2015年初，某公司分管技術的副總，曾跟我說過這樣一段耐人尋味的話：“燃料電池汽車的時代就要來臨了，因為豐田已經推出了燃料電池汽車。豐田是汽車行業的風向標，我們可以做燃料電池汽車了。”這一先入為主的觀點，讓我再如何解釋燃料電池技術上的不成熟，都無濟于事。而對新能源汽車未來戰略的各種把脈，技術和分析類的文章有一大把，雖然看了不少，但是讀書少的我，實在是傻傻分不清楚。但是既然新能源車為的是節能，那么單一從節能角度分析分析，也未嘗不是一個方法。
既然是討論新能源，為了說話方便，我會把所有諸如大卡、焦耳這樣的單位都換算成kWh，也就是度，這樣比較直觀。
為什么說新能源汽車節能呢？
我們可以看一個表格，表格中國燃油車百公里油耗按照8公升計算。
從表格中可以看出來，燃油車的能耗是新能源汽車的5倍。所以節能這個事實已經擺在這了。同時，我們觀察到一點，就是燃油車浪費的能量很多，這部分能量有多少呢？數據太抽象，我們不妨打個比方：普通的550mL的農夫山泉礦泉水，燃油車跑一百公里，所浪費的能量，可以將1700瓶這樣的礦泉水從20度燒開。
有些人，會有不同的觀點：說電動汽車的電來自火電，那么只是把能量浪費的部分，換了個時間，換了個地方而已。這種說法很有道理。如果煤或天然氣發電的效率是30%，那么從煤或天然氣開始計算，電動汽車百公里的能耗就變成了83kWh。雖然仍然比燃油汽車更節能的結果沒有改變，但是似乎優勢就不那么大了。
可是有一點值得注意，就是燒煤或天然氣那70%的能量，雖然沒有發電，但是并沒有浪費掉，會議熱能的形式繼續被利用，尤其是在冬天。
Mirai的能耗有多少？約每百公里39kWh
氫能用到公路交通上，實際上有兩種應用形式，一種是直接的氫氣內燃機，比如寶馬的“氫7”，還有著名的施瓦星格州長推崇的悍馬H2H。這種車不在我們的討論范圍；另一種，是燃料電池汽車，比如豐田的Mirai，本田的FCX Clarity。
對什么催化劑，雙極板這些問題，不論是從成本還是技術上都已經討論的太多了，我們還是單一從節能的角度去分析下，看看能得出什么結論。
燃料電池有很多種，在汽車上使用的，是質子交換膜燃料電池，簡稱PEMFC，利用氫氣和氧氣，在電池內反應，生成水。這個過程中沒有二氧化碳排放。
首先，顧名思義，燃料電池，燃料指的就是氫氣。氫氣的能量密度是多大呢？每公斤氫氣為39kWh。以豐田的Mirai為例，一輛車加氫量為5公斤，如果這輛車續航為500公里，那么它的百公里功耗是多少呢？
經過簡單計算，Mirai每百公里的能耗是39kWh。一個看上去還好的數據。但是為了公平起見，我也想在追根溯源一下，氫氣到底是從哪來的。
氫氣的來源很關鍵
氫氣來源是多種多樣的，但是綜合來看，為了不讓事情太復雜，我們只看看最常用的兩種獲取氫氣的方式，天然氣裂解和水電解。根據《Clean urban transport for Europe》一文中的描述，制取1公斤氫氣，使用天然氣制氫的能耗是52kWh，而使用電制氫的能耗是11kWh。
插一句，有些人可能會說我用的數據過時了。很多技術已經把電制氫的能耗降到了每公斤5~6度電的水平了，這點我是承認的。因為我本人在2009年，就把制氫的能耗做到了每標方4.2kWh以下，折合每公斤約為5.3kWh，但是那個設備的成本確實太高了，廣泛推廣，還需要時間。既然提到了費用，我想我要食言一下，大概說一下制氫的成本。天然氣裂解獲取一公斤氫氣的成本大概在1.5~2元，水電解獲取一公斤氫氣的價格在3~4.5元。成本上的優勢，使得天然氣制氫仍然是主流。再多說一句，氫氣的運輸成本一公斤大概在10~20塊錢，要變成高壓氣體，另有成本，所以不是說把Mirai加滿5公斤的氫氣，有個20幾塊錢就足夠了。
燃料電池汽車節能嗎？不，一點也不！
趕緊轉回來說節能。有了以上數據，我們對比一下不同汽車的實際能耗。
相比燃油汽車，燃料電池汽車并不是十分節能。不過要說明一下，燃料電池的能耗，是按照天然氣制氫來計算的?？赡苡腥艘獑?，我什么要把氣體來源的能耗也要計算在內？首先，如此計算的靈感來自劍橋大學物理系教授David Mackay，我是從他那里學到的。另外，有一點出于我個人的考慮，就是因為這里面有一個隱含的概念：一公斤的氫氣，所包含的能量是39kWh，但是要獲得1公斤氫氣，所需要的能量是52kWh。假設燃料電池的效率是40%，那么一公斤氫氣所能釋放的能量只有16kWh。所以，用燃料電池是一件多么費力不討好的事情啊。我想起梅里克·戈德海文的一句話：“對于兒童作家來說，氫動力汽車是“零排放”，可惜這騙不了氣候。”
如何取得氫氣，一直是一個很現實的問題。綜上所述，取得氫氣的真相，實際上是靠消耗更多的能源來換取的。除此之外，您是否還記得上面談到了一個細節，就是生產一公斤氫氣的成本只要兩三塊錢，但是儲運則需要好幾倍的成本。這說明氫氣在儲存和運輸的過程中，都是不太容易的過程。不是儲存和運輸過程中太耗能，或者效率太低，就是有安全隱患，讓人憂心忡忡。
氫燃料電池汽車是否一文不值？可再生能源是關鍵！
我之前寫過一篇文章《鋰電池雖好，我更看好燃料電池，哪怕還要等上40年》，對于這種燃料電池技術，我是長期看好，短期可行性不大。
對于燃料電池的研究，早在十九實際上半葉就開始了。歷時近兩個世紀的研究，技術發展依然緩慢，可見這種技術的難度。
不談技術本身，咱們還是從節能角度來看。前文所述，燃料電池汽車節能與否，氫氣的來源是關鍵。如果產生氫氣的能耗更低，更加劃算，也許燃料電池汽車就會變成一款節能的產品。比如可以利用太陽能去產氫。
有人會有誤區，說太陽能也好，風能也好，這些都是使用化石能源建造的。但是這些新能源發電設備，如果正常使用，產生的能量要比消耗的能量大得多。比如在北歐國家，安裝在屋頂壽命為20年的并網光伏系統能量產率為4，在太陽能更豐富的國家，比如澳大利亞，能量產率則大于7。所謂能量產率，就是生命周期內產生的能量與制造時消耗能量的比值。壽命20年的風力發電機，能量產率可以到達80。
所以我的觀點，和《第三次工業革命》作者杰里米里夫金先生并不矛盾。新能源和氫能均為未來能源結構的五大支柱之一，五大支柱必須同時存在，他們不但相輔相成，而且缺一不可。燃料電池需要太陽來解套。
日本為什么熱衷于燃料電池？我猜是為了能源安全
日本為什么要發展燃料電池汽車？有人說跟日本的地形有關，日本處于多山多丘陵的地帶，純電動車動力不足，也有人說為了環保。我想原因不會那么簡單。如果要我說，我想應該和日本的能源結構有關。
提到日本的能源，不知道大家會先想到什么？可能中國老百姓，最先想到的會是福島核電站。一次事故，讓我家門口菠菜葉子里，都檢測出了核污染。在福島事故以前，日本是很熱衷發展核電的。因為可能核電更符合日本的國情。
那這和燃料電池有什么關系呢？在國家層面講，能源的儲備，和能源安全息息相關。日本通過核反應堆，可以源源不斷獲得電能，這些電能，怎么樣儲備，是個問題。有人說，那何不用電池直接儲存起來，用的時候再放電，這樣豈不是更好。第一，用電池去儲能，電池有自放電，只能短期存放，長期存放不可能。第二，電池能量密度低，一公斤鋰電池的儲能只有100多瓦時。第三，電池運輸困難，有安全隱患。第四，電池使用受環境影響，比如高溫或者低溫。第五，電池需要定期維護，維護就是把電放了重新充……我還能羅列更多的理由，總之，直接用電池儲存，受限太多。
氫氣就不一樣了，可以長期儲存，加壓后能量密度高，加氫也比充電或者換電方便的多，是非常適合日本島國的能源儲備形式。既然儲存了，總要使用，所以即使有美國的前車之鑒，日本仍在不遺余力的發展燃料電池。燃料電池，有時候會覺得不太像個電池，更像個高能量密度，高效的發電機一樣。再深說就是什么軍轉民，民擁軍，就有點陰謀論了，OK，這個問題點到而止，我們還是正能量一點。
如果從民用角度講，其實日本有核電，核能制氫，是最有效率氫氣生產方式之一。所謂核能制氫，就是用核能來燒水，然后通過高溫，使水轉化為氫氣。因此，日本是有可能低成本多的氫氣的，氫氣也符合日本的能源戰略。所以沒必要驚呼日本現在的氫氣是否來自于電解水。只有有合理的氫氣來源，在日本島國小范圍內，燃料電池汽車也可能會有很好的發展。
多說幾句
截稿時聽到兩個消息，一個是豐田開始做純電動汽車了(不知道開頭提到的那位副總作何感想)，另一個是豐田打算將燃料電池汽車引入中國了，不知真假。我所理解的新能源技術本質，只是對已知能源形式更合理的利用罷了。一個地區，有什么樣的能源，就要順理成章的發展什么樣的技術。所以，沒有一種技術形式，放之四海而皆準。先有能源，還是先有技術，并不是先有雞還是先有蛋的死循環。因為縱觀人類簡史，都是先有能源，再有利用。人們先發現了汽油，后發明了汽車。所以有時候靠下游去帶動上游，實際上是很困難的。站在這個角度上，去討論燃料電池汽車是否會有希望，可能會得到不同的答案吧。
