摘要：氢燃料电池和氢能如何发展，是一个问题。必须予以深入讨论，以免太多的人花太多的精力和金钱于毫无出路的地方。本文作者认为，氢气目前更好的应用场景是化工原材料，而不是燃料电池。燃料电池乘用车既不节能，也不如二次电池乘用车环保，毫无经济上成功的可能性。国家不应当把人民的血汗钱花在这种事情上。如果要花，那要用于支持大功率应用车辆上，替代高污染的内燃机车上，取得经济和环境效益。这是因为，根据简单的但最本质的估算，如果不考虑其制造成本高，氢燃料电池大型商用车/船既节能又降排放，在使用期间比燃油车更划算。

         没错，我就是那位教授（参见郑贤玲，燃料电池产业链还没有闭环，锂电则是生态链没有闭环 (qq.com)，以下简称郑文）！

首先申明，本人不反对氢燃料电池，也欢迎不听劝的人义无反顾地向氢燃料电池乘用车投资投精力，相信他们有的是时间和金钱。因为，在未来，当所有的能源来自太阳时，必有一部分会被转化成可以燃烧的氢气。但是我要说，燃料电池乘用车不仅仅具有经济问题，也有环保问题，它违反了经济、环境保护的基本原则，因此没有出路。

以下讨论基于如下不容置疑的假设（如果有人认为下述假设不对或不全面，请指出，我会修改我的论述）：

（1）    氢燃料电池与锂离子电池乘用车技术的优劣，应当从技术、社会和经济三方面考虑；

（2）    对于理性的消费者来说，他们更喜欢花更少的钱获得相同的服务，不一定在乎它是否环保；

（3）    对于生产企业来说，产品的经济性是更重要的指标。因为只有产品能盈利，企业才可以持续；

（4）    严格地说，一个产品的环保性要从全寿命周期考察。但是，对大多数情况来说，考察其服役期的表现就够了。因为产品出生前与退役后的事是另外一些企业的事，追究起来有点麻烦；

（5）    考察产品服役期的性价比，还得与同功能竞品比较，得遵从优胜劣汰的规律。

事实1：氢气是二次能源物质，制取它是高耗能的。因为耗损的能量基本上是以热的形式进入环境的，因此可能会使周边环境温度升高，造成环境恶化。如果一次能源是电，则氢燃料电池产电肯定比锂离子电池少一半，因此使用成本前者永远都高于后者

倘使氢气由电解水制取，则其能耗是40 ~ 54 kWh/kg H₂，通常为54 kWh/kg H₂左右。这个数据受制于单台电解水设备的产能，产能越高，能耗越大。以上数据分别对应于电解水装置的小室电压1.5和2.0 V。

氢燃料电池的产电量与输出功率有关。由于1 mol氢气产生的电量是一定的（法拉第定律），因此产能决定于氢燃料电池的输出电压。一般地，氢燃料电池的输出电压为0.6 ~ 0.9 V（分别对应与高功率输出和低功率输出），因此电能变成氢气，然后再在燃料电池中产电，其能量转换效率只有35 ~ 50%。受制于工业过程的经济效益不仅与能耗、物耗有关，也与时间和占用空间有关的特性，绝不会有人在最低功率制氢、最低功率产电，虽然这样做会导致最高的能量转换效率。

锂离子电池充放电能量转换效率也与功率有关，但它远比氢燃料电池高，通常能达到90%左右。如果一个人使用快充，开车时也猛加速，能量转换效率会低一些。但相信这样的人不多。

因此，从能量转换效率讲，锂离子电池完胜氢燃料电池。

事实2：不论电力是绿电还是灰电，如果用于电解水，或者给锂电池充电，都是一样的，不可区分。人们只能区分峰谷电，因为它们价格不同

很多人会争辩说，氢气可以由弃风弃光电力制取，但他们忘记了弃风弃光一旦被正常使用，它就不再是弃风弃光了，因此价格会上升，更何况作为二次电池的锂离子电池也可以吸收弃风弃光电力。因此，不论电力是绿电还是灰电，如果用于电解水，或者给锂电池充电，都是一样的，不可区分。

因此，用弃风弃光为电解水制氢站台，理由不成立。

我们知道，目前电网运行存在峰谷问题。当电网发电能力不能应对尖峰需求时，便产生了拉闸限电现象。这与电动车用电没有直接关系；如果真的有关，在尖峰时期，停止电动车充电就好。无论如何，不让电动车充电，比让工厂停工损失要小得多。

类似地，风电、光电、水电等可再生能源是绿电，火电是灰电，这个分类是没问题的，但这是发电侧的问题，对于用电者来说，谁能知道哪个是绿电，哪个是灰电？也只有便宜的谷电和昂贵的峰电。因此，谷电尽量用，峰电能不用就不用，是自然选择。

二次电池恰恰可以用于调峰。如果我们赋予电动车向电网输电的能力，电动车完全可以在夜间低谷电时充电，在电网用电尖峰时放电，赚取差价，岂不两全其美？这个事情，前面已指出，氢燃料电池做得不好。

事实3：氢气当然可以源于化石燃料，因为化石燃料便宜、能量转换效率也较高而价格较低。但该过程存在严重的因氢气纯化导致的能耗问题，因此碳排放严重

很多人会争辩说，氢气也可以使用煤、天然气制造。这里以较便宜的煤制氢为例说明。假设煤按石墨计算，能够完全按照C + 2 H₂O = 2 H₂ + CO₂进行，也就是说1 mol的C可以产生2 mol的氢气，这样每制取1 kg H₂就需要消耗3 kg的C，产生CO₂排放11 kg。不过，煤制氢是吸热反应，还需要高温，这样必须燃烧更多的C来产生热量。理论上可以计算最少的CO₂排放量，它是16 kg。但由于这样制取的氢气还需要纯化、加压等操作，现有技术实际上需要排放22 kg以上的CO₂。

如果锂离子电池车充电时实际使用的是煤电，它的碳排放是多少呢？根据我国煤电先进标准，发1 kWh电要产生碳排放0.841 kg；若锂离子电池充放电能量转换效率为80% ~ 90%，则锂离子电池输出1 kWh的碳排放1.1 ~ 0.93 kg（为计算方便，下面我们按1 kg计算）。

目前，有两款车可比较的电动车，Toyota Mirai二代和Tesla Model 3。它们的社会属性差不多，都是乘用车，都号称零污染，其车重和售价相当，性能差别虽比较大，但仍在可忍受的范围内，应能进行比较。

表1 两款在美国销售的电动车关键数据比较

我们最感兴趣的是能耗数据，Toyota Mirai二代百公里耗氢气0.87 kg，Tesla Model 3 LR RWD耗电15 kWh。倘使氢气由电解水制取，按电解水制氢能耗54 kWh/kg H₂计算，需耗电47 kWh。很明显，氢燃料电池车耗电是锂离子电池的3倍多。这里，我们还没计算氢气制取时外围设备能耗、氢气压缩和运输产生的成本。

如果氢气来源于煤制氢，则同样运行100公里时，Toyota Mirai产生19 kg二氧化碳，Tesla Model 3为15 kg，后者还是少一些。

当然，氢气可以是工业副产，表面上看似乎没有成本，但那是不可能的。因为副产氢气的过程肯定消耗了很多能量，它们需要碳排放。当然，如果城市的夜间低谷电也可以看作副产话，是不是又扯平了？

事实3：氢气的确是高危险性的气体

的确，正常情况下，危险无处不在。我们不必过分担心，因为通常危险是可以控制的。

但是，如果我们知道1 kg氢气燃烧释放的能量相当于相当于28.8 kg TNT，而且氢气是宽爆炸限、传播速度最快的气体，如果有恐怖分子决定利用一下，那该咋办？要知道，Toyota Mirai二代可装了5.6 kg的氢气！

锂离子电池电动车的话，估计恐怖分子一定不会想。因为已经烧了很多车了，各种场景的都有。

事实4：氢燃料电池运行时有排放，锂离子电池没有

氢燃料电池运行时产生水，因此有排放。当然我们知道水基本上是无害的。但是，如果我们知道水汽是温室气体，会加大温室效应，使大气中水汽含量更大，因此会加大雨量，甚至让它变成灾害性大暴雨呢？如果在冬天，排放的水变成了冰呢？要知道，近10年的灾害性大暴雨明显增加是一个事实，这中间，内燃机车大量使用肯定有重要贡献。

锂离子电池在正常运行时没有任何排放，是真正的零排放。

事实5：二次电池可以循环生产，能形成基本闭合的循环

二次电池可以循环生产，也就是能形成郑文中所述的生态链闭环。这一点没有问题，当然目前还没有闭环是因为投入还不到位。本人从事这项研究已16年了，只是暂时苦于没有资助没有将实验室已成功的工艺产业化。可以欣慰的是，已有人宣称实现了废旧锂离子电池的资源化。终有一天，我们能完全实现锂离子电池的循环生产。

锂离子电池可以用于夜间低谷电的消纳，并在日间尖峰时刻向电网输电。技术上不存在任何问题，能量转换效率更可以蔑视氢燃料电池。个人认为，电动车换电模式应当大力推广，因为这没有技术难度。设想一下，在一个能够容纳世界上主要电源插座与一身的中国，这事还算事吗？请注意，USB type C已兼容各种功率的锂离子电池，如笔记本、平板、手机等等。

假使有一天，所有的人开着一个短续航、高安全性电动车，当他决定远足，到锂离子电池储能电站快速换下并寄存自己的电池，换上长续航电池包，那该多爽？从此没有里程焦虑！想去哪就去哪，反正到处有那样的储能电站。

限于科学研究的特点，每个科学工作者都如同井底之蛙，经常得坐井观天。不过，受制于科学工作者的学识水平，井有深有浅，井口也有大有小。那些认为锂离子电池生产必须看电网发展的人，他们的井未免有点太深了，井口也太小了点！

事实6：我国在内燃机和内燃机车制造方面有欠缺，不过电动机和电动车好像还不错；锂电池做得非常好，燃料电池则较差。这种情况下，忽悠政府投高能耗的氢燃料电池乘用车，他们是怎样想的？

毋容讳言，我们的内燃机造得不如人家好；燃料电池虽能造，但催化剂、隔膜可能还得进口（今早看到一个讲演，讲演者声称他能做很好的催化剂和隔膜。希望他的技术能尽早产业化）。因此发展更便宜的、更低能耗的二次电池电动车，对我国交通工具的发展，交通能耗和排放的降低更有利。

我这里不把二次电池局限于锂离子电池。它可以是包括铅酸电池的任何电池。各种技术的指标固然有高低，但低指标的产品未必没有市场，未必就不能对双碳目标的实现做出贡献。我想，低速电动车的确存在安全性问题，但这不是不能解决的；铅酸电池固然有产生污染的风险，但不也被基本上解决了吗？电动两轮车有电动自行车、电动轻便摩托和电动摩托的区别，为什么安全运行了10余年的电动自行车突然间到处起火？

我们必须思考这些问题，给出解决方案。

事实7：氢燃料电池的确存在能量转换效率低于锂电池的致命缺点，但相对于内燃机车，它的优势已显，若制造成本能够显著下降，应当能够在大功率营运车辆中获得应用

我们仍以Toyota Mirai为例，它做到了百公里耗0.87 kg H₂的好成绩。我们知道，它运行时只产生7.83 kg水汽或水。一个百公里油耗为7升的汽油车呢？若汽油以戊烷（C₅H₁₂），密度按0.74 kg/L计，则CO₂排放为15.2 kg，水汽18.3 kg。因此，氢燃料电池汽车具有显著的环境效益。

经济上，假如汽油价格为7 元/升，则当氢气价格低于56元/kg时，就能与内燃机车竞争了。按电解水制氢总电耗60 kWh/kg H₂估算（考虑了外围设备的能耗），只要电价在0.9 元/kWh以下，使用成本就能与之竞争了（糟糕的是，氢燃料电池车有点贵）。

当然，毫无疑问，与锂电池乘用车竞争，氢燃料电池是不可能的。再说一遍，永远都不可能！但是，如果是大功率营运车辆，因为锂电池能量密度较低，意味着车辆自重会大幅度增加，因此锂离子电池不一定适合。

因此，我的结论是，虽然因为锂离子电池的存在，氢燃料电池在乘用车中没有大规模应用的可能性，但在大功率营运车中，相对于燃油的内燃机车，它还是有一定的竞争力的。