燃料电池和锂离子电池谁对环境更友好？
来源：未知
2019-08-19 13:39
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其实不管是锂离子电池电动车还是燃料电池电动车，都面临新建外部支持网络的问题。很多人不买电动车，最重要的原因在于充电/加氢不方便，而企业不愿投资太大建立充电桩和加氢站，原因在于还没有足够多的用户，无法摊薄初期巨大的投资成本。
这就成了一个经典的“先有鸡还是先有蛋”的问题，要走出这个困境，要么有国家力量在解决这个问题，要么有强有力的企业推动。对于充电网络建设来讲，这样的事情已经在发生了，比如中国的国家电网公司在建立全国性充电网络，特斯拉也已经建立了自己的超级充电桩网络，但是对加氢网络建设来讲，成本要高得多，因为还要首先建立氢气生产工厂和运输网络，另外，我们也没有看到燃料电池领域出现特斯拉这样的企业，能够不计成本全力推进加氢网络建设。
综合而言，燃料电池目前在加氢时间上有巨大的优势，但是因为其加氢网络支持水平太差，这就足以抹杀加氢时间这个优势。放眼未来，我们也看不到加氢网络能够很快铺开，因为成本实在比充电网络高太多，这可能会是氢燃料电池电动车发展的致命伤。再加上续航里程大家又差不多，我认为虽然加氢的速度快，但是实际使用综合便捷性还是锂离子电池高。
环境友好度
首先，我们来看能量来源的可再生性。人类希望摆脱燃油车的一个初衷是化石能源不可再生，总有用完的一天。那么氢和电是哪里来的呢？会不会和汽油一样也会用光？
发电的方式多种多样，我们相对都比较熟悉，既有煤炭，天然气，核能这样的不可再生资源，也有水力，太阳能，风力等可再生资源。所以电是可再生还是不可再生，取决于我们的发电网络是如何构成的。我们可以通过提高发电环节里可再生资源利用水平，逐步提高电力的可再生性。
氢气又从何而来呢？目前工业化应用的方法主要有两种，一是通过催化甲烷制氢气，这一过程中会排除二氧化碳，对环境有负面影响。另外甲烷也是天然气的主要成分，属于不可再生资源；二是通过电解水生成氢气，这一过程中当然又要用到电，而电是否可再生上面已经讨论过了。
回到我们刚才的问题，燃料电池和锂离子电池所使用的能源是否可再生呢？答案是不一定，但是两者相比起来，锂离子电池更胜一筹，因为氢要么直接来自不可再生资源（天然气），要么还是要用到电，最多只能做到和锂离子电池一致。
其次，我们要考虑能量的使用效率。车辆的最大功效是将我们从A地运送到B地，也就是说车辆是输出动能的，根据能量守恒定律，我们输入其他形式的能源，并将其转换为动能。这个转换的过程中，效率越高，对环境造成的影响越小，也更具有经济性。
传统燃油车的能量转换效率约为20%-30%，而电动车将电能转换为动能的效率要高很多，优势非常明显。我们如果只比较车辆本身的能量转换效率，燃料电池比锂离子电池效率也更低，氢气到了车上后再转换为电能，电能再转化为动能，这个过程约需损耗40%的能量。
此外，我们在这里也要考虑两种能量来源在制备，加工和输送等各个环节所消耗的能量。
先看氢气，前面我们提到过工业化生产主要有两种方式可以制氢：催化甲烷和电解水。这两种方式生产过程中都是需要消耗能量的，分别约占到最终产生氢气能量的20%和30%。
氢气生产出来了还不能直接应用，因为氢气是自然界中最轻的气体，能量密度非常低，我们需要将温度降低到-253摄氏度，或者给氢气施加790个大气压，才能将氢气转换为液态，这样方便运输和利用。当然，将氢气变为液态氢本身也需要耗能，如果低温存储需要损耗40%的能量，加压的方法更好一些，也要损耗13%的能量。
液态氢到终端客户还需要运输，运输要么通过车辆运输，要么通过管道传输，不过不管是哪种方法运送，也都还需要耗能，这个过程需要损耗10%到40%不等的能量。
所以综合来看，氢燃料电池在整个能量转换循环过程中，链条过长，所以损耗也很大。这既不环保，也不经济。
再看电能。发电的方式多种多样，不同发电方式的能量转换效率也差别很大，我们在这里以我国最常见的燃煤火力发电为例，发电设备的效率通常在约40%左右。我国电网传输损耗约为6%。在电动车上将电能转换为动能效率较高。综合算下来，锂离子电池能量转换效率仍然高于燃料电池和传统燃油车。当然，如果发电过程中应用了太阳能，风能或者水利发电，则对于环境的友好度更高。
综合来看，能量使用效率方面，锂离子电池完胜。氢燃料电池如果氢的来源是天然气，那么其能量利用效率不大会高过加气的内燃机汽车，而如果氢的来源是电解水，并且最后还要再转化成电能输出，氢在这个过程中只是起到了暂存能量的功能，而在两次转化过程中都有损耗，和直接充电用电相比，肯定是不划算的
其实直接加气的内燃机车也是个很环保的选项，不会低于氢燃料电池汽车能量使用效率。
环境友好度方面我们还应该考虑碳排放，其他污染物排放等话题，不过为了简单起见，我们在这里不去讨论了。仅从能量来源的可再生性与能量使用效率两个方面来看，锂离子电池是完胜的，更符合我们发展新能源汽车的初心。
商业可行性
一项新技术要推广开来，光是技术先进还是远远不够的，还需要大众能够接受，商业上可行才真正有价值。这部分我们从系统革命性，产业链基础，安全顾虑三个方面来对比两种电池的商业可行性。
系统革命性是指新的技术和原有的体系的差异大小。一般而言，和原有系统差异越大的新技术，推广成功的难度越大。从上面的分析我们不难看出，氢燃料电池需要对现有体系进行革命性的变革，需要建立制氢工厂，输氢管道，运输车辆，和大量的加氢站。相比之下，锂离子电池汽车对原有系统改变较小，对于用户来讲，家里就像多了一台家用电器，对于网络来说，只需要新建一些充电桩，实施难度要小很多。
