三部系列报道的第一篇。
人类已经利用氢能进行了各种应用，从将火箭送入太空到制造牙膏等常见的家居用品。现在，经过数十年的发展，氢能即将进入家用汽车领域。
今年六月，现代汽车公司开始租赁其途胜燃料电池汽车，并承诺到2015年在全球生产1000辆。丰田汽车公司和本田汽车公司将于明年开始销售其下一代燃料电池汽车（FCV）。昨天，丰田发布了一段视频，展示了其首款商用燃料电池汽车 Mirai。
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其他几家汽车制造商也计划在2017年发布燃料电池汽车。
一个好处是，燃料电池汽车将尾气排放降至零，因此更严格的汽车排放标准对汽车制造商来说将不再是一个难题。另一个好处是，虽然插电式电动汽车存在续航里程限制和耗时的充电问题，但燃料电池汽车——使用氢气发电——对于购车者来说将非常熟悉。
它们可以在不到五分钟的时间内完成加氢，并拥有300英里的续航里程。由于这些原因，一些政府和汽车公司正在押注氢能，将其视为未来的清洁交通燃料，并认为它最终将赢得消费者的青睐。
缺点是，至少在一段时间内，尽管氢是宇宙中最丰富的分子，但加氢泵和为其供能的供应链仍然几乎不存在。
去年，加利福尼亚州批准了高达 2 亿美元的资金，用于在未来十年内建造至少 100 个加氢站。该州目前有 10 个公共加氢站，还有十几个正在建设中。
有几种可能的途径可以生产和分配氢气到这些站点，每种途径都有不同的商业案例，并可能涉及不同的参与者。氢气供应的来源也决定了燃料电池汽车的净排放量，因为虽然汽车本身不产生任何排放，但最直接的氢气来源可能来自天然气，一种化石燃料。
为了使燃料电池汽车市场真正起飞并为实现气候目标做出贡献，政府及其行业合作伙伴将需要建立一个拥有清洁且价格合理的氢气的强大加氢站网络。
未来仍有大量工作和投资要做
在接下来的一年中，燃料电池汽车将开始在加利福尼亚州推出，该州已设定目标，到 2035 年在道路上投放 150 万辆零排放汽车。今年 5 月，加州能源委员会 (CEC) 宣布将投资 4660 万美元用于建设额外的 28 个加氢站 (ClimateWire，5 月 8 日)。
FirstElement Fuel 是一家去年成立的加州初创公司，获得了 2760 万美元的拨款，用于建设 19 个加氢站，这是 CEC 4600 万美元资金公告的一部分。据彭博社报道，丰田汽车也为这家成立仅一年的初创公司提供了至少 720 万美元的支持。上个月，FirstElement Fuel 与空气产品公司 (Air Products and Chemicals Inc.) 签订合同，为其加氢站提供设备，所有加氢站都将在 2015 年底前建成。
FirstElement Fuel 的首席开发官兼负责人 Shane Stephens 说：“我们非常处于整个基础设施的中心，我敢说几乎整个事情都取决于我们在加利福尼亚州的表现。”
在老牌行业对这个机会犹豫不决之后，FirstElement Fuel 等新参与者介入，开始建设“氢能高速公路”。
空气产品公司、液化空气集团和林德集团等已经大量生产氢气的工业气体公司似乎是氢能交通燃料市场的天然领导者。其中几家公司已经利用他们的专业知识来展示为汽车加氢所需的储存、压缩和加注技术。但是，根据 Stephens 的说法，工业氢气生产商更愿意继续担任设备和散装气体供应商，而不是进入风险较高的燃料零售业务。
石油公司是分布式网络交通燃料供应的全球领导者，他们本也可以发挥领导作用。2011 年，壳牌石油公司与丰田汽车合作，在加利福尼亚州纽波特开设了一个加氢站。但是，总的来说，石油公司不愿接受这种最终将与汽油竞争的新燃料。
加利福尼亚州最初制定了立法，要求主要的石油进口商和炼油商为氢能高速公路付费。但是，当石油巨头威胁要起诉时，该州设计了一个折衷方案，将成本通过车辆登记费转移给消费者。A.B. 8 法案于 2013 年 9 月签署成为法律。
石油公司退缩
在几乎没有汽车使用氢能基础设施的情况下，建设氢能基础设施的商业案例一直很薄弱。一些人还认为，石油公司一直不愿支持氢能，因为他们认为氢能会蚕食其核心石油业务。
随着汽油动力汽车变得更加高效，关于增加生物燃料掺混的持续辩论以及公用事业公司从电动汽车充电中获得业务，将氢能添加到能源结构中可能会蚕食石油公司的市场份额。
国际能源署氢能实施协议经理 Mary-Rose de Valladares 说：“石油公司面临着最终不得不应对将要超越它们的竞争的局面，该协议正在制定关于氢能生产和利用的综合路线图。”
她补充说：“石器时代的结束不是因为我们用完了石头。”
根据 de Valladares 的说法，问题在于老牌公司经常遭受“创新者的困境”。这些公司过于关注客户当前的需求，而无法使其技术或商业模式适应客户未来的需求。
Stephens 说：“氢能与石油公司目前的基础设施相矛盾，后者完全基于液体燃料。他们实际上更多地关注勘探和钻探方面，因此他们实际上并不关注零售或燃料运输方面，甚至炼油方面。”
他补充说：“我认为这就是为什么你会看到石油公司的很多抵制，他们担心他们会以某种方式被迫发展氢能，而这实际上并不在他们的能力范围内。”
现代汽车的替代车辆战略高级经理 Gil Castillo 表示，他认为一旦石油公司看到有利可图，他们就会进一步加入进来。他说：“目前，我认为石油行业正在寻找盈利途径。”
不完善的燃料输送系统
加油站业主通常是独立的商业经营者，而不是大型石油生产商，他们也必须看到在其物业上安装加氢泵的商业案例。9 月，众议员帕特里克·墨菲（佛罗里达州民主党）和查理·登特（宾夕法尼亚州共和党）提出了立法，将高达 30,000 美元的零排放加氢站安装联邦税收抵免延长，这些抵免计划在今年年底到期。
加州大学戴维斯分校的分析表明，一旦有 50,000-100,000 辆汽车的需求，氢能基础设施业务将实现自给自足，这可能会在十年末实现。
尽管成本正在下降，但今天的加氢站的标价仍超过 100 万美元。成本的部分差异取决于燃料的生产方式。
今天，最便宜、最常见的制氢方法是从天然气蒸汽重整。美国页岩气繁荣进一步改善了天然气制氢的经济性，这已成为推动氢能支持的主要力量。
美国每年已经生产约 900 万吨氢气，主要用于提炼石油、处理金属、加工食品和制造家居用品。大多数氢气是在工业设施现场生产和使用的。但很大一部分是在区域生产的，并通过卡车或管道输送到更远的用户。
加州燃料电池合作组织的传播主管 Chris White 说：“[氢气]在很多事物中都有应用，我们没有意识到这一点，这是一个旨在推进燃料电池汽车市场的公私合作组织。而且我们没有意识到现在已经存在分配系统。您可能在路上经过一辆氢气罐车，甚至没有意识到。”
在初期，氢能交通燃料的生产和交付很可能搭上工业气体行业现有供应链的便车。绝大多数加氢站——包括 FirstElement Fuel 正在建设的所有 19 个加氢站——将使用在大型集中式工厂生产并通过卡车运送到加注机的燃料。
液化空气集团氢能主管 Bob Oesterreich 说：“我们使用传统生产方法，我们知道这些方法可靠且具有成本效益，以启动这个市场，因为我们不想以高昂的燃料成本惩罚市场。我们最近获得了 CEC 的资助，将在 2015 年上线三个加氢站。我们认识到我们需要启动这个市场。”
但是，随着市场的增长，燃烧柴油来运输天然气制氢到广泛的加氢站网络将变得越来越不经济和不环保。
天然气的局限性
Lux Research 能源存储分析师 Dean Frankel 表示，建设氢能基础设施具有挑战性，因为燃料不存在于分布式系统中。
现有的氢气生产主要发生在加利福尼亚州、路易斯安那州和得克萨斯州。在这些现有制氢厂附近产生需求的汽车数量有限，而建立新的站点网络成本高昂。相比之下，电动汽车只需插入几乎无处不在的美国电网即可。
Frankel 说，而且，长期来看，使用天然气制氢是不可持续的。“如果我们从尾气排放口排出水，但在整个过程中排放天然气，这将是一个糟糕的环境解决方案。”
尽管如此，与汽油动力汽车相比，使用天然气制氢的燃料电池汽车的二氧化碳排放量还不到一半，这是根据制造氢气所需的排放量来衡量的。但是，加利福尼亚州的法规最终将要求进一步减排，以实现该州的目标。
加利福尼亚州法律要求 33% 的氢燃料来自可再生能源。公司主要通过在其使用蒸汽从天然气中提取氢气的工厂中添加沼气来满足这一要求。即将推出的新型制氢方法几乎可以消除温室气体排放。
气候与能源解决方案中心交通倡议高级经理 Nick Nigro 说：“转向低排放汽车是必要的，但不足以有效应对气候变化。您必须一路向上游看，并以低碳方式生产燃料。”
明日预告：来自污水和其他本土来源的燃料。
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