氢能在汽车上失败了，但在卡车和船舶上获得新生
撰文/ 吴 静
编辑/ 黄大路
设计/ 师 超
来源/ The Verge by Andrew J.Hawkins
二十年前，氢燃料电池汽车似乎前景光明。
这些汽车很酷——内饰时尚、触摸屏具有未来感的豪华轿车。它们非常环保，唯一的副产品是水蒸气。监管机构也表示支持，承诺为加氢基础设施进行大笔投资。押注宇宙中最丰富的元素来对抗空气污染，并最终对抗气候变化，似乎是稳操胜券。
尽管已经售出了数万辆汽车，并在加氢方面投入了数十亿美元，但这一赌注尚未得到回报。
加州仍然是美国唯一一个拥有氢燃料基础设施的州，目前运营的加氢站不到50个。汽车销量实际上已经崩溃：2024 年上半年仅售出322辆燃料电池汽车，较去年同期下降82%。
加氢基础设施似乎也濒临崩溃。加氢站正在关闭，仍在运营的加氢站也经常因技术问题和燃料短缺而暂停使用。氢气的价格继续攀升，生产问题和供应短缺扰乱了市场。
批评人士认为，氢气作为减少交通碳排放的手段效率低下且不合逻辑。毕竟，电动汽车已经存在。特斯拉首席执行官埃隆·马斯克（Elon Musk）称氢燃料电池汽车“愚蠢至极”。
但如果我们能找到更好的解决方案，氢能仍有可能成为应对气候变化的关键。尽管早期的尝试失败了，但各大公司仍在向该技术投入数十亿美元。各国政府也在制定基础设施规划，并通过税收抵免等政策，希望为氢燃料电池汽车的发展提供帮助。
如果氢燃料电池汽车要继续存在，就需要有更长远的考虑。
出海
这艘在华尔街附近海域漂浮的船只看起来与纽约拥堵水道中常见的其他船只不同。
首先，它没有像集装箱船、油轮和垃圾驳船那样冒出柴油烟雾。实际上，它根本没有排放任何污染物。
这艘名为“能源观察者号”（Energy Observer）的船体外形优美，长100英尺，是原法国赛艇双体船，改装后安装了太阳能电池板，慢慢地吸收阳光并将其输送给甲板下方的四块锂离子电池中。这些面板几乎覆盖了船的整个表面，因此你要么必须穿上特殊的布靴才能登船，要么干脆光脚上船。
去年四月的一个阴天，它刚刚完成了为期七年的环球航行，访问了许多国家，传播可再生能源的福音。“能源观察者”号基本上是一艘浮动实验室，船上的六名船员可以对可持续能源进行实验，以证明这种能源如何能够为各种船只提供动力。
能源观察者号的内部结构，其中由丰田制造的燃料电池产生部分电能▼
这艘船能够通过三种不同的方式产生航行所需的所有能源。第一种是太阳能，通过前面提到的太阳能电池板实现。第二种是风能，通过两根巨大的双桅杆产生，这些桅杆看起来像两片直立的机翼，船员们称之为“海洋之翼”，它们产生约30%的推进力，可以让船速达到12节，而不会影响其电力消耗。
第三种是氢能。其工作原理如下：海水通过船体过滤进行脱盐和净化，然后通过电解器将水分解成氢气和氧气。然后，氢气通过丰田燃料电池转化为电能，这种技术与丰田的氢动力轿车所使用的技术类似，后者只会排放水蒸气而不是碳污染。
“这艘船的真正目的是生产氢气，”这艘船的瑞士船长乔治·康蒂（George Conty）愉快地说，“利用可再生能源生产氢气。”
“能源观察者”号的航速并不快，最高时速约为11节，比典型的双体船慢得多。它的赛艇时代已经一去不复返了，因为速度并不是这艘船的最终使命。这是一个示范项目，旨在证明可再生能源产生的氢气可以成为柴油和其他海上污染燃料的可行替代品。
航运约占温室气体排放量的3%，与航空类似。总体而言，运输业占全球变暖排放量的四分之一以上。该行业脱碳将是一项巨大的挑战，而锂离子电池无法单独完成这一任务。
能源观察者团队并不只是指望一艘100英尺长的双体船来证明自己的观点。它的继任者，一艘名为 Energy Observer 2（能源观察者2号）的大型货船，仍处于规划阶段。如果支持该项目的公司能够筹集到足够的资金来建造它——这将是一个很大的“假设”——它有可能证明液态氢值得与生物燃料、氨和天然气等其他低碳替代品一起被讨论。
一旦建成，能源观察者2号将能够运输1100个20英尺长的集装箱，航行1800海里——虽然不足以横渡大西洋，但足以进行洲际旅行。与其前身一样，这艘货船也将使用丰田等汽车公司提供的氢燃料电池——只是数量要多得多。超过100个燃料电池，使用超过40吨液态氢，产生约4.8兆瓦的电力。
“世界上没有哪个项目有这样的能力。”这艘船的船长维克托·厄鲁萨德（Victorien Erussard）告诉我。但他的项目已经遇到了与成本和燃料补给基础设施等熟悉的问题。这不是一个轻松的过渡。要实现这一目标，需要更多的投资者、更多的支持者和更多真正相信氢能的人。
“还需要更多的船。”厄鲁萨德说。
卡车用品
卡车也是通用汽车的强项。尤其是那些体型巨大、足以承载最重负载的卡车。
通用汽车是首批将氢燃料电池应用于汽车的汽车制造商之一。该公司1966年推出的Electrovan是一款经过改装的GMC Handi-Bus，采用氢氧动力，据称时速可达70英里，行驶里程可达150英里。
如今，该公司的燃料电池动力车辆看起来略有不同。通用汽车的Hydrotec部门正在投资重型卡车，比如采矿设备、水泥搅拌机和码头拖车，以及一些中型卡车。目的是利用氢气来减少重工业的碳排放，而电动汽车充电速度较慢，不适合这一用途。
即使氢气的加氢问题也很容易解决。重型卡车通常在像建筑工地、仓库、港口和采石场等封闭空间内运行。在这种情况下，加氢站可以集中分布，为整个氢燃料电池汽车车队服务，没有必要在每个住宅街角都设立加氢站。
Hydrotec 的执行董事查理·弗里斯（Charlie Freese ）告诉我，现在还处于“早期阶段”。通用汽车仍在测试其技术，以了解哪些可行，哪些不可行。除了卡车外，还有与本田共同开发的立方体形状的燃料电池包，被称为Power Cubes。这些立方体可以用来为多种不同的车辆供电。它们甚至可以用作户外活动用的固定式发电机，取代目前使用的那些肮脏的柴油发电机。
弗里斯说，其他汽车制造商，如丰田，在加氢基础设施尚不完善的情况下，急于进入乘用车市场。2014年首次推出的丰田Mirai是首款主流氢燃料电池汽车，当时可能是一款开创性的车辆，但现在对许多车主来说却成了沉重的负担。
“很明显，这不会是一次令人满意的经历，”弗里斯说，“这项技术最适合用于最重的车辆，即那些载重量大、行驶距离长、需要快速补给燃料的车辆。”
通用汽车尚未向消费者市场推出燃料电池汽车，但今年早些时候，其与本田的合资企业已经开始在密歇根州的工厂大规模生产燃料电池。一款基于雪佛兰Silverado 5500的中型卡车即将问世。通用汽车认为，这款卡车可能是最适合农民的作业卡车。
“不可能一开始就完美无缺。”弗里斯承认。美国大部分氢气都是所谓的“灰氢”，也就是说，它是通过一种叫做蒸汽甲烷重整的过程生产的，这个过程会排放温室气体。希望最终能转向由太阳能和风能等可再生能源生产的“绿氢”。但我们尚未达到这一阶段。
“如果我使用氢燃料电池，我的车队就会变得绿色，即使它是灰色氢。”弗里斯说，“随着时间的推移，灰色氢可以被绿色氢取代。但这需要更多的基础设施建设……它们必须共同成长。”
加氢计划失败
雅各布·布鲁尔（Jacob Brouwer）是氢燃料的早期使用者之一。他驾驶丰田 Mirai 超过七年，被其平稳的加速、超长的续航里程和豪华的内饰所吸引。丰田提供的15000美元预付加氢卡也不错。
但如今，他开着一辆特斯拉。加州大学欧文分校清洁能源研究所所长认为，马斯克制造的汽车比燃料电池汽车更可取，这反映出氢能的前景并不乐观。他指责加州能源监管机构在推广过程中犯了错误，未能达到承诺的200个加氢站，导致项目未能完成。
“我们只是没有完成计划，”布鲁尔说，“我为Mirai车主感到难过。”
尽管他亲身体验了这些缺点，但谈到氢能的未来时，他并不像大多数人那样悲观。除了船舶和重型卡车外，他认为燃料电池技术还有很多应用领域，包括拖拉机、公共汽车、货运、火车、轻型混合动力汽车，甚至航空。
事实上，在燃料电池动力飞行方面已经有一些引人注目的实验。Joby Aviation 正在开发其垂直起降飞机的氢动力版本，用于城市之间的长途旅行。美国航空公司最近同意从燃料电池航空初创公司ZeroAvia购买100台氢电动发动机，为其支线喷气式飞机提供动力。
航空业脱碳尤其困难；飞机需要足够轻才能飞行，而笨重的锂离子电池会破坏这一比例。相比之下，氢气几乎是羽毛。
布鲁尔表示，氢的用途甚至不仅限于交通运输。水泥和钢铁约占温室气体排放量的 12%。与电池相比，氢更适合用于水泥和钢铁生产的脱碳。数据中心的服务器为人工智能的蓬勃发展提供动力——你也可以用氢气运行这些数据中心。这样的例子不胜枚举。
但对于像氢这样丰富的元素来说，找到它却极其困难。
要使所有这些应用成为现实，而不仅仅是像 Energy Observer 或通用汽车的 Power Cubes 那样被美化的实验，它们还需要燃料基础设施的建设。电动汽车的情况从未如此糟糕。当然，电动汽车的公共充电体验有很多不足之处。但电力却有很大的领先优势。
布劳尔说，“电力随处可见，但氢却不是。”
他认为可以实现这一目标。拜登政府全力支持氢能，批准税收抵免以支持绿色氢能的生产，并为美国各地的区域生产中心拨款70亿美元。对于普通丰田Mirai车主来说，情况仍然不容乐观，但对于非轻型车辆而言，阴云似乎正在消散。
布劳尔说：“我们正处于起步阶段。”对于一项已有几十年甚至几百年历史的技术，这样想有点奇怪。但看起来氢终于可以发挥自己的作用了。