北美企业也将命运押注在燃料电池及其商业化应用上，与日系企业展开一场面向燃料电池的话语权争夺战。

 

       在过去一到两年里，锂离子二次电池（LIB）和电动汽车（EV）成为社会的焦点，在日本甚至有许多技术人员认为燃料电池(FC)和燃料电池汽车（FCV）已经失去扩张方向。然而，与这一观点相反的事实是，FC在某些特殊使用场景迅速蔓延。在某些现有二次电池难以满足条件的用途中，采用FC替换现有2次电池的趋势逐渐明显。

 

       不仅如此，北美企业也将命运押注在燃料电池及其商业化应用上。虽然日系企业一直对燃料电池不离不弃，也极力提高它的地位，但其他海外企业正在与日系企业展开一场面向燃料电池的话语权争夺战。

 

      燃料电池的多种商业化用途

 

       图1显示了迅速增长的采用燃料电池（FC）的用途或未来采用可能性很高的一些用途。

       1)在现有叉车车型中，包括丰田品牌车型搭载的都是美国Plug Power公司制造的FC电源，2017年美国Amazon和沃尔玛开始大量引进(a)。

       2)2018年丰田汽车开始开发FC叉车，在丰田位于爱知县丰田市的元町工厂导入了20台试验机型（b）。

       3)建立了专用的氢气站。无人机的场合如果采用当下的锂离子充电电池大约只能持续飞行15~30分钟，但如果替换成FC电源的话甚至有机型可以实现2小时飞行（C，d）。

       4)FC巴士的引入主要在中国（e，f）进行。

      5)日本东京站和台场之间也有五辆FC公交车。7-11采用丰田开发的FCV，美国联邦快递公司则采用了Plug Power公司与美国Workhorse共同开发的FCV车型，进行了试运营（g，h）。

      6)在德国，列车的非电气化率很高，因为它比架设电线成本低，现在已经开始采用FC列车取代传统的柴油火车（i）。

图1：燃料电池在一些特殊应用上开始实现规模量产

 

       在仓库内不分昼夜作业的叉车是燃料电池其中一个用途，这些叉车由于禁止排放废气，很早开始就被转换为电力。但是最近，采用FC替代用作驱动电源的铅（Pb）蓄电池的案例快速增加。据说超过20,000辆叉车已经采用“FC叉车”。

 

       驱动这一转变的是成立于1997年的美国燃料电池设备制造商Plug Power，直到2012年这家公司都是默默无闻，但2013年起他先后与美国的沃尔玛和亚马逊Amazon签订了数千万美金规模的巨大订单。此外，还得到了亚马逊的投资。连续3年入选美国德勤会计师事务所（Deloitte）统计的全美增速最快的科技公司500强（2015-2017）名单。此名单中出现的大多数项目都是专注于硅谷的IT公司，从属远离IT的制造行业，且创业已经20年的公司被当选，这是极其少见的。

 

       推出FC叉车的主要原因之一是其稼动率高。随着IT邮购快递业务的普及，物流仓库需要24小时运营。但是现有的Pb蓄电池需要大量充电和更换时间，还需要增加额外的人员。此外有许多例如到-20℃极低温度的冷藏仓库，这些场所采用低温性能不好的LIB电池很难进行替换。

 

       而另一方面，FC电池不仅可以支持更长的续航里程，同时氢气充填仅需3-5分钟。低温性能也非常卓越。2014年沃尔玛开始采用FC替换现有的铅-酸蓄电池之后，竞争对手亚马孙也立刻开始大量导入。

 

       除了FC叉车，燃料电池接下来的一个用途就是无人机。在自行漂浮的无人机中，电源的重量能量密度水平直接决定了是否可以采用这一类型电池。到目前为止，大多数使用LIB作为动力源的无人机巡航时间约为30分钟且需要没有载荷，在有载荷场合大约只能飞行约15分钟，因此除了航拍照片之外，几乎没有其他实际应用。另一方面，FC的重量能量密度高达LIB的约5倍，由FC提供动力的一些“FC无人机”已经宣布可以用有效载荷飞行2小时。

 

       在公交车、卡车和火车等用途上FC电池也展示出比LIB电池更强的特性。首先，超长的续航里程与便利的氢气填充时间首当其冲是最大优势，此外将FC导入公交车辆实际上是在叉车应用之前已经走上正轨，特别是在2016年以来，FC燃料电池公交车的运营在中国已经陆续开始。

 

       FC燃料电池卡车市场也开始发展。美国的啤酒制造商Anheuser-Busch于2018年5月宣布与NikolaMotor公司签订合同，租赁最多800辆“FC Truck”，计划于2020年后交付。Anheuser-Busch公司2017年曾订购了40辆特斯拉的EV卡车“Tesla Semi”，但后续订购FC卡车的数量是其数量的20倍。

 

       Nikola Motor 公司创始人兼首席执行官Trevor Milton，是一家受特斯拉美国公司启发的初创公司。特斯拉最初以20世纪早期科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）的姓氏命名，尼古拉（Nikola）就采用了这位科学家的名字命名。最初，它是一家汽车电气化零部件制造商，最近已将EV卡车和FC卡车作为业务支柱。2018年5月Nikola公司提起诉讼，因为特斯拉的电动卡车「Tesla Semi」设计酷似Nikora的FC卡车车型「Nikola One」，要求特斯拉赔偿20亿美金。

 

       在德国，2018年9月使用FC驱动电力的列车正式开始商业运营。德国有许多非电气区域，一方面从环境考虑希望尽快停止柴油车在这些路段的运行，另一方面，铺设架空线路需要花费大量的金钱和时间。这样的背景之下，即使成本相对昂贵但没有废气而且不需要架线的"FC列车"就成为了一个非常好的选择。

 

       事实上，日本铁路综合研究所在2000年中期就开发过类似于德国FC列车的一款FC列车。但是因为在电气化进步的日本，引入FC列车的必要性很低，一度中止了研发。继这次德国运动之后，该研究所正在考虑恢复开发。

 

       此外，2018年9月底，丰田和JR东日本围绕铁路上氢气的利用与汽车的移动协作为重点，已经签署全面的业务合作基本协议。具体而言，据说是将FC技术引入铁路车辆，在火车站或火车站附近建立氢气站等。

 

      日本车企竟要被超越？

 

       “休息一下醒来，睁眼发现被超越”的趋势，对于日本汽车制造商来说，同样也适用于燃料电池汽车（图2）。丰田在2014年，本田在2016年就实现了FCV的量产，在全球范围内领先，但之后就没有进行过大的车型变更。而与此同时，许多海外汽车制造商却纷纷大规模生产FCV或发布概念车型。

图2：日本FCV研究停止了吗？

 

       除大型公共汽车外的主要燃料电池汽车的上市时间（红色字体显示该燃料电池汽车未公开）。海外制造商已从2018年左右陆续开始量产FCV。有像现代汽车这样的FCV车型变更的例子，但是日本生产商自最初的车型公告以来，还没有实施过大的车型变更。

 

       最近丰田宣布计划在2020年后扩大其燃料电池汽车阵容。据称新车型的价格将从目前的FCV（MIRAI）700万日元的价格减少一半，但这样是否能够“追赶上世界”还很微妙。

 

       甚至是关于向这些燃料电池汽车供应氢气的公共氢气站的数量，日本也正在追赶世界，预计未来将逐步提升速度（图3）。

图3：在氢气站建设数量上失去优势的日本

 

       图表显示了FCV用途的公共“氢站”数量的预测。直到2018年，日本在装置数量方面都是世界领先，但未来预计会见证许多国家/地区的超越。内容根据2015年国际能源署（IEA）的“技术路线图”创建，没有数据的年份通过直线连接。

 

       从上述趋势来看，海外无论是从政策层面还是厂商的战略，对于燃料电池市场的开发都更加热衷，事实上，一些海外制造商对于“燃料电池业务”的推动已经堵上公司命运，达得疯狂的地步。

 

       例如，Plug Power之所以取得销售成功，事实上他不仅销售FC产品，还同时提供氢气供应基础设施和服务注4）。为客户的仓库提供氢气供应服务，这些仓库在安装氢气站和可将氢气填充到FC叉车中的氢气罐之后，又像销售城市燃气一样提供加氢服务。因为“没有氢气的FC”和“没有软件的计算机”一样没有任何意义。

 

       注4）但是，由于服务等的快速扩张，Plug power公司的单年度收支仍处于亏损状态。受其影响，股票价格低迷。

 

       开发FC卡车的Nikola也试图在北美建立氢气站。该公司宣布2022年，在北美地区建设364所，到2028年累计700所氢气站（图4）。最初的30所将沿着订购了Nikola 公司FC燃料电池卡车的Anheuser-Busch公司的卡车高速公路运输线路进行建造。

图4：Nikola Motor建设了数百个氢气站

 

       Nikola也开始进行氢气生产。2018年6月，宣布计划从挪威Nell购买448台水电解制氢设备。这相当于1GW的氢生产能力或约30个氢站。据说设置700所加氢站大约花费10亿美金左右。

 

       继这些发展之后，在全球传统叉车市场占据了约40％份额的丰田汽车，于2016年宣布开发自己的FC燃料电池叉车。2018年11月，它在自己的工厂内设立了氢气站，导入了20台车（图1（b）），在中国也至少有一个自己独立的氢气站。然而，丰田自己开发大量氢气站或雇用氢气供应服务等商业计划尚未听到。

 

      每年市场扩张30％

 

       海外公司在FC燃料电池项目中如此活跃是由于市场在不久的将来将实现快速增长。根据富士经济在2019年1月发布的FC系统市场预测，2030年全球市场约为4.9万亿日元，约为2018年的23倍（图5）。如果包括氢气供应基础设施等的相关市场，市场规模可能会进一步扩大。

   （A）2020年后市场增长显著

   （B）PEFC将来会压倒SOFC
 

    图5：2030年的市场规模将超过目前市场的20倍

 

       2019年1月富士经济公布的FC系统世界市场预测。未来将以每年约35％增速成长，到2030年将比2018年（a）增长约23倍规模；（b）看到PEFC类型燃料电池堆将超过SOFC类型。（图：富士经济）

 

       该公司对FC燃料电池技术的另一个预测是，目前差不多市场规模相同的固体高分子电解质型燃料电池（PEFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC），今后随着市场扩大将拉开差距，到2030年，PEFC将占据约93％的市场份额。对于FC系统开发人员来说，这样一来目标似乎更容易理解，而且更容易扩大量产规模。