在電動(dòng)路線大行其道且已經(jīng)呈現(xiàn)較為成熟的盈利模式的情況下，豐田在氫燃料電池路線的押注顯得如此偏執(zhí)。

文|王勇

內(nèi)燃機(jī)汽車統(tǒng)治汽車市場百余年，汽車工業(yè)給20世紀(jì)的人類生活帶來了翻天覆地的變化，本身就在某種程度上代表著上世紀(jì)工業(yè)的變革史。從技術(shù)和市場價(jià)值而言，燃油汽車已經(jīng)趨向完美，但汽車行業(yè)卻在當(dāng)下迎來了新的變革期。

從替代燃油車的路徑來看，主要存在著純電動(dòng)、混動(dòng)和氫能汽車。在全球大多數(shù)國家都以純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車為主攻方向時(shí)，日本以豐田為代表的車企則將賭注押在了氫燃料電池車（FCV）。

專注氫燃料電池研發(fā)二十余年的豐田，已然成為了該領(lǐng)域的無可超越的巨人。從上世紀(jì)90年代開始，截至2017年，包括量產(chǎn)車和四代概念車在內(nèi)，豐田汽車已在21個(gè)國家和地區(qū)、2個(gè)國際知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織申請了15867件與燃料電池相關(guān)的專利，涵蓋燃料電池堆專利、高壓儲(chǔ)氫罐專利、燃料電池系統(tǒng)控制專利以及加氫站技術(shù)等，建立了氫燃料電池方面獨(dú)一無二的技術(shù)壁壘。

不愿跟風(fēng)電動(dòng)路線的豐田，正在打造氫能時(shí)代的愿景，但“下一個(gè)百年”又能否如期所愿？標(biāo)榜“終極解決方案”的氫燃料電池又會(huì)在何時(shí)具備商業(yè)化、市場化的競爭力？而豐田，是會(huì)一條路走到黑，還是會(huì)在南墻下妥協(xié)？

孤獨(dú)的霸主

21世紀(jì)初，美國總統(tǒng)布什和歐盟委員會(huì)主席普羅迪曾聯(lián)合開展對氫能的研究。普羅迪甚至宣布，到本世紀(jì)中葉，逐步轉(zhuǎn)到一個(gè)基于可再生能源的、完全集成的氫能經(jīng)濟(jì)。結(jié)果顯而易見，十年后他們無功而返，投入的研究基金很大部分后來轉(zhuǎn)向動(dòng)力電池的研究，唯有豐田求索至今。

豐田在氫燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域究竟有多強(qiáng)？用獨(dú)步全球來形容并不為過。從國際專利分類號(hào)來看，豐田汽車在H01M8燃料電池及其制造領(lǐng)域申請的專利數(shù)量最多，達(dá)到9671件，占總量的61%。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，燃料電池專利申請人全球排名中，日本豐田汽車以10737個(gè)專利族占據(jù)首位，其一家的專利占專利總量的22.3%。此外，愛信精機(jī)及電裝兩大與豐田淵源深厚的汽車零部件供應(yīng)商占比26.3%，從某種程度來講，豐田體系將48.6%的技術(shù)壟斷在手中，其霸主地位無可撼動(dòng)。

業(yè)內(nèi)人士分析，總體上看，日本、美國、中國、韓國和德國是燃料電池技術(shù)主要專利申請國，對各關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)方面發(fā)展比較均衡。日本作為全球?qū)＠琶谝坏膰遥诙鄠€(gè)關(guān)鍵技術(shù)上均處于絕對領(lǐng)先地位，技術(shù)最為全面且沒有明顯的短板，對控制技術(shù)尤為重視。

4月初，豐田宣布，將無償提供豐田持有的關(guān)于電機(jī)、電控（PCU）、系統(tǒng)控制等車輛電動(dòng)化技術(shù)的專利使用權(quán)（包含申請中的項(xiàng)目）約23740項(xiàng)。值得注意的是，這并非豐田首次開放專利，早在2015年1月，豐田宣會(huì)在全球范圍內(nèi)開放5680項(xiàng)有關(guān)燃料電池技術(shù)的專利，其中包括豐田最新氫燃料電池車型Mirai的1970項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，涵蓋從車載軟件、系統(tǒng)到制氫，以此來促進(jìn)燃料電池汽車進(jìn)入市場初期的普及。

如此大手筆的專利公開，讓人感慨其魄力的同時(shí)，也不得不深思其醉翁之意。業(yè)內(nèi)人士指出，豐田開放專利，實(shí)際上實(shí)在尋求更多穩(wěn)定的商業(yè)伙伴來分?jǐn)傦L(fēng)險(xiǎn)，既包括技術(shù)方向，也包括基礎(chǔ)設(shè)施。也可以說是豐田一家“單打獨(dú)斗”過于辛苦，盡管走在前沿但如果沒有追隨者，也很難成事。

據(jù)業(yè)界權(quán)威人士解讀，豐田開放自身積累20多年的燃料電池專利，一方面說明豐田在技術(shù)上也遇到了瓶頸，希望借助全世界研發(fā)的力量來共同突破，另一方面，無償放開專利使用權(quán)意味著將在技術(shù)上掌控氫燃料電池汽車技術(shù)取向和路徑，作為引領(lǐng)者的豐田也必將是規(guī)則的主導(dǎo)者。無論誰使用，都不可能在氫燃料電池汽車技術(shù)方面超越有20幾年積累的豐田。

在電池技術(shù)路線尚需實(shí)踐檢驗(yàn)的當(dāng)下，豐田選擇了站隊(duì)氫燃料電池，同時(shí)也給出了不容忽視的成果。其在該技術(shù)路線上的成就，如同強(qiáng)光下拉長的背影，孤獨(dú)而強(qiáng)大。

為何“離經(jīng)叛道”？

在電動(dòng)路線大行其道且已經(jīng)呈現(xiàn)較為成熟的盈利模式的情況下，豐田在氫燃料電池路線的押注顯得如此偏執(zhí)，甚至有些費(fèi)力不討好的意味。為何豐田會(huì)舍近求遠(yuǎn)，走上這條看似離經(jīng)叛道的征途。

首先，日本的國情是對其行業(yè)最大的限制。眾所周知，日本是一個(gè)資源匱乏的島國，石油、天然氣大量依賴進(jìn)口，為滿足能源需求，核電一度成為日本的選擇。然而2011年的福島特種泄漏事故使得日本政府不得不因安全因素縮減核能項(xiàng)目和發(fā)電規(guī)模，電價(jià)一度攀升。

如何為其汽車行業(yè)謀求石油、天然氣甚至電力以外的能源成為意料之中的首要考慮，顯然氫燃料電池汽車更符合日本市場的需求，理論上也能解決日本面臨石油和電這兩方面造成的能源危機(jī)，因此一個(gè)清潔高效、同時(shí)又能在本土制備的氫能源自然就成為了日本的第一能源目標(biāo)。

業(yè)內(nèi)人士分析，日本國土狹長、人口稠密，加氫站建設(shè)具有可行性。一個(gè)加氫站覆蓋100平方公里左右的面積，就算僅僅將加氫站在日本沿海布局，也基本可以滿足日本加氫的需求。同時(shí)，由于日本人均收入高，家庭布局小型制氫站也成為一個(gè)可能性，這是“氫能社會(huì)”的微觀元素。

2013年，安倍政府推出的《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》，把發(fā)展氫能源提升為國策，并啟動(dòng)加氫站建設(shè)的前期工作。在第4次《能源基本計(jì)劃》中，日本政府將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，并提出建設(shè)“氫能社會(huì)”的愿景。

2014年，在日本經(jīng)濟(jì)貿(mào)易產(chǎn)業(yè)省成立的氫能/燃料電池戰(zhàn)略協(xié)會(huì)對外公布的《氫能/燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線圖》中，詳細(xì)描述了氫能源研發(fā)推廣的三大階段以及每個(gè)階段的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一階段是從當(dāng)前到2025年，快速擴(kuò)大氫能的使用范圍；第二階段是2020年中期—2030年底，全面引入氫發(fā)電和建立大規(guī)模氫能供應(yīng)系統(tǒng)；第三階段從2040年開始，確立零二氧化碳的供氫系統(tǒng)。

資料來源：《國際石油經(jīng)濟(jì)》

此外，日本政府為促進(jìn)燃料電池的普及使用，對燃料電池車購買、家庭用燃料電池系統(tǒng)以及加氫站建設(shè)均進(jìn)行補(bǔ)貼。豐田的Mirai車售價(jià)670萬日元/輛，補(bǔ)貼202萬日元/輛；本田ClarityFuelCell車售價(jià)709萬日元/輛，補(bǔ)貼208萬日元/輛。

有了國情限制和政策的風(fēng)向，也就不難理解為何豐田對氫燃料電池執(zhí)念至此。作為日系車中的領(lǐng)頭羊，豐田自然對氫燃料電池汽車的研發(fā)不遺余力，同時(shí)向世界釋放“氫燃料電池是終極方案”的信號(hào)。而在氫燃料電池汽車技術(shù)未成熟和普及之前，混合動(dòng)力汽車顯然就是豐田的過渡期。

對于消費(fèi)者使用習(xí)慣的順應(yīng)同樣是豐田選擇氫燃料電池汽車的考慮因素。無論是純電動(dòng)汽車還是插電式混合動(dòng)力汽車，均需要保持一定的充電頻率和時(shí)長，而氫燃料電池汽車在續(xù)航和加氫的速度上均具備壓倒性優(yōu)勢。

在決定搞氫燃料電池后，豐田采用迂回戰(zhàn)術(shù)，即先用混合動(dòng)力（HEV）技術(shù)，在不改變消費(fèi)者習(xí)慣的情況下讓大家慢慢接受豐田的新能源技術(shù)，并想法設(shè)法壓縮成本。在發(fā)展HEV的同時(shí)，不斷的積累、發(fā)展自己的新能源技術(shù)儲(chǔ)備，并試圖跳過純電動(dòng)汽車（EV）和大容量插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）的階段，過渡到氫燃料電池汽車（FCV）。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)大臣世耕弘成也在去年9月份表示，“電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢在增長，銷量在增加。但我們不能突然跳上電動(dòng)汽車，要捍衛(wèi)政府對氫能的承諾。政府仍然致力于向‘氫氣社會(huì)’轉(zhuǎn)型項(xiàng)目投入資金。”

咫尺天涯的氫燃料電池汽車

時(shí)至今日，豐田仍舊走在研發(fā)、推廣氫燃料電池的路上，而汽車電動(dòng)化仍是替代燃油車路徑上的干道。氫燃料電池或許是“下一個(gè)百年”，但在當(dāng)下，豐田的“氫之夢”仍步履維艱。擺在豐田面前最直接的問題，就是如何解決氫燃料電池成本高、加氫站少。

只有成本具有競爭力，才能夠獲取市場，曲高和寡并非企業(yè)長久的生存之道。豐田深知當(dāng)前制氫方法在效率、環(huán)保方面、并沒有把握完全勝過傳統(tǒng)的化石能源和純電動(dòng)汽車，同樣在不斷嘗試各種路徑。

目前，制備氫氣的幾種主要方式包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫（甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等）、石化資源制氫（石油裂解、水煤氣法等）和新型制氫方法（生物質(zhì)、光化學(xué)等）。

據(jù)專業(yè)人士統(tǒng)計(jì)，從制氫工藝的成本和環(huán)保性能角度來看，氯堿制氫的工藝成本最為適中，在1.3-1.5元/Nm3之間，且所制取的氫氣純度高達(dá)99.99%，環(huán)保和安全性能也較好，是目前較為適宜的制氫方法。石油和天然氣蒸汽重整制氫的成本和產(chǎn)量同樣可觀，約為0.7-1.6元/Nm3，能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)72%以上，但環(huán)保性不強(qiáng)，未來可以考慮通過碳捕捉技術(shù)減少碳排放。

“在未來與可再生能源發(fā)電緊密結(jié)合的條件下，水電解法制氫將發(fā)展成為氫氣來源的主流路線。”國金證券研究所指出，目前水電解法制氫成本最高，在2.5-3.5元/Nm3之間，且成本在不斷降低，碳排放量低，且在應(yīng)用水力、潮汐、風(fēng)能的情況下能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)70%以上。

日本不同制氫方法產(chǎn)能占比

2019年初，日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）與東京大學(xué)和廣島大學(xué)合作，對光伏發(fā)電和蓄電池的制氫系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評估，并認(rèn)為，通過開發(fā)2030年前后完全可能實(shí)用化的、放電較慢但成本低廉的蓄電池，日本國內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)每立方米17-27日元（約1.04-1.64元人民幣）的制氫成本。

另一個(gè)難點(diǎn)就是加氫站的建設(shè)，其成本遠(yuǎn)比建立加油站要高，而且在存儲(chǔ)上的安全要求也比石油要高得多，這也制約了日本加氫站的普及。

據(jù)了解，根據(jù)加注氫氣的能力計(jì)算，一天加注200公斤氫氣的加氫站，目前需要1000萬人民幣左右的投入（不含土地成本）。目前日本計(jì)劃在2025年建成320座加氫站，對于一心想大力普及氫燃料電池汽車的日本來說，現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)槟壳叭毡緡鴥?nèi)加油站數(shù)量超過3萬座，充電樁超過4萬座，加氫站沒有一定的規(guī)模，根本無法取代傳統(tǒng)燃油車。

此外，鉑這一貴金屬作為燃料電池反應(yīng)堆中的催化劑，以目前的技術(shù)具有不可替代性。根據(jù)公開資料，現(xiàn)代NEXO氫燃料電池SUV的鉑金用量是56克，技術(shù)較為先進(jìn)的本田Mirai則需要15克鉑。然而全球鉑的年產(chǎn)量僅為90噸，即使把全球鉑產(chǎn)量都用來造豐田Mirai氫燃料電池車，Mirai的產(chǎn)能也不過600萬輛。

Mirai首席工程師YoshikazuTanaka曾表示：“豐田Mirai已從限量試生產(chǎn)轉(zhuǎn)為大規(guī)模生產(chǎn)模式，并減少昂貴材料的使用量，比如氫燃料電池組當(dāng)中使用的鉑金。這不是簡配，因?yàn)槲覀兊哪繕?biāo)是不變的——通過持續(xù)改進(jìn)，讓豐田氫燃料電池系統(tǒng)更緊湊、更強(qiáng)大。”

從豐田推出的Mirai2019款來看，搭載的氫燃料電池發(fā)電功率為114千瓦，體積功率密度為3.1千瓦/升，總重量56kg，容積37升。在兩個(gè)儲(chǔ)氣罐全部加滿后，擁有500km續(xù)航，最高車速可達(dá)200km/h，最吸引人的則是其3-5分鐘加氫完畢的速度，在時(shí)長優(yōu)勢上完勝。而Mirai在日本最終補(bǔ)貼完之后，實(shí)際售價(jià)僅為人民幣26萬元，加氫價(jià)格僅為58.4元/公斤，已經(jīng)具備了商業(yè)的競爭能力。

氫燃料電池的安全問題同樣備受大眾關(guān)注。氫氣在氫能源汽車中均以液態(tài)形式存在，在存儲(chǔ)罐內(nèi)部會(huì)形成極高的壓力，對儲(chǔ)存裝置的材料和設(shè)計(jì)有著很高的要求。其次，氫氣是一種易燃易爆的氣體，所以存儲(chǔ)裝置還要擁有很高的安全性和防爆功能。

在儲(chǔ)能的安全性上，采用了能夠承受70兆帕壓力的儲(chǔ)氣罐，用碳纖維+凱夫拉（防彈衣面料）強(qiáng)化其抗撞擊能力，經(jīng)測試可以抵御輕型武器的子彈攻擊。此外，在儲(chǔ)氫罐探測到泄露時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉閥門，最大程度的避免了意外事件的發(fā)生。

很難說Mirai是目前豐田核心陣容的一部分，它更多代表的，是豐田在技術(shù)方面的未來。盡管氫燃料電池具備諸多的優(yōu)點(diǎn)，然而當(dāng)下并不具備普適性，在技術(shù)上同樣遠(yuǎn)未達(dá)到終點(diǎn)。也許“下一個(gè)百年”屬于豐田，但鋪在通向氫能時(shí)代的紅毯上，仍銘刻著“生存”。