燃料電池車(chē)的未來(lái)：技術(shù)課題被穩步攻克

　　經(jīng)過(guò)這些年的技術(shù)開(kāi)發(fā)，燃料電池從2015年開(kāi)始量產(chǎn)已經(jīng)有了眉目。曾經(jīng)令人苦惱的氫供給基礎設施的先行設置也看到了曙光。隨著(zhù)家用燃料電池率先實(shí)用化，燃料電池的普及也開(kāi)始有望變?yōu)楝F實(shí)。

　　燃料電池車(chē)（FCV）將從2015年開(kāi)始以500萬(wàn)日元左右的價(jià)格投放市場(chǎng)。在近來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)（EV）熱潮中消失了身影的FCV，現在普及之路又開(kāi)始呈現在人們的面前（圖1）。

圖1：燃料電池從2015年開(kāi)始普及
各大汽車(chē)廠(chǎng)商均計劃以2015年為目標，上市價(jià)格控制在500萬(wàn)日元左右的FCV。2015年以后將推進(jìn)氫供給基礎設施的設置及家用燃料電池的普及，2030年或將迎來(lái)燃料電池時(shí)代。

　　領(lǐng)頭的是豐田。該公司在2010年11月舉行的“豐田環(huán)境技術(shù)記者發(fā)布會(huì )”上宣布，“計劃2015年前后上市轎車(chē)款FCV。該車(chē)將以客戶(hù)能夠接受的價(jià)格提供”（該公司代表董事副社長(cháng)內山田竹志）。

　　除豐田外，日產(chǎn)汽車(chē)和本田也紛紛以2015年上市FCV為目標展開(kāi)了行動(dòng)。2011年1月，豐田、日產(chǎn)和本田三家公司與10家氫氣供應商發(fā)表了共同宣言注1）。內容除了2015年前后在日本國內市場(chǎng)投放FCV外，還包括全面推進(jìn)氫供給基礎設施的設置，這是阻礙普及的最大瓶頸。

　　注1）10家氫氣供應商分別是吉坤日礦日石能源、出光興產(chǎn)、巖谷產(chǎn)業(yè)、大阪燃氣、科斯莫石油、西部燃氣、昭和殼牌石油、大陽(yáng)日酸、東京燃氣、東邦燃氣。

　　FCV的興起不僅限于日本。在世界市場(chǎng)上，德國戴姆勒、美國通用汽車(chē)（GM）以及韓國現代汽車(chē)等也以2015年前后上市為目標，展開(kāi)了積極行動(dòng)。

　　材料廠(chǎng)商也開(kāi)始切實(shí)感覺(jué)到FCV將全面上市的動(dòng)態(tài)。從事燃料電池電極催化劑業(yè)務(wù)的田中貴金屬工業(yè)表示，“我們已開(kāi)始著(zhù)手擴大生產(chǎn)線(xiàn)等量產(chǎn)準備”（該公司技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)FC催化劑開(kāi)發(fā)部副部長(cháng)小椋文昭）。

車(chē)輛價(jià)格為500萬(wàn)日元左右

　　此前，FCV實(shí)現實(shí)用化方面存在的三大課題是耐久性、低溫工作及低成本化，現在耐久性和低溫工作這兩個(gè)課題已經(jīng)解決。而最大的課題低成本化也在解決之中。

　　FCV的構成可以簡(jiǎn)單理解為是在EV上配備了發(fā)電用燃料電池組和儲藏氫燃料的氫燃料罐（圖2）。燃料電池組和氫燃料罐為專(zhuān)用品，但馬達和作為輔助電源使用的充電電池等可共用EV和混合動(dòng)力車(chē)（HEV）的部件。

圖2：配備燃料電池組和氫燃料罐
本圖以豐田的“FCHVadv”和本田的“FCX Clarity”為例，展示了主要的部件構成。充電電池和馬達可與EV和HEV等電動(dòng)汽車(chē)共用。專(zhuān)用品為燃料電池組和氫燃料罐等。（圖由本刊根據豐田和本田的資料制作）

　　FCV的制造成本直到數年前都被公認為要在1億日元以上。但現在已經(jīng)降至1000萬(wàn)日元以下，“到開(kāi)始普及的2015年還會(huì )進(jìn)一步降低”（豐田）（圖3）。從豐田的發(fā)言來(lái)看，似乎有望實(shí)現500萬(wàn)日元左右的車(chē)輛價(jià)格。

圖3：成本有望降至1/20
豐田宣布，將2008年開(kāi)發(fā)的“FCHV-adv”的燃料電池系統成本削減至1/10以下，目前可實(shí)現1000萬(wàn)日元以下的車(chē)輛成本。2015年計劃削減至1/20。（圖由本刊根據豐田的資料制作）

光有EV還不夠

　　汽車(chē)廠(chǎng)商一直致力于FCV開(kāi)發(fā)的理由有兩個(gè)，即減排CO2和擺脫對石油的依賴(lài)。行駛時(shí)不排放CO2的汽車(chē)雖然還有EV，但EV和FCV在特性上有很大的不同。那就是行駛距離。FCV填充一次燃料可行駛500km以上。而EV即使配備大容量鋰離子充電電池最多也只能行駛150k～250km注2）。

　　注2）日產(chǎn)汽車(chē)續航距離為200km的EV“LEAF”（中國名：聆風(fēng)）在地板下方配備了約300kg的鋰離子充電電池組。

　　其實(shí)，就連積極致力于EV的日產(chǎn)汽車(chē)也認為，“要想實(shí)現250km以上的行駛距離，需要利用FCV，而不是EV”。豐田和本田等計劃以150km左右的行駛距離為分界線(xiàn)劃分EV和FCV的應用范圍（圖4）。

圖4：將來(lái)在需要行駛150km以上距離的車(chē)輛中FCV占優(yōu)勢
FCV延長(cháng)行駛距離所增加的系統成本較少。而EV要想延長(cháng)續航距離需要配備大量的充電電池，從而導致成本飆升。（圖由本刊根據各汽車(chē)廠(chǎng)商的資料制作）

　　將來(lái)，要想大幅削減汽車(chē)的CO2排放量，必須對每天的行駛距離較長(cháng)的車(chē)輛采取對策。能夠代替發(fā)動(dòng)機車(chē)的，目前只有FCV。

巨額資金流向海外

　　另外，關(guān)于擺脫石油依賴(lài)，目前95％以上的汽車(chē)都依靠石油。但考慮到今后石油價(jià)格會(huì )暴漲，不能永遠依靠石油行駛。

　　此外，從日本的“能源安全”觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，這也是一項重大的課題。日本的石油進(jìn)口量為2億5000萬(wàn)千升，多年來(lái)幾乎一直保持這個(gè)水平，按金額計算，2008年從2005年的約1000億美元上漲至約1900億美元，2011年上漲至約2000億美元。隨著(zhù)石油價(jià)格的暴漲，與2005年相比，年均約有1000億美元的巨額資金流向了海外。

　　要想擺脫對石油的依賴(lài)，只能從其他資源中獲取能源，而氫氣就是有力的候補。目前的氫制造一般采用從天然氣中提取的方法。此外，利用太陽(yáng)光和風(fēng)力等可再生能源的發(fā)電電力電解水來(lái)制造氫氣的方法也開(kāi)始有望成為現實(shí)。

　　就能夠利用多種能源這一點(diǎn)而言，電力也一樣，EV和FCV可實(shí)現汽車(chē)能源的多樣化（表1）。不過(guò)，存儲電力并不容易。如上所述，除了要增加所需的鋰離子充電電池的容量外，隨著(zhù)容量的增加，充電時(shí)間也會(huì )延長(cháng)。目前的EV行駛距離為160km，利用家用電源的充電時(shí)間為7～8小時(shí)，如果將容量增至2倍，充電時(shí)間需要14～16小時(shí)，這并不現實(shí)。

　　而FCV方面，德國林德集團（Linde Group）等已經(jīng)開(kāi)發(fā)出只需約3分鐘即可充滿(mǎn)行駛500km所需氫燃料的充氫機。FCV能夠維持與發(fā)動(dòng)機車(chē)相當的用戶(hù)便利性。