本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
编者注：这是一篇来自威尔·谢尔茨胡拉的客座文章，他是一位研究影响替代燃料汽车开发和普及的因素的研究员。
以氢燃料电池为动力的汽车经常被嘲讽为未来的汽车——而且它们似乎永远都会是未来汽车。但以一项重要的衡量标准来看，那个时刻似乎终于到来了。在2014年洛杉矶车展上，丰田正式推出了其新型氢燃料电池汽车 Mirai（日语意为“未来”）。虽然 Mirai 的商业化推出标志着丰田公司取得了一项技术成就和大胆声明，但氢动力汽车不太可能在短期内占据道路。然而，替代燃料汽车之间的竞争正在升温。
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为了获得 Mirai，消费者可以选择支付$57,000 美元的标价，或以每月 499 美元和 3,649 美元的首付租赁该车。美国的零售销售计划于 2015 年中后期开始，最初该车仅在加利福尼亚州有售。丰田公司预计，未来几年 Mirai 的产量将受到限制，因为汽车制造商正在评估市场需求，预计到 2017 年在美国的总销量为 3,000 辆。
Mirai 通过一个过程产生电力，在该过程中，其燃料电池在氢气和氧气结合形成 H2O（水蒸气）时剥离电子。燃料电池汽车的加注燃料时间为 3-5 分钟，续航里程约为 300 英里，解决了消费者对电池电动汽车的两个主要担忧，即充电需要 30 分钟到数小时，并且充满电后只能行驶 70-100 英里（不包括特斯拉 Model S 和 Roadster）。
由于氢气仅在地球上极少自然存在，因此必须制造氢气才能为汽车提供动力。如果使用可再生能源（例如通过太阳能电解）生产氢气，那么燃料电池汽车将不会排放尾气污染物。但如果氢气来自天然气的蒸汽甲烷重整，那么汽车仍然会排放温室气体。由于使用可再生能源生产氢气的成本很高，美国能源部前官员约瑟夫·罗姆声称该过程现在和将来在经济上都不可行。因此，大多数氢燃料可能来自甲烷重整。
Mirai 将与现代 Tucson 燃料电池车一起成为仅有的两款以氢气为动力的量产汽车，使商业化汽车的燃料种类增加到惊人的七种：氢气、压缩天然气、液化石油气、乙醇、电力、汽油和柴油。哪种技术（如果有）最终会胜出仍有待观察。
使用替代燃料（即非汽油或柴油）的汽车在普及方面面临着巨大的障碍，形式包括几个“鸡和蛋”的困境，包括价格高昂、消费者不确定性和基础设施不足。就 Mirai 而言，该车的成本比同类汽油动力汽车高出约 30,000 美元，存在安全隐患（兴登堡效应），并且只能在美国的13 个站点加注燃料。但是，为了解决这些类型的问题，需要有足够多的替代燃料汽车 (AFV)。例如，在有足够的需求来证明如此高的产量之前，规模经济将无助于使 AFV 变得价格合理。这些问题有助于解释为什么 AFV 在与传统汽车竞争时如此困难。
此外，AFV 在一个汽车市场中竞争，该市场由于消费者、汽车制造商、燃料供应商和相关服务提供商之间形成的僵化的社会经济系统而变化缓慢。销售数据显示，从汽油或柴油动力汽车转型需要很长时间。混合动力汽车虽然已向消费者供应了 15 年（并且不需要特殊的燃料基础设施），但仍仅占新车销量的不到 4%。此外，插电式电动汽车（如雪佛兰 Volt 和日产 Leaf）的市场份额不到 1%。虽然插电式汽车的销量在过去三年一直在上升，但混合动力汽车似乎已经达到了市场份额的平台期。
国际能源署 预测，在未来 30 年内，使用替代燃料的汽车销量将增加，而汽油或柴油动力汽车的销量将减少。为了实现这一目标，不同替代燃料动力汽车需要找到独特的市场定位。可能的设想包括城市地区的小型电动汽车，因为它们的续航里程有限且起步迅速，以及用于 UPS 或大学等组织车队的天然气动力汽车，因为它们的集中加油和低加油成本。
法规提供指导
由于污染和气候变化问题，政府政策正试图减少汽车对环境的影响。世界主要汽车市场（中国、美国、欧盟和日本）的温室气体法规和燃油经济性标准推动了环保汽车的开发和普及。这些政策已帮助美国乘用车的平均燃油效率提高了 26%，从 2007 年的每加仑 20.1 英里提高到 2014 年的 25.3 英里。然而，这些政策可能只会对传统汽车进行渐进式改进，因此实际上可能不会导致更高的 AFV 普及率。
专门针对特定类型 AFV 的政策更有可能对燃料电池和纯电动汽车产生重大影响。加利福尼亚州以及其他少数美国州采用了零排放汽车 (ZEV) 法规，该法规强制大型汽车制造商销售尾气污染物为零的汽车，否则将支付巨额罚款。纯电动汽车和氢燃料电池汽车是目前唯一符合此要求的汽车。
ZEV 政策导致了一些合规电动汽车的出现，例如菲亚特 500e 和本田飞度 EV，这些汽车仅在有这些法规的州销售。初步报告表明，Mirai 的商业化推出可能部分基于其帮助丰田公司满足 ZEV 要求的意愿，并且并非旨在在短期内广泛为消费者所接受。尽管 ZEV 销售要求将在未来几年逐步提高，但它们仅占新车市场的一小部分，并且仅凭自身不会导致燃料电池汽车或电动汽车的广泛普及。然而，它们可能有助于解决早先确定的困扰 AFV 普及的一些鸡和蛋问题。
汽车制造商正试图通过各种不同的方法来满足这些监管要求。日产专注于纯电动汽车，通用汽车已将其大部分精力投入到插电式混合动力汽车上，而丰田则押注混合动力汽车和氢燃料汽车。但汽车行业漫长的研发周期和商业 AFV 选项之间的激烈竞争表明，未来汽车的动力系统不太可能在短期内确定。
未来的汽车
为了使任何一种 AFV 从汽油和柴油动力汽车手中夺走市场份额，都需要解决许多问题，尤其是 Mirai 的情况。历史上充斥着一种技术颠覆另一种技术的例子（例如，蒸汽动力船取代帆船），但不能保证任何当前的替代燃料动力系统都会取得胜利，更不用说氢燃料电池汽车会成为胜利者。由于支持性政策以及其快速增长的市场份额，电动汽车应被视为在竞争动力系统中最具势头的。但随着氢燃料电池汽车正式加入竞争，未来汽车动力之争全面展开。
图片来源：照片，由 Bertel Schmitt (BsBsBs) 于 2014 年 6 月 25 日在东京向媒体展示 2015 款丰田 FCV 氢燃料电池汽车，并根据 此知识共享许可使用。
