燃料电池或是美丽的“谎言”

    最近，一则燃料电池汽车消息引起了大家关注。据外电报道，丰田汽车日前表示，其氢燃料电池系统单价将从当前原型的百万美元级别削减至约5万美元，首款丰田氢燃料电池车将在2015年前后上市。

    大家对FCV如此关注，应用前景迷人是主要原因之一。一位业内专家说：“到目前为止，还没有哪一项能源生成技术像燃料电池那样将诸多优点集于一身。”人们憧憬未来美好生活，今后在城市中，不再被汽车尾气困扰。

    燃料电池将化学能直接转换为电能，具有较高的能效，不会因为燃烧产生大量废气与废热，能量转换率约为传统内燃机的3倍以上。目前，直接使用氢气的系统效率超过50%，如果将燃料电池排放的废热加以回收利用，能量利用率超过85%，传统内燃机的热效率大约为20%~30%。

    燃料电池具有环境亲和性。部分燃料电池会排放二氧化碳，但远低于燃烧汽油的排放量(约为其1/6)。氢燃料电池的排放只有水，真正做到了无污染。

    人们对新能源汽车的续驶里程极为关注，纯电动汽车在这方面广受诟病。FCV不存在这个问题，国外相关机构研究表明，一加仑汽油与一公斤氢气行驶里程相当。

    丰田将上市的FCV为4座轿车，价格约为7万美元，日本政府补贴2万美元后价格降至约5万美元（约合人民币30.91万元）；丰田的FCV充一次氢可行驶约700km（JC08模式）；使用了可令粒径为数μm的铂类催化剂在不凝结状态下涂布的电极形成技术，为提高输出功率密度作出了巨大贡献，等等。丰田研发的FCV技术进步确实不小。

    燃料电池汽车的应用前景迷人，丰田又拿出了具有推广价值的车型，似乎，FCV的道路变得平坦了。事实上并非如此，燃料电池或是美丽的“谎言”。

    笔者一直与燃料电池圈的数位研究人员长时期接触，了解到燃料电池汽车的难点主要在5个方面：催化剂、膜、储氢、系统复杂性和制氢。前面4个与FCV本身有关系，制氢牵扯到配套供应体系。

    FCV的催化剂要用贵金属铂制造。资料显示，铂金在世界市场上售价为每盎司(约28克)1,380美元，这使得以往几家汽车企业拿出来做实验的FCV高达百万美元。丰田采用镀层技术，把铂的用量降到100克，技术进步很明显。但是，一位业内专家说，铂金的储量非常少，全部供给汽车业使用可能都不够。

    全球汽车保有量已经超过10亿辆，即使按照丰田的说法，未来达到一辆车使用20克，意味着需要铂金2万吨。资料显示，世界铂族元素矿产资源总储量约为3.1万吨，其中，铂金总储量约为1.4万吨。很显然，燃料电池汽车必须摆脱对铂金的依赖，才有广阔的发展空间。另外，随着铂金用量不断增加，价格直线上涨，一位业内人士说，近5年来，铂金价格上涨了近5倍，研发人员在FCV上降低成本的努力在某种程度上被价格上涨抵消了。

    那则消息没有提到膜、储氢和系统复杂性，既然丰田将于2015年推出FCV，相信这几个问题，他们已经解决了。但是，有一个问题绕不过去，就像我们使用传统汽车必须加注燃油一样，FCV的氢气从何处来？

    FCV对氢气的纯度要求较高，如果氢气纯度不高，铂催化剂会中毒。专家指出，氢气纯度一般要求达到99.99%，有些要求达到99.9999%。一般工业制氢纯度为99%，每提高一个数量级，成本增加很多。

    目前，FCV使用的氢气主要来源于化工副产品和天然气重整。先来说化工副产品制氢，既然这些氢气是化工副产品得来，那么其成本大部分被主产品承担了，当然价格比较便宜，人们使用FCV加注氢气的成本就不太高，体现出FCV既经济又环保的优势。但是，化工副产品制氢的数量有限，当FCV大规模投入使用，化工副产品制氢还能满足需求吗？

    再来看天然气重整制氢。姑且不说这个方法能耗较高，生产周期长，看看几个城市天然气出租车排队2小时加气的景象，不难想象，未来大规模使用FCV会陷入居民生活使用与FCV争夺气源的尴尬境地。从另一个角度看，用天然气重整制氢满足FCV的使用，也不见得比直接燃烧天然气更环保、更经济。

    唯一可满足FCV大规模使用的氢气来源只有电解水，但是，这个方法需要耗费大量的电能，成本非常高。

    目前，FCV的使用空间取决于几种工业制氢量与FCV使用量的平衡点，这个平衡点在哪里？希望专业人士解答这个问题。FCV有迷人的应用前景，是未来的发展方向，要想大规模使用，只有等到可控核聚变技术成熟后，那时候，电解水的成本将变得非常低。<