电池电动汽车与燃料电池电动汽车:氢能为您的下一辆车提供动力吗?

毫无疑问,纯电动汽车(或 BEV)目前占据主导地位,至少在销量方面是如此。市面上有数十种电池电动汽车型号和大量充电站——尽管还远远不够。

但是,虽然纯电动汽车是目前显而易见的选择,但对于这种情况是否会持续下去,或者是否有一天,最终,氢动力汽车(通常称为燃料电池电动汽车,FCEV)将取代氢能源汽车,仍然存在很多争论。 。

这场争论在网上也可能变得有些激烈。 FCEV 粉丝认为该技术是一种明显的前进方向,既是为了方便,也是为了帮助解决 BEV 生产中出现的一些气候问题。然而,其他人不太热衷于再次转换技术的想法,而宁愿迭代和完善显然已经变得更流行的电池模型。

对于不熟悉的人来说,氢动力汽车,顾名思义,使用氢来发电。从驾驶员的角度来看,这种体验与加满一箱汽油非常相似。您将用软管卷起泵,然后将液体泵入车辆中,但它不是汽油,而是液态的压缩氢气。然后,这种高度易燃的液体在燃料电池中与空气中的氧气结合,从而产生电力。唯一的副产品?热量和水——所以是的,你的车需要……咳咳……一路上解手。当然,这一切都假设一切实际上都正常工作,但我们很快就会讨论这个问题。

方便为王

氢动力汽车的支持者将便利性视为推动该技术的一个重要原因,这是有道理的。毕竟,给电动汽车充电根本就不是最好的体验。电动汽车充电技术越来越好,但在快速充电站充电通常仍需要至少 20 分钟,而且前提是您不必等待充电器空闲。这与下班回家时在两三分钟内加满一箱汽油有很大不同。

如前所述,氢燃料汽车的加油体验通常与内燃机汽车非常相似。但是,正如许多记者最近强调的那样,为 FCEV 加油往往并不顺利。泵非常稀缺( 根据能源部的数据,截至 2023 年,总共只有 50 个泵站),而且经常无法工作。电动汽车充电站也是如此,虽然电动汽车充电站还不够,但数量比加氢站多很多倍。

电气化美国充电站
使美国电气化

“除了消费者的兴趣之外,纯电动汽车在美国各地还拥有更强大的充电基础设施,” Integrity Energy的编辑 Kat Garside 说道,该公司帮助企业和房主减少能源支出。 “全国有超过 61,000 个公共 2 级或直流快速电动汽车充电站。此外,联邦政府还宣布了 5000 万美元的预算,以扩大公共充电站的使用范围。”

让我们假设 FCEV 加油站和 EV 充电站的数量一样多,并且其中实际工作的比例相似。在这种情况下,在公共车站给 FCEV 加油会方便得多。因为只需要几分钟,车站的拥堵就会少得多,而且即使所有车站都被使用,您也可能不需要等待很长时间才能进入车站。当然,这与现实相去甚远。目前只有少数几个站点,而且它们的可靠性也存在很多问题。

但是,我提到在“公共车站”给 FCEV 加油更方便,因为 BEV 充电的一个关键组成部分使大部分驾驶员更加方便——能够在家充电。这比为日常使用的 FCEV 加油还要方便。您所要做的就是回家后插上电源,无需去任何地方加油。

目前,平均而言,大多数 FCEV 的续航里程比大多数 BEV 稍长——可达 400 英里左右。这并不比纯电动汽车多多少,纯电动汽车的续航里程通常约为 300 英里,但仍然更长。

丰田 Mirai 燃料电池
2016 丰田 Mirai丰田

“FCEV 的优点是续航里程更长、加油速度快(与汽油相比)、性能和耐用性更高(燃料电池可持续使用长达 20 年或更长时间);此外(这是重型负载的关键),它们不承担电池的重量,”清洁能源科技公司Landi Technologies的创始人 Andrea Landi 说道。

氢气的能量密度比现代电池技术高得多,这有助于提高续航里程。但到目前为止,这还没有为消费者带来更远的续航里程。这主要是因为涉及储存压缩氢气的设备(如高压罐)很重。因此,虽然氢在技术上本身的能量密度要高得多,但燃料电池电动汽车目前无法真正利用氢来实现截然不同的行驶里程。

FCEV 在另一个关键领域更方便——在寒冷的天气里。在寒冷天气下,纯电动汽车的续航里程和充电速度会受到影响,而燃料电池电动汽车可以在极冷的温度下完美工作,而不会降低效率。

有点无关,但在写这篇文章时,它让我想要一辆插电式混合动力车——它有一个用于短途旅行的电池和一个用于长途旅行的氢气罐。我离题了。

哪个实际上更有效?

除了方便之外,哪个实际上更有效?这是一个需要回答的复杂问题——效率涉及很多因素。在比较电动汽车和内燃机(ICE)汽车时,科学原理非常清楚。虽然电池生产使得电动汽车的生产效率低于内燃机汽车,但电动汽车在短短几年内就赶上了并超越了内燃机汽车

但有关电动汽车和燃料电池汽车的数据较少,而且考虑到它们本身都不排放温室气体,因此我们只能比较更复杂的数据点。它们分为两个主要部分——车辆生产和燃料生产(和运输)。

丰田未来
丰田

一般来说,FCEV 生产的排放量比 EV 生产少。这是由于电动汽车的一个组件——电池。电动汽车电池不仅制造起来很复杂,而且通常还涉及使用必须开采和运输的稀有金属。一些 FCEV 也有电池,但它的容量远没有那么大,而且其生产不会涉及那么多排放。

然而,目前为电动汽车提供燃料的效率更高。电动汽车可以是完全清洁的,也可以是相对肮脏的,但随着时间的推移,美国的电网变得越来越清洁,而且很多司机都通过太阳能充电。在美国,95% 的氢燃料是使用天然气生产的,这使得其生产对环境造成更严重的影响,因为这种生产氢气的方法会导致二氧化碳排放。

如果燃料电池电动汽车变得更加主流,氢气生产也可能变得更加清洁。例如,另一种生产氢气的方法称为电解,它涉及使电流流过水,并且本身不产生排放。但这并不完美——用于电解的电力生产可能会涉及温室气体排放,而且用电来制造氢气似乎并不一定那么有效,然后再用氢气来制造电力来为汽车提供动力,而不是用氢来制造电力。只是用电来给汽车充电。

最后,一些植物材料可以产生氢气,一些垃圾也可以——利用垃圾填埋场和废水生产氢气 的试点项目已经启动,但仍处于早期阶段。

拥有成本怎么样?

这是另一个解决起来有点复杂的问题。目前氢燃料非常昂贵,但这很大程度上与燃料电池电动汽车的数量太少有关,因此,为消费者提供的氢燃料产量非常有限。加满一个油箱可能要花费几百美元——比给汽车充电贵得多。但是,如果燃料电池电动汽车变得更加主流,这种情况就会改变。

2022 现代 Ioniq 5 Limited AWD 后端侧面轮廓从驾驶员一侧看,后面有树木和金属栅栏。
乔尔·帕特尔/数字趋势

电动汽车的维护成本非常低廉。电动汽车没有发动机,唯一的运动部件是由电动机驱动的车轴和车轮。他们不需要换油或维护发动机——只需时不时地轮换一下轮胎即可。深入其生命周期,至少 10 年左右后,您可能会发现必须更换电池,这是昂贵的。但这实际上是大多数电动汽车车主必须执行的唯一主要维护形式 – 即便如此,这也只是在拥有车辆多年之后。

FCEV 的工作原理与内燃机汽车和纯电动汽车不同。他们将氢燃料储存在一个特殊的罐中,然后将氢与氧结合产生反应,为汽车的电动机提供动力。与内燃机汽车相比,这仍然涉及更少的移动部件并且更简单,因此,它们比汽油动力汽车需要的维护要少得多,但它们确实比纯电动汽车有更多的移动部件,因此可能会带来更高的维护成本。

一般来说,FCEV 的拥有成本更高。氢比电贵得多,而且这种情况不太可能很快改变。尽管纯电动汽车拥有最终可能需要更换的大电池,但燃料电池电动汽车有更多需要注意的移动部件。但是,纯电动汽车以较低的加油成本弥补了这一点。

丰田 Mirai 上的燃料电池标志
安德鲁·哈德/数字趋势

澳大利亚家庭充电站提供商Evergreen Electrical的联合创始人兼董事经理特洛伊·福克斯 (Troy Fox) 表示:“氢气的生产成本昂贵、难以储存,而且基础设施几乎不存在。” “当然,FCEV 可能会在卡车运输等需要远程快速加油的领域占据一席之地,但对于我们大多数人来说,BEV 更有意义。”

预测

丰田可能在氢动力汽车上投入了大量资金,但其他所有主要汽车制造商都在纯电动汽车上下了不同的赌注。最终结果是?即使燃料电池电动汽车客观上更好,他们仍然面临着一场严峻的艰苦战斗。事实上,丰田就是一个很好的例子。在大力押注氢能源之后,该公司非常不愿意在电动汽车开发上投入资金,其结果是,可以说,这家 2000 年代中期最具创新性的汽车制造商至今在电动汽车开发方面仍然严重落后。

其他人不想做出这些决定。由于电动汽车的生产和开发、电动汽车充电站的创建以及整个配套的营销已经花费了数十亿美元,因此转向燃料电池汽车将极其复杂。那么多充电站?它们会被拆除或改造成其他东西。是的,美国电气化公司不会想这么做。

因此,我认为 FCEV 不会很快成为主流。这也是一个先有鸡还是先有蛋的问题——汽车制造商是生产新的氢动力汽车,还是我们支持为其提供燃料所需的基础设施?这对于电动汽车来说也是一个问题,但随着基础设施和新车型的不断发展,这个问题正在得到彻底解决。即使没有快速充电站,客户至少可以在家充电。事实上,电动汽车的充电速度越来越快,电动汽车的续航里程也越来越长。

不过,虽然我认为我们不会很快看到个人燃料电池电动车的广泛采用,但氢动力在其他市场可能还有更大的空间。例如,氢燃料的密度使其成为半挂卡车的一个引人注目的选择。

“对于商用车,尤其是中型和重型车辆,电池的重量(和空间)可能是一个问题,”兰迪继续说道。

本田燃料电池半卡车细节拍摄。
本田

更令人兴奋吗?将氢燃料用于航空等领域的前景, 空客等公司宣布了到 2035 年制造氢动力飞机的目标,甚至正在为氢燃料的制造、运输和交付准备生态系统。

此外,政府也在介入——这可能有助于推动 FCEV 的发展。 “氢动力汽车在可持续发展竞赛中起步较慢,”加赛德继续说道。 “到 2023 年,联邦政府将拨款 70 亿美元来鼓励氢生产和研究。这项投资美国计划的目标是在全国创建七个区域清洁氢中心。”

这一切都可能改变。有趣的是,宝马和丰田最近结成联盟,旨在开发氢动力汽车,宝马表示其首款 FCEV 将于 2028 年发布。不过,该车是否真的会走向何方还有待观察。我的预测是,新型个人氢动力汽车不会真正畅销,而宝马实际上是出于谨慎考虑而与丰田合作,也许是为了努力开发重型燃料电池汽车。

如果听起来我是反对 FCEV,那么我真的不是。但是,我确实认为自己很现实,在对电动汽车进行了数十亿美元的投资之后,我认为我们不会很快出现另一个重大转变。


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