小時加氣的景象，不難想象，未來大規模使用FCV會陷入居民生活使用與FCV爭奪氣源的尷尬境地。從另一個角度看，用天然氣重整制氫滿足FCV的使用，也不見得比直接燃燒天然氣更環保、更經濟。

    唯一可滿足FCV大規模使用的氫氣來源只有電解水，但是，這個方法需要耗費大量的電能，成本非常高。

    目前，FCV的使用空間取決于幾種工業制氫量與FCV使用量的平衡點，這個平衡點在哪里？希望專業人士解答這個問題。FCV有迷人的應用前景，是未來的發展方向，要想大規模使用，只有等到可控核聚變技術成熟后，那時候，電解水的成本將變得非常低。<