燃料電池車的未來：技術課題被穩步攻克

　　經過這些年的技術開發，燃料電池從2015年開始量產已經有了眉目。曾經令人苦惱的氫供給基礎設施的先行設置也看到了曙光。隨著家用燃料電池率先實用化，燃料電池的普及也開始有望變為現實。

　　燃料電池車（FCV）將從2015年開始以500萬日元左右的價格投放市場。在近來的電動汽車（EV）熱潮中消失了身影的FCV，現在普及之路又開始呈現在人們的面前（圖1）。

圖1：燃料電池從2015年開始普及
各大汽車廠商均計劃以2015年為目標，上市價格控制在500萬日元左右的FCV。2015年以后將推進氫供給基礎設施的設置及家用燃料電池的普及，2030年或將迎來燃料電池時代。

　　領頭的是豐田。該公司在2010年11月舉行的“豐田環境技術記者發布會”上宣布，“計劃2015年前后上市轎車款FCV。該車將以客戶能夠接受的價格提供”（該公司代表董事副社長內山田竹志）。

　　除豐田外，日產汽車和本田也紛紛以2015年上市FCV為目標展開了行動。2011年1月，豐田、日產和本田三家公司與10家氫氣供應商發表了共同宣言注1）。內容除了2015年前后在日本國內市場投放FCV外，還包括全面推進氫供給基礎設施的設置，這是阻礙普及的最大瓶頸。

　　注1）10家氫氣供應商分別是吉坤日礦日石能源、出光興產、巖谷產業、大阪燃氣、科斯莫石油、西部燃氣、昭和殼牌石油、大陽日酸、東京燃氣、東邦燃氣。

　　FCV的興起不僅限于日本。在世界市場上，德國戴姆勒、美國通用汽車（GM）以及韓國現代汽車等也以2015年前后上市為目標，展開了積極行動。

　　材料廠商也開始切實感覺到FCV將全面上市的動態。從事燃料電池電極催化劑業務的田中貴金屬工業表示，“我們已開始著手擴大生產線等量產準備”（該公司技術開發部門FC催化劑開發部副部長小椋文昭）。

車輛價格為500萬日元左右

　　此前，FCV實現實用化方面存在的三大課題是耐久性、低溫工作及低成本化，現在耐久性和低溫工作這兩個課題已經解決。而最大的課題低成本化也在解決之中。

　　FCV的構成可以簡單理解為是在EV上配備了發電用燃料電池組和儲藏氫燃料的氫燃料罐（圖2）。燃料電池組和氫燃料罐為專用品，但馬達和作為輔助電源使用的充電電池等可共用EV和混合動力車（HEV）的部件。

圖2：配備燃料電池組和氫燃料罐
本圖以豐田的“FCHVadv”和本田的“FCX Clarity”為例，展示了主要的部件構成。充電電池和馬達可與EV和HEV等電動汽車共用。專用品為燃料電池組和氫燃料罐等。（圖由本刊根據豐田和本田的資料制作）

　　FCV的制造成本直到數年前都被公認為要在1億日元以上。但現在已經降至1000萬日元以下，“到開始普及的2015年還會進一步降低”（豐田）（圖3）。從豐田的發言來看，似乎有望實現500萬日元左右的車輛價格。

圖3：成本有望降至1/20
豐田宣布，將2008年開發的“FCHV-adv”的燃料電池系統成本削減至1/10以下，目前可實現1000萬日元以下的車輛成本。2015年計劃削減至1/20。（圖由本刊根據豐田的資料制作）

光有EV還不夠

　　汽車廠商一直致力于FCV開發的理由有兩個，即減排CO2和擺脫對石油的依賴。行駛時不排放CO2的汽車雖然還有EV，但EV和FCV在特性上有很大的不同。那就是行駛距離。FCV填充一次燃料可行駛500km以上。而EV即使配備大容量鋰離子充電電池最多也只能行駛150k～250km注2）。

　　注2）日產汽車續航距離為200km的EV“LEAF”（中國名：聆風）在地板下方配備了約300kg的鋰離子充電電池組。

　　其實，就連積極致力于EV的日產汽車也認為，“要想實現250km以上的行駛距離，需要利用FCV，而不是EV”。豐田和本田等計劃以150km左右的行駛距離為分界線劃分EV和FCV的應用范圍（圖4）。

圖4：將來在需要行駛150km以上距離的車輛中FCV占優勢
FCV延長行駛距離所增加的系統成本較少。而EV要想延長續航距離需要配備大量的充電電池，從而導致成本飆升。（圖由本刊根據各汽車廠商的資料制作）

　　將來，要想大幅削減汽車的CO2排放量，必須對每天的行駛距離較長的車輛采取對策。能夠代替發動機車的，目前只有FCV。

巨額資金流向海外

　　另外，關于擺脫石油依賴，目前95％以上的汽車都依靠石油。但考慮到今后石油價格會暴漲，不能永遠依靠石油行駛。

　　此外，從日本的“能源安全”觀點來看，這也是一項重大的課題。日本的石油進口量為2億5000萬千升，多年來幾乎一直保持這個水平，按金額計算，2008年從2005年的約1000億美元上漲至約1900億美元，2011年上漲至約2000億美元。隨著石油價格的暴漲，與2005年相比，年均約有1000億美元的巨額資金流向了海外。

　　要想擺脫對石油的依賴，只能從其他資源中獲取能源，而氫氣就是有力的候補。目前的氫制造一般采用從天然氣中提取的方法。此外，利用太陽光和風力等可再生能源的發電電力電解水來制造氫氣的方法也開始有望成為現實。

　　就能夠利用多種能源這一點而言，電力也一樣，EV和FCV可實現汽車能源的多樣化（表1）。不過，存儲電力并不容易。如上所述，除了要增加所需的鋰離子充電電池的容量外，隨著容量的增加，充電時間也會延長。目前的EV行駛距離為160km，利用家用電源的充電時間為7～8小時，如果將容量增至2倍，充電時間需要14～16小時，這并不現實。

　　而FCV方面，德國林德集團（Linde Group）等已經開發出只需約3分鐘即可充滿行駛500km所需氫燃料的充氫機。FCV能夠維持與發動機車相當的用戶便利性。