它時而被讚譽為「魔力」解決方案，時而被嘲笑為無法企及的「烏托邦」，時而又被擁抱為「地球保護計劃」。
它就是氫能。因排放物只有水，幾十年來，氫能一直被標榜為近乎奇蹟的燃料。科幻小說之父儒勒·凡爾納（Jules Verne）在他1874年的小說《神秘島》中描述道，有朝一日「水將被用作燃料」，氫和氧將「提供取之不竭的熱和光來源」。
近150年後的今天，氫能的應用不再局限於科幻小說中。不過，儘管氫能的生產過程涉及的化學反應很簡單，但它能否成為改變社會的能源仍是未知數。
作為一種豐富且無污染的能源，氫能被許多人認為在交通及其他領域擁有誘人的潛力。經過幾十年的試點項目和零星部署，氫能似乎接近經濟可行性和廣泛使用的邊緣。
如今，由於氣候變化和地緣政治不穩定，氫能的高光時刻似乎終於到來。面對氣候變化這一全球性挑戰，以及人們對能源獨立日益強烈渴望的雙重刺激下，各國政府和跨國公司開始投入數十億美元，希望開創一個氫能源時代。
▍能源危機推動氫能研究
博世燃料電池工程經理馬特·所林頓（Matt Thorington）表示:「終於要發生了。」到2030年，博世將在氫能生產技術上投資至多5.91億美元。
根據美國環保署的數據，交通運輸業占美國溫室氣體排放的27%，比其他任何行業都多。美國對抗交通運輸領域碳排放的主要努力，集中在純電動汽車和政府支持的電動汽車生態系統上。
但這也許還不夠。
安永會計師事務所（Ernst & Young）全球移動出行分析師克里斯汀·林蘭（Kristin Ringland）認為，在有些領域，電池可能不是最好的選擇。
儘管目前還沒有達成共識，但越來越多的行業分析師和科學家認為，要在2050年實現零排放的目標，交通運輸業將需要純電動汽車和氫動力汽車。
作為洛斯阿拉莫斯國家實驗室的項目經理，羅德·伯魯普（Rod Borup）表示：「我們認為，沒必要非此即彼，我們希望它『共存』。」
許多汽車行業氫能和燃料電池的努力都始於洛斯阿拉莫斯，這個實驗室因氫彈的開發而聲名鵲起，博魯普現在負責該實驗室運行時間最長的非武器項目。
1973、1974年，石油輸出國組織禁止向部分國家出口石油並削減石油產量，美國遭受經濟衝擊，汽油極度匱乏，對氫能的努力自此開始。
1977年，聯邦法律設立美國能源部，部分原因就是為了應對那次能源危機。各種不同的研究項目進入了國家實驗室的權限範圍，在洛斯阿拉莫斯實驗室，當年從亞利桑那大學畢業3年的年輕科學家拜倫·麥考密克（Byron McCormick）建立了氫能和燃料電池技術實驗室。
這是一個偶然天成的時機。美國能源部對太陽能、風能、先進電池和燃料電池進行了研究。雖然花了幾十年的精力，但換來了這些技術的成熟。現年76歲的麥考密克說:「所有這些都是從上世紀70年代就開始啟動了。如果不是石油禁運，這些研究可能不會開展。」
麥考密克後來成為通用汽車的高管，在那裡建立了通用汽車的全球替代驅動中心（Global Alternative Propulsion Center），專注於氫能和燃料電池技術，直到2009年退休。
他的工作開始生根發芽。2021年6月，通用汽車啟動了一項350億美元的投資，反映了雙重碳減排戰略。該公司正在推出一個完整的純電動乘用車和商用車系列。同時這筆資金還支持通用Hydrotec系統用於卡車、火車和飛機的燃料電池的開發。
▍從卡車開始
行業專家認為，鐵路和航運是氫燃料電池的最佳選擇，但在地面交通中，氫能適合哪個領域還不太確定。
預計長途卡車運輸具有潛力。根據美國環保署的數據，中型和重型卡車消耗了美國26%的運輸燃料。在燃料電池領域，氫能提供的能量密度具有優勢。氫能的燃料補充時間短，而且相對於電動汽車，其自體重量要小。
重型電池會消耗有效載荷，這對長途卡車運輸來說是一個問題，因為這會降低利潤。北美貨運效率委員會執行董事邁克爾·羅斯（Michael Roeth）表示，由於重量差異，在350英里的里程中，一輛燃料電池卡車可以裝載約3.8萬磅貨物，而一輛純電動卡車只能裝載3.3萬磅貨物。
儘管燃料電池卡車比傳統的內燃機卡車重，聯邦政府對零排放卡車的載重限額為2000磅，這使得燃料電池卡車的載重能力與柴油卡車相當。
就總成本而言，燃料電池供應商Ballard估計，在區域運輸場景下，電池電動卡車的總成本將為434381美元，一輛類似的燃料電池卡車售價為414367美元，柴油卡車的價格與後者相當。
2021年9月，美國國家可再生能源實驗室的一項分析給出了喜憂參半的結果，它支持了「兩種技術都有發展空間」的觀點。研究表明，在特定的商業場景和路線距離下，兩種動力系統都可能具有成本優勢。
燃料價格是一個很大的變數。總的來說，該實驗室的研究人員表示，在較短里程情況下，電動動力系統可能是最好的。報告稱，到2025年，這兩種技術最就可以在成本上與柴油卡車競爭。
現代汽車集團支持的新墨西哥州氫燃料初創公司Pajarito Powder，其聯合創始人湯姆·斯蒂芬森（Tom Stephenson）表示:「經驗之談是，現在的柴油領域，將來會看到氫燃料電池；現在的汽油領域，將來會看到電動電池。」
並非所有人都信服。當約翰·亨利·哈里斯（John Henry Harris）在2021年7月聯合創立中型卡車初創公司Harbinger時，他選擇從零開始生產一輛專用汽車。但他很快就對氫能這個潛在的選擇失去了興趣。
「當實際觀察這兩種解決方案的成熟度時，我們看到了一個數量級的差異，」哈里斯說，「在過去的兩年裡，我們可以很輕鬆地建造一個電動平台。但如果換作氫燃料汽車，我們要做到這個水平，差得還很遠。」
▍對電動電池的補充
在乘用車市場上，目前只有兩款燃料電池車型，而且銷量都很低。
根據諮詢公司Interactive Analysis發布於2022年10月的一份報告，豐田汽車於2014年在日本推出Mirai，該燃料電池乘用車的累計銷量約為4200輛。報告稱，在韓國，儘管制定了一項國家戰略，讓氫能在脫碳努力中發揮核心作用，但現代Nexo等燃料電池乘用汽車在2020年和2021年的銷量加起來僅為8500輛。
不過，這兩家汽車製造商都沒有失去對氫能的興趣。
現代汽車集團計劃在2028年之前，開發其全部商用系列的氫燃料電池版本，下一代系統將於明年推出。而且，該公司看好燃料電池在卡車、火車和海上船隻上的應用。
除了Mirai，豐田汽車還在今年8月與寶馬集團合作，設計和生產一款氫燃料電池汽車，預計最早將在2025年銷售。豐田汽車也在研發氫燃料巴士，與洛杉磯Kenworth公司合作開發的8級燃料電池卡車也在測試中，並計劃與五十鈴和日野汽車合作開發中型燃料電池卡車。
豐田汽車在2021年12月表示，將在電池電力和氫燃料電池技術方面投資700億美元。
在大多數競爭對手更專注於純電動汽車的情況下，豐田汽車把注意力集中在多種選擇上，讓一些人感到奇怪，但豐田汽車傾向於以一種微妙的方式進行能源轉型。該公司認為，不同的技術可能適合不同的車型和地理位置，現在判斷如何匹配還為時過早。它還在探索氫內燃機。
豐田汽車首席科學家、豐田研究所（Toyota Research Institute）首席執行官吉爾·普拉特（Gill Pratt）說:「我們對整件事非常謙卑——我們不知道。誠實的事實是，我們認為其他人也不知道。」
Pajarito Power的斯蒂芬森說，關於哪種技術能最好地降低碳排放的爭論，讓人想起了上一代風能和太陽能產業之間的類似爭吵。
他預計，從長期來看，電池電動汽車和氫燃料電池汽車的互補性將大於競爭性。「當市場力量能夠真正決定人們在這方面的決策時，我們就可以超越競爭對手，看到兩者兼用帶來的更大機遇。」
諮詢公司德勤對此表示認同。就像太陽能和風能是「過去十年的驚喜」一樣，德勤的一份新報告稱，氫能「現在看起來很可能」將成為下一個規模化的能源。2021年，與氫氣相關的風險投資活動達到了創紀錄的近20億美元。德勤預計2022年將超過這一數字。
儘管如此，氫能仍然面臨着「先有雞還是先有蛋」的難題。現有的基礎設施不足以支持大量的早期採用者。
根據美國能源部替代燃料數據中心2022年11月發布的數據，美國有48148座電動汽車充電站，基礎設施開始快速發展。
相比之下，公共加氫站只有54個。
「如果你問房地產從業人員什麼是最重要的，你聽到的一定是『地段、地段、地段』。我們做一個類比，對於替代燃料來說，最重要的是『基礎設施、基礎設施、基礎設施。』」普拉特說。
加氫站要想實現經濟可行性，必須有臨界數量的用戶。根據國際清潔交通委員會2017年的一份報告，根據加氫頻率和使用情況，每個加氫站可以支持100到400輛汽車。
雖然商業卡車運輸網絡的基礎設施要求可以根據特定地點進行定製，但許多人現在懷疑氫燃料電池在輕型應用方面能否趕上純電動汽車。
安永的林蘭表示:「就氫能的基礎設施而言，幾乎為零，這一時間差將給電池帶來額外的動力。人們需要額外的時間來學習如何使用和適應氫能，然後再表達感受說『它真的可以』。」
無論是主要用於卡車運輸還是更廣泛的用途，美國能源部正在開始奠定氫能基礎設施的基礎。在為電動汽車建造50萬個充電站的同時，能源部還從兩黨基礎設施法中撥款80億美元，在氫生產商、消費者和企業之間建立6到10個氫樞紐。
能源部從9月份開始向爭奪這筆資金的地區徵求申請，預計明年春天將進行選拔。據能源部稱，這些氫能市場將成為該部「能源地球」計劃的催化劑。該計劃旨在在未來10年，將清潔氫氣的價格從目前的每公斤約5美元降低80%，至每公斤1美元。
儘管氫氣除了水之外什麼都不排放，但在實現零碳經濟的道路上，它仍然面臨着巨大的障礙。就像純電動汽車可能依賴燃煤電廠提供的電力一樣，當使用化石燃料製造氫時，它的無污染優勢就被否定了。
根據世界經濟論壇（World Economic Forum）的數據，僅用可再生能源生產的綠色氫氣占目前氫氣總產量的0.1%。專家們表示，綠色氫氣要成為主流，還有幾十年的路走。
能源和氣候政策智庫能源創新（Energy Innovation）的電氣化主管薩拉·鮑德溫（Sara Baldwin）說:「我們用了20年的時間，才達到電動汽車的水平，我預計氫燃料也需要同樣的時間。還有很多化石燃料可以繼續燃燒，但我認為關鍵是讓我們擺脫化石燃料。」
無論排放怎樣，氫氣都會到來。根據極光能源研究公司（Aurora Energy Research）的數據，歐盟啟動了一項計劃，以減少對俄羅斯石油的依賴，因此，自4月份以來，目前全球氫電解槽項目的數量增加了一倍多。
推動能源獨立的努力，突顯了氫能正在帶來的巨大變化。但作為現代燃料電池研究的先驅，麥考密克認為，另一種轉變正在進行中，其意義更為深遠。
「人們一直在談論石油的末日，我認為他們沒有抓住重點，我們真正應該談論的是內燃機的終結。從穴居人到今天，石油是我們賴以生存的東西。內燃機的終結才是真正劃時代的。」麥考密克總結道。
▍豐田、康明斯着眼於氫內燃機
在汽車和卡車製造商大舉投資氫燃料電池的同時，他們也在考慮另一種替代方案——可以在大量車輛中取代柴油發動機的氫內燃機。
這並不是一個全新的創意。早在1806年，瑞士發明家弗朗索瓦·艾薩克·德·里瓦茲（Francois Isaac de Rivaz）就製造了一種以氫和氧為動力的內燃機。
200多年後，豐田汽車和康明斯重新審視了這個問題。寶馬集團在十多年前曾嘗試過這種技術，但後來放棄了，轉而進軍純電動汽車和插電式混合動力汽車。
在主要汽車製造商中，豐田汽車可能是唯一一家認真探索氫內燃機汽車的公司。豐田汽車總裁豐田章男（Akio Toyoda）今年在富士賽道（Fuji Speedway）的一場24小時耐力賽中，駕駛了一輛氫內燃機卡羅拉掀背車。
豐田章男曾表示，他相信有很多方法可以減少碳排放，而排放氮氧化物但不排放二氧化碳的氫內燃機可能在交通運輸中發揮作用。卡車和重型汽車製造商也在考慮，在某些情況下將氫內燃機作為柴油車的替代品。
康明斯氫燃料發動機總經理吉姆·奈伯格（Jim Nebergall）表示:「氫燃料內燃機的性能和效率，與柴油內燃機非常相似。這意味着它可以成為任何柴油應用的合適替代品。」
像其他內燃機一樣，它燃燒燃料來轉動活塞。這與燃料電池不同，後者採用膜電極，使用氫和氧產生電能，為電機提供動力。大多數柴油和汽油機械師都知道如何修理氫內燃機，但修理燃料電池汽車卻需要大量的培訓。
康明斯正在押注使用氫內燃機的重型汽車的市場。
今年5月，在加州長灘舉行的替代清潔交通博覽會（Alternative Clean Transportation Expo）上，康明斯推出了一款15升的氫燃料發動機。該動力裝置基於康明斯的燃料不限定平台。缸蓋墊片以下，發動機的部件是相似的，但在缸蓋墊片以上，不同的燃料擁有不同的部件。
康明斯計劃在2027年將這種發動機投入生產。今年9月，一家大型卡車運輸公司沃納企業（Werner Enterprises）簽署了一份意向書，準備等康明斯的氫氣內燃機上市後購買500台。沃納企業將這種發動機視為減少溫室氣體排放的工具。它將與康明斯合作測試和驗證發動機。
不過，發動機作為一種綠色交通工具的使用，取決於清潔氫的廣泛可用性。清潔氫的市場和基礎設施還處於初級階段。
奈伯格認為，在電動電池、氫燃料電池、氫內燃機等零碳交通工具中，氫內燃機因其初始成本低、熟悉度高、燃燒耐久性強、對惡劣環境的適應性強，以及在具有挑戰性的工作循環中的性能而脫穎而出。
他看好其在農業、建築和港口運營中的應用。它也適用於長途和區域運輸，以及專用車輛，如自卸卡車、水泥攪拌機和掃雪機、消防車等應急車輛。
着手氫燃料汽車的公司不僅關注這項技術，也在關注清潔交通法規的發展。
沃爾沃卡車負責全球產品管理的高級副總裁Jessica Sandström表示，他們正在繼續投資於內燃機，也在考慮是否可以在內燃機中使用氫氣。當然，其中一個不確定因素是有關零排放的政治決定。「是零二氧化碳還是零排放?如果你有一款內燃機，即使用氫燃料，你也會有非常小的排放，比如氮氧化物。」
戴姆勒卡車集團首席執行官馬丁·道姆（Martin Daum）表示，該公司的底特律系列柴油發動機可以使用氫燃料。道姆對Automotive News表示:「如果我們看到市場即將到來，我們就可以把它從前期開發階段拉出來，投入到一個全面的項目中。」
這家卡車公司正在等待觀望，因為來自歐洲和加州監管機構的所有信號都要求完全禁止內燃機。
但加州大學戴維斯分校交通研究所的創始主任、加州空氣資源委員會成員丹尼爾·斯珀林（Daniel Sperling）認為，氫內燃機的市場可能在某些地方有發展空間，它們與柴油發動機的兼容性是一個優勢。
斯珀林說:「僅僅因為歐洲和加州想要什麼，並不意味着這就是整個市場。」
不過，他對汽車行業是否會廣泛使用氫內燃機表示懷疑。「燃料電池比內燃機效率高得多，你消耗的能量更少。這樣就不用在車上安裝昂貴的油箱了，也不會有氮氧化物的排放。」斯珀林說，「沒有人知道事情會如何發展，我們都在試圖弄清楚。」
（本文部分內容綜合Automotive News、Reuters報導，部分圖片來自網絡）
-[幫寧工作室/編譯:楊玉科*編輯:李國政*出品:幫寧工作室*gbngzs]-
