燃料電池汽車也可以算作電動汽車，但你可以在五分鐘內給電池灌滿燃料，而不是等上幾個小時來充滿電。電動汽車要做到這一點，就必須更換整組電池。那為什么現在只投產了一種燃料電池汽車，而電動汽車卻無處不在呢？這就是一個有關效率、燃料、污染和政治的故事了。

燃料電池汽車是什么？

燃料電池汽車也是電動汽車，只不過“電池”是氫氧混合燃料電池。和普通化學電池相比，燃料電池可以補充燃料，通常是補充氫氣。一些燃料電池能使用甲烷和汽油作為燃料，但通常是限制在電廠和叉車等工業領域使用。

和普通電池一樣，燃料電池由陽極、陰極和電解質組成。大部分燃料電池汽車如Mirai或本田的FCXClarity使用聚合物交換膜燃料電池(PEMFC)。在這一系統中，氫氣受壓通過鉑催化劑，分解成兩個氫離子和兩個電子。這些電子會驅動汽車的電動機，而氫離子會和氧氣結合成水，以蒸汽“廢氣”的形式排出。通過將這些電池堆疊在一起，就能為汽車提供足夠電力。

哪些廠商在制造燃料電池汽車呢？韓國現代在今年夏天推出了Tucson燃料電池汽車，租期三年，每月需付費499美元，并計劃今年在南加州銷售60輛Tucson。上文提到的豐田Mirai會在明年上市（出租價格每月499美元，從加州開始）；本田的燃料電池汽車會在2016年上市（本田最近終止了FCXClarity項目，但在2008年至2014年間出租了45輛）；寶馬很快就會宣布一款燃料電池驅動的原型車，并同意與豐田共享技術；包括通用汽車在內的其他汽車制造商也在測試燃料電池汽車。

氫氣來自哪里？

如果你想要一輛百分百環保的燃料電池汽車，就必須以不造成污染的方式來制造氫氣。這可不容易，目前最好的方法是通過電解水來制造氫氣，即用電將水分解成氧氣和氫氣。目前最好的電解水系統的能量轉化率只有80%，并不怎么高效。

甲烷轉化（上圖）要更劃算，但卻會造成污染。蒸汽需要加熱到700到1000攝氏度，然后與甲烷結合生成氫氣和一氧化碳，以及少量二氧化碳。得益于水力壓裂法生產的大量天然氣，美國有95%的氫氣通過這種方法來制造。

如何購買氫氣？

電動汽車已經在道路上（和你家中）建立了充電基礎設施，但氫氣銷售點卻很少，相隔距離也很遠。這部分是由于缺少需求，還有就是建造成本高昂。普通的電動汽車充電站只需花數十萬美元來建造，特斯拉的超級充電站建造成本高達30萬美元。但建造一個氫氣燃料站需要花費100萬至200萬美元，因為需要解決處理液態氫氣的問題。因此，美國現在只有大約50個氫氣燃料站，其中22個位于加州。

為什么這么貴？根據AutoblogGreen披露的細節，氫氣燃料站的主燃料箱以至少負250攝氏度的溫度存儲著近1萬加侖液態氫氣。和天然氣或柴油不同，液態氫氣保存在地面上的一個特別區域，與泵分離。然后液態氫氣會在汽化塔內轉化成氣體，然后加壓傳輸給更小的儲罐來銷售。

《人車志》描述了充氣過程：

首先需要將一個多管通信插頭插入汽車，以了解其燃料需求，接著需要連上氫氣噴嘴，用扭鎖和泵來密封。

一些燃料電池汽車可以同時接受350個大氣壓和700個大氣壓的氫氣，后者的行程更遠。只需3分鐘到5分鐘就能充滿700個大氣壓的氫氣，價格約3美元至3.5美元GGE（每加侖汽油當量）。

豐田和本田將向買家免費提供三年氫氣。豐田計劃逐步增加在美國的氫氣燃料站數目，將在加州新建19個，并在紐約和羅德島之間建造12個。加州已撥款2億美元用于興建氫氣燃料站，并想在2016年時將這一數目增至40個。不過，幾乎沒有其他州宣布類似計劃，意味著燃料電池汽車早期用戶想要環游美國會有困難。

為什么要關心這事？

如果你正在閱讀本文，我猜你不想留給后代子孫一個烏煙瘴氣的地球。而且我們已經詳細闡述了電動汽車如何來幫助減少溫室氣體排放。但購買環保汽車也有更自私的理由。從長期來看，如果算上折扣，日產Leaf、豐田普銳斯等環保汽車要比普通汽車更省錢。那么燃料電池汽車的費用相比其他環保汽車如何呢？

燃料電池汽車相比電動汽車的主要優勢就是方便。氫氣燃料電池汽車只需3到5分鐘就能充滿長途行駛所需的氣量，而TeslaModelS至少需要20分鐘才能充滿電（見上圖），但行駛的距離還不到氫氣燃料電池汽車的一半。這讓燃料電池汽車更方便日常使用，汽車制造商們據此認為，希望尋找更環保汽車的消費者也許會認為燃料電池汽車要比電動汽車更實用。

州監管機構也這么想。現在汽車制造商需要在15分鐘內充滿足夠行駛285英里的燃料才能獲得滿額加州零排放汽車(ZEV)信用點。這些信用點可以轉售給汽車制造商，特斯拉在去年首次盈利靠的也是ZEV信用點。然而，像ModelS這樣的純電動車現在已經不符合獲得滿額ZEV信用點的規定，因為大部分電動汽車都達不到補充燃料的要求。你很快就會看到，加州的政策變更或許會增加污染，但這無疑會激勵豐田、本田和其他公司在電動汽車之外制造燃料電池汽車。

至于性能和環保性方面，燃料電池汽車使用和電動汽車一樣的電動馬達，性能表現差不多。豐田Mirai百公里加速時間大約為10秒，能行駛434英里。燃料電池也更適合皮卡和SUV，目前的鋰電池沒法滿足這些車型的需要。鋰電池也要比燃料電池組/氫氣箱重得多。

但你是否就該為只排放水的燃料電池汽車感到驕傲呢？悲哀的是，答案是不。

燃料電池汽車的問題？

燃料電池汽車的主要問題是，制造驅動它們的氫氣燃料要消耗比普通電動汽車更多的能源。污染也是個很嚴重的問題。

燃料電池汽車的售價和維護費用要比電動汽車貴

豐田表示，全新Mirai售價5.75萬美元，聯邦和州政府補貼后的價格可低至4.5萬美元。這比特斯拉要便宜不少，但日產Leaf的售價差不多是3萬美元，補貼后的價格約為2萬美元。如上文所述，給燃料電池汽車補充的氫氣價格約為3美元GGE，美國能源部估計給一輛車加滿氣需要花約50美元（豐田的免費燃料不算在內）。這意味著，一輛燃料電池汽車的維護成本是普銳斯混合動力汽車的兩倍，是電動汽車的四倍。的確，這一成本會隨時間推移降低，但電動汽車和混合動力汽車也一樣。

制造和使用綠色氫氣的費用更高

除了甲烷轉化，獲得綠色氫氣的唯一可行的方式是通過電解。但坦白講，這一過程中消耗的電可以更好地用在普通電動汽車上。正如上面的圖表所示，相比起氫氣燃料電池汽車，電動汽車能更好地利用電力。至少這就是燃料電池技術的現狀。

甲烷轉化得到的氫氣和汽油一樣糟

好吧，假設你使用的氫氣來自于甲烷轉化。這至少要比燃燒天然氣或柴油好，對吧？并不完全如此。福特最近表示，相對于燃氣發動機，燃料電池汽車“對環境的好處有限”。而且可能要更糟一些，因為最近的研究顯示，甲烷基礎設施的泄露情況比原先想象的還糟糕（最高達7%），而作為溫室氣體，甲烷的溫室效應是二氧化碳的86倍。

補充氫氣燃料的基礎設施造價高昂

正如上文所述，氫氣具有爆炸性，很難處理。輸電就相當簡單，每個房子都有電。但氫氣燃料電池汽車需要對制造和運送環節投入巨資，每一個環節又會增加成本、復雜性和污染。

這一切是不是說明氫氣燃料電池汽車沒戲了呢？

從這些標準來看，相對于環保省錢的電動汽車，氫氣燃料電池汽車根本沒法比。但在消費者的心中，“實用”也很重要，燃料電池汽車加滿燃料的速度更快，行駛的距離更遠。而且，氫氣燃料電池汽車還處于早期階段，充電式電動汽車在10年前也存在似乎無法克服的問題，現在美國境內有近28萬輛電動汽車。

正如一名燃料電池汽車推動者所說的，目前上路的汽車中仍有97%的車輛用汽油做燃料，電動汽車粉絲何必嫉恨氫氣燃料電池汽車呢？燃料電池的發展將推動技術改進，希望也能在未來讓化石燃料汽車永遠從道路上消失。

燃料電池汽車優缺點：

（1）優點

與傳統汽車、純電動汽車技術相比，燃料電池電動汽車具有以下優點。

①零排放或近似零排放，綠色環保。燃料電池電動汽車在本質上是一種零排放汽車，燃料電池沒有燃燒過程，若以純氫作燃料，通過電化學的方法，將氫和氧結合，生成物是清潔的水；采用其他富氫有機化合物用車載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生成物除水之外還可能有少量的C02，但其排放量比內燃機要少得多，且沒有其他污染排放（如氧化氮、氧化硫、碳氫化物或微粒）問題，接近零排放。與傳統汽車相比既減少了機油泄漏帶來的水污染，又降低了溫室氣體的排放。

②能量轉換效率高，節約能源。燃料電池的能量轉換效率極高。燃料電池沒有活塞或渦輪等機械部件及中間環節，不經歷熱機過程，不受熱力循環（卡諾循環）限制，故能量轉換效率高，燃料電池的化學能轉換效率在理論上可達100%，實際效率已達60%～80%，是普通內燃機熱效率的2～3倍（汽油機和柴油機汽車整車效率分別為16%-18%和22%～24%）。因此，從節約能源的角度來看，燃料電池汽車明顯優于使用內燃機的普通汽車。

③燃料多樣化，優化了能源消耗結構。燃料電池所使用的氫燃料來源廣泛，自然界中，氫能大量存儲在水中，可采用水分解制氫，也可以從可再生能源獲得，可取自天然氣、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及再生能源。燃料來源的多樣化有利于能源供應安全和利用現有的交通基礎設施（如加油站等）。燃料電池不依賴石油燃料，各種可再生能源可以轉化為氫能加以有效利用，減少了對石油資源的依賴，優化了交通能源的構成。

④續駛里程長，性能優于其他電池的電動汽車。采用燃料電池發電系統作為能量源，克服了純電動汽車續駛里程短的缺點，其長途行駛能力及動力性已經接近于傳統汽車。燃料電池汽車可以車載發電，只要帶上足夠的燃料，它可以把我們送到任何想去的地方。燃料電池電動汽車在成本和整體性能上（特別是行程和補充燃料時間上）明顯優于其他電池的電動汽車。

⑤過載能力強。燃料電池除了在較寬的工作范周內具有較高的工作效率外，其短時過載能力可達額定功率的200%或更大，更適合于汽車的加速、爬坡等工況．燃料電池的短時過載能力可達200%的額定功率。

⑥運行平穩、低噪聲燃料電池屬于靜態能量轉換裝置，除了空氣壓縮機和冷卻系統以外無其他運動部件，因此與內燃機汽車相比，擺脫了馬達的轟鳴，運行過程中噪聲和振動都較小。

（2）缺點

汽車業界普遍認同的一個觀點是，燃料電池技術是內燃機技術最好的替代物，代表了汽車未來的發展方向。但如果將發展燃料電池汽車的幾個制約因素考慮進來，則會發現燃料電池汽車目前和今后一段時間尚不具備商業化的條件。

①燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高。制約燃料電池汽車推廣應用的最大因素之一是燃料電池的生產成本一直居高不下。如何降低燃料電池的生產成本成為燃料電池汽車實用化的關鍵。據美國能源部測算，目前燃料電池的生產成本已降為500美元／kN。專家估計，只有當燃料電池的生產成本降至50美元／kW的水平才能為消費者所接受．也就是說．當一臺80kW的汽車用燃料電池的成本降到目前汽油發動機的3500美元的價格時，才能創造巨大的市場效益。從市場經濟學角度講，高成本很難完成市場化推廣，而無法實現市場化就不可能大規模批量生產，進而成本就無法降下來，最終導致成本與銷售的惡性循環。

另一方面，燃料電池汽車的使用成本過也高，氫氣的售價并不廉價，因此燃料電池車的運行成本并不令人樂觀。目前由燃料電池發電系統提供lkW·h電能的成本遠高于各種動力電池，這從一個側面反映了作為汽車動力源，燃料電池還有相當遠的距離。

②啟動時間長，系統抗震能力還需提高。采用氫氣為燃料的FCEV啟動時間一般需要超過3min，而采用甲醇或者汽油重整技術的FCEV則長達lOmin，比起內燃機汽車啟動的時間長得多，影響其機動性能。此外，當FCEV受到振動或者沖擊時，各種管道的連接和密封的可靠性需要進一步的提高，以防止泄漏，降低效率，嚴重時引發安全事故。

③經濟且無污染地獲取純氫燃料還存在技術難點。通過重整或改質技術轉化傳統的化石燃料獲取純氫天然氣，不僅要消耗大量的能量，而且并沒有從根本上擺脫對化石能的依賴，也沒有從根本上消除對環境的污染。自然界中，氫能大量存儲在水中，雖然取之不盡，但直接使用熱分解或是電解的辦法從水中制氫顯然不劃算。因此多數科學家都將目光轉向了利用太陽能，但是還存在許多技術障礙。目前，他們正在進行太陽能分解水制氫、太陽能發電電解水制氫、陽光催化光解水制氫、太陽能生物制氫等方面的研究。只有到了能以再生性能源廉價地生產出氫燃料，氫燃料電池民用汽車的燃料問題才算獲得了根本性解決。

④氫燃料電池汽車燃料的供應還有大量的技術問題有待解決。通常氫能以三種狀態存儲和運輸：高壓氣態、液態和氫化物形態。用常用的壓縮氣體罐儲存的氫，只能供燃料電池汽車行駛150km，續駛里程太短，還不如蓄電池驅動的汽車。由于氫氣是最小的分子，很容易造成泄漏。哪怕是微量的泄漏，都有可能造成極度可怕的后果。而在-253℃的條件下儲存液氫的深度制冷技術目前還很不成熟．就全球來說，目前能夠加液氫的加氫站也沒有幾家。值得欣慰的是，儲氫材料的開發已取得了一定的進展。

⑤供應燃料輔助設備復雜，且質量和體積較大在以甲醇或者汽油為燃料的FCEV中，經重整器出來的“粗氫氣”含有使催化劑“中毒”失效的少量有害氣體，必須采用相應的凈化裝置進行處理，增加了結構和工藝的復雜性，并使系統變得笨重。目前普遍采用氫氣燃料的FCEV，因需要高壓、低溫和防護的特種儲存罐，導致體積龐大，也給FCEV的使用帶來了許多不便。

⑥稀有金屬鉑金Pt被大量應用也制約著燃料電池電動汽車的推廣應用。稀有金屬鉑金作為燃料電池必不可少的反應催化劑，按照現有燃料電池對鉑金的消耗量，地球上所有的鉑金儲量都用來制作車用燃料電池，也只能滿足幾百萬輛車的需求。

⑦加氫站等基礎網絡設施建設幾乎為零，目前全球范圍內投入使用的加氫站僅有100多家，且大部分是用于實驗用途的。如果說技術和成本是科研機構和企業通過努力可以自行解決的問題，那么相應的配套設施建設則不是舉一人之力可以完成的，需要國家政策、產業鏈條、基礎設施建設等多方面的準備，并及時制定完善的行業標準和規范加氫站等基礎設施建設，既涉及城市規劃、交通、電力等問題，又要解決投資和經營者的獲利問題，同時還要有效解決加氫的核心技術和統一標準等問題。對于有一定行駛區間的公交車而言，這個問題可能容易解決，但是對于私家車而言要解決這些問題就任重而道遠了。