北美企業(yè)也將命運(yùn)押注在燃料電池及其商業(yè)化應(yīng)用上，與日系企業(yè)展開一場(chǎng)面向燃料電池的話語權(quán)爭(zhēng)奪戰(zhàn)。

在過去一到兩年里，鋰離子二次電池（LIB）和電動(dòng)汽車（EV）成為社會(huì)的焦點(diǎn)，在日本甚至有許多技術(shù)人員認(rèn)為燃料電池(FC)和燃料電池汽車（FCV）已經(jīng)失去擴(kuò)張方向。然而，與這一觀點(diǎn)相反的事實(shí)是，F(xiàn)C在某些特殊使用場(chǎng)景迅速蔓延。在某些現(xiàn)有二次電池難以滿足條件的用途中，采用FC替換現(xiàn)有2次電池的趨勢(shì)逐漸明顯。

不僅如此，北美企業(yè)也將命運(yùn)押注在燃料電池及其商業(yè)化應(yīng)用上。雖然日系企業(yè)一直對(duì)燃料電池不離不棄，也極力提高它的地位，但其他海外企業(yè)正在與日系企業(yè)展開一場(chǎng)面向燃料電池的話語權(quán)爭(zhēng)奪戰(zhàn)。

燃料電池的多種商業(yè)化用途

圖1顯示了迅速增長(zhǎng)的采用燃料電池（FC）的用途或未來采用可能性很高的一些用途。

1)在現(xiàn)有叉車車型中，包括豐田品牌車型搭載的都是美國(guó)PlugPower公司制造的FC電源，2017年美國(guó)Amazon和沃爾瑪開始大量引進(jìn)(a)。

2)2018年豐田汽車開始開發(fā)FC叉車，在豐田位于愛知縣豐田市的元町工廠導(dǎo)入了20臺(tái)試驗(yàn)機(jī)型（b）。

3)建立了專用的氫氣站。無人機(jī)的場(chǎng)合如果采用當(dāng)下的鋰離子充電電池大約只能持續(xù)飛行15~30分鐘，但如果替換成FC電源的話甚至有機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)2小時(shí)飛行（C，d）。

4)FC巴士的引入主要在中國(guó)（e，f）進(jìn)行。

5)日本東京站和臺(tái)場(chǎng)之間也有五輛FC公交車。7-11采用豐田開發(fā)的FCV，美國(guó)聯(lián)邦快遞公司則采用了PlugPower公司與美國(guó)Workhorse共同開發(fā)的FCV車型，進(jìn)行了試運(yùn)營(yíng)（g，h）。

6)在德國(guó)，列車的非電氣化率很高，因?yàn)樗燃茉O(shè)電線成本低，現(xiàn)在已經(jīng)開始采用FC列車取代傳統(tǒng)的柴油火車（i）。

圖1：燃料電池在一些特殊應(yīng)用上開始實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)

在倉庫內(nèi)不分晝夜作業(yè)的叉車是燃料電池其中一個(gè)用途，這些叉車由于禁止排放廢氣，很早開始就被轉(zhuǎn)換為電力。但是最近，采用FC替代用作驅(qū)動(dòng)電源的鉛（Pb）蓄電池的案例快速增加。據(jù)說超過20,000輛叉車已經(jīng)采用“FC叉車”。

驅(qū)動(dòng)這一轉(zhuǎn)變的是成立于1997年的美國(guó)燃料電池設(shè)備制造商PlugPower，直到2012年這家公司都是默默無聞，但2013年起他先后與美國(guó)的沃爾瑪和亞馬遜Amazon簽訂了數(shù)千萬美金規(guī)模的巨大訂單。此外，還得到了亞馬遜的投資。連續(xù)3年入選美國(guó)德勤會(huì)計(jì)師事務(wù)所（Deloitte）統(tǒng)計(jì)的全美增速最快的科技公司500強(qiáng)（2015-2017）名單。此名單中出現(xiàn)的大多數(shù)項(xiàng)目都是專注于硅谷的IT公司，從屬遠(yuǎn)離IT的制造行業(yè)，且創(chuàng)業(yè)已經(jīng)20年的公司被當(dāng)選，這是極其少見的。

推出FC叉車的主要原因之一是其稼動(dòng)率高。隨著IT郵購快遞業(yè)務(wù)的普及，物流倉庫需要24小時(shí)運(yùn)營(yíng)。但是現(xiàn)有的Pb蓄電池需要大量充電和更換時(shí)間，還需要增加額外的人員。此外有許多例如到-20℃極低溫度的冷藏倉庫，這些場(chǎng)所采用低溫性能不好的LIB電池很難進(jìn)行替換。

而另一方面，F(xiàn)C電池不僅可以支持更長(zhǎng)的續(xù)航里程，同時(shí)氫氣充填僅需3-5分鐘。低溫性能也非常卓越。2014年沃爾瑪開始采用FC替換現(xiàn)有的鉛-酸蓄電池之后，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手亞馬孫也立刻開始大量導(dǎo)入。

除了FC叉車，燃料電池接下來的一個(gè)用途就是無人機(jī)。在自行漂浮的無人機(jī)中，電源的重量能量密度水平直接決定了是否可以采用這一類型電池。到目前為止，大多數(shù)使用LIB作為動(dòng)力源的無人機(jī)巡航時(shí)間約為30分鐘且需要沒有載荷，在有載荷場(chǎng)合大約只能飛行約15分鐘，因此除了航拍照片之外，幾乎沒有其他實(shí)際應(yīng)用。另一方面，F(xiàn)C的重量能量密度高達(dá)LIB的約5倍，由FC提供動(dòng)力的一些“FC無人機(jī)”已經(jīng)宣布可以用有效載荷飛行2小時(shí)。

在公交車、卡車和火車等用途上FC電池也展示出比LIB電池更強(qiáng)的特性。首先，超長(zhǎng)的續(xù)航里程與便利的氫氣填充時(shí)間首當(dāng)其沖是最大優(yōu)勢(shì)，此外將FC導(dǎo)入公交車輛實(shí)際上是在叉車應(yīng)用之前已經(jīng)走上正軌，特別是在2016年以來，F(xiàn)C燃料電池公交車的運(yùn)營(yíng)在中國(guó)已經(jīng)陸續(xù)開始。

FC燃料電池卡車市場(chǎng)也開始發(fā)展。美國(guó)的啤酒制造商Anheuser-Busch于2018年5月宣布與NikolaMotor公司簽訂合同，租賃最多800輛“FCTruck”，計(jì)劃于2020年后交付。Anheuser-Busch公司2017年曾訂購了40輛特斯拉的EV卡車“TeslaSemi”，但后續(xù)訂購FC卡車的數(shù)量是其數(shù)量的20倍。

NikolaMotor公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官TrevorMilton，是一家受特斯拉美國(guó)公司啟發(fā)的初創(chuàng)公司。特斯拉最初以20世紀(jì)早期科學(xué)家尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）的姓氏命名，尼古拉（Nikola）就采用了這位科學(xué)家的名字命名。最初，它是一家汽車電氣化零部件制造商，最近已將EV卡車和FC卡車作為業(yè)務(wù)支柱。2018年5月Nikola公司提起訴訟，因?yàn)樘厮估碾妱?dòng)卡車「TeslaSemi」設(shè)計(jì)酷似Nikora的FC卡車車型「NikolaOne」，要求特斯拉賠償20億美金。

在德國(guó)，2018年9月使用FC驅(qū)動(dòng)電力的列車正式開始商業(yè)運(yùn)營(yíng)。德國(guó)有許多非電氣區(qū)域，一方面從環(huán)境考慮希望盡快停止柴油車在這些路段的運(yùn)行，另一方面，鋪設(shè)架空線路需要花費(fèi)大量的金錢和時(shí)間。這樣的背景之下，即使成本相對(duì)昂貴但沒有廢氣而且不需要架線的"FC列車"就成為了一個(gè)非常好的選擇。

事實(shí)上，日本鐵路綜合研究所在2000年中期就開發(fā)過類似于德國(guó)FC列車的一款FC列車。但是因?yàn)樵陔姎饣M(jìn)步的日本，引入FC列車的必要性很低，一度中止了研發(fā)。繼這次德國(guó)運(yùn)動(dòng)之后，該研究所正在考慮恢復(fù)開發(fā)。

此外，2018年9月底，豐田和JR東日本圍繞鐵路上氫氣的利用與汽車的移動(dòng)協(xié)作為重點(diǎn)，已經(jīng)簽署全面的業(yè)務(wù)合作基本協(xié)議。具體而言，據(jù)說是將FC技術(shù)引入鐵路車輛，在火車站或火車站附近建立氫氣站等。

日本車企竟要被超越？

“休息一下醒來，睜眼發(fā)現(xiàn)被超越”的趨勢(shì)，對(duì)于日本汽車制造商來說，同樣也適用于燃料電池汽車（圖2）。豐田在2014年，本田在2016年就實(shí)現(xiàn)了FCV的量產(chǎn)，在全球范圍內(nèi)領(lǐng)先，但之后就沒有進(jìn)行過大的車型變更。而與此同時(shí)，許多海外汽車制造商卻紛紛大規(guī)模生產(chǎn)FCV或發(fā)布概念車型。

圖2：日本FCV研究停止了嗎？

除大型公共汽車外的主要燃料電池汽車的上市時(shí)間（紅色字體顯示該燃料電池汽車未公開）。海外制造商已從2018年左右陸續(xù)開始量產(chǎn)FCV。有像現(xiàn)代汽車這樣的FCV車型變更的例子，但是日本生產(chǎn)商自最初的車型公告以來，還沒有實(shí)施過大的車型變更。

最近豐田宣布計(jì)劃在2020年后擴(kuò)大其燃料電池汽車陣容。據(jù)稱新車型的價(jià)格將從目前的FCV（MIRAI）700萬日元的價(jià)格減少一半，但這樣是否能夠“追趕上世界”還很微妙。

甚至是關(guān)于向這些燃料電池汽車供應(yīng)氫氣的公共氫氣站的數(shù)量，日本也正在追趕世界，預(yù)計(jì)未來將逐步提升速度（圖3）。

圖3：在氫氣站建設(shè)數(shù)量上失去優(yōu)勢(shì)的日本

圖表顯示了FCV用途的公共“氫站”數(shù)量的預(yù)測(cè)。直到2018年，日本在裝置數(shù)量方面都是世界領(lǐng)先，但未來預(yù)計(jì)會(huì)見證許多國(guó)家/地區(qū)的超越。內(nèi)容根據(jù)2015年國(guó)際能源署（IEA）的“技術(shù)路線圖”創(chuàng)建，沒有數(shù)據(jù)的年份通過直線連接。

從上述趨勢(shì)來看，海外無論是從政策層面還是廠商的戰(zhàn)略，對(duì)于燃料電池市場(chǎng)的開發(fā)都更加熱衷，事實(shí)上，一些海外制造商對(duì)于“燃料電池業(yè)務(wù)”的推動(dòng)已經(jīng)堵上公司命運(yùn)，達(dá)得瘋狂的地步。

例如，PlugPower之所以取得銷售成功，事實(shí)上他不僅銷售FC產(chǎn)品，還同時(shí)提供氫氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)注4）。為客戶的倉庫提供氫氣供應(yīng)服務(wù)，這些倉庫在安裝氫氣站和可將氫氣填充到FC叉車中的氫氣罐之后，又像銷售城市燃?xì)庖粯犹峁┘託浞?wù)。因?yàn)椤皼]有氫氣的FC”和“沒有軟件的計(jì)算機(jī)”一樣沒有任何意義。

注4）但是，由于服務(wù)等的快速擴(kuò)張，Plugpower公司的單年度收支仍處于虧損狀態(tài)。受其影響，股票價(jià)格低迷。

開發(fā)FC卡車的Nikola也試圖在北美建立氫氣站。該公司宣布2022年，在北美地區(qū)建設(shè)364所，到2028年累計(jì)700所氫氣站（圖4）。最初的30所將沿著訂購了Nikola公司FC燃料電池卡車的Anheuser-Busch公司的卡車高速公路運(yùn)輸線路進(jìn)行建造。

圖4：NikolaMotor建設(shè)了數(shù)百個(gè)氫氣站

Nikola也開始進(jìn)行氫氣生產(chǎn)。2018年6月，宣布計(jì)劃從挪威Nell購買448臺(tái)水電解制氫設(shè)備。這相當(dāng)于1GW的氫生產(chǎn)能力或約30個(gè)氫站。據(jù)說設(shè)置700所加氫站大約花費(fèi)10億美金左右。

繼這些發(fā)展之后，在全球傳統(tǒng)叉車市場(chǎng)占據(jù)了約40％份額的豐田汽車，于2016年宣布開發(fā)自己的FC燃料電池叉車。2018年11月，它在自己的工廠內(nèi)設(shè)立了氫氣站，導(dǎo)入了20臺(tái)車（圖1（b）），在中國(guó)也至少有一個(gè)自己獨(dú)立的氫氣站。然而，豐田自己開發(fā)大量氫氣站或雇用氫氣供應(yīng)服務(wù)等商業(yè)計(jì)劃尚未聽到。

每年市場(chǎng)擴(kuò)張30％

海外公司在FC燃料電池項(xiàng)目中如此活躍是由于市場(chǎng)在不久的將來將實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。根據(jù)富士經(jīng)濟(jì)在2019年1月發(fā)布的FC系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，2030年全球市場(chǎng)約為4.9萬億日元，約為2018年的23倍（圖5）。如果包括氫氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施等的相關(guān)市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

（A）2020年后市場(chǎng)增長(zhǎng)顯著

（B）PEFC將來會(huì)壓倒SOFC

圖5：2030年的市場(chǎng)規(guī)模將超過目前市場(chǎng)的20倍

2019年1月富士經(jīng)濟(jì)公布的FC系統(tǒng)世界市場(chǎng)預(yù)測(cè)。未來將以每年約35％增速成長(zhǎng)，到2030年將比2018年（a）增長(zhǎng)約23倍規(guī)模；（b）看到PEFC類型燃料電池堆將超過SOFC類型。（圖：富士經(jīng)濟(jì)）

該公司對(duì)FC燃料電池技術(shù)的另一個(gè)預(yù)測(cè)是，目前差不多市場(chǎng)規(guī)模相同的固體高分子電解質(zhì)型燃料電池（PEFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC），今后隨著市場(chǎng)擴(kuò)大將拉開差距，到2030年，PEFC將占據(jù)約93％的市場(chǎng)份額。對(duì)于FC系統(tǒng)開發(fā)人員來說，這樣一來目標(biāo)似乎更容易理解，而且更容易擴(kuò)大量產(chǎn)規(guī)模。