本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
編者注：這是一篇來自威爾·謝爾茨胡拉的客座文章，他是一位研究影響替代燃料汽車開發和普及的因素的研究員。
以氫燃料電池為動力的汽車經常被嘲諷為未來的汽車——而且它們似乎永遠都會是未來汽車。但以一項重要的衡量標準來看，那個時刻似乎終於到來了。在2014年洛杉磯車展上，豐田正式推出了其新型氫燃料電池汽車 Mirai（日語意為“未來”）。雖然 Mirai 的商業化推出標誌著豐田公司取得了一項技術成就和大膽宣告，但氫動力汽車不太可能在短期內佔據道路。然而，替代燃料汽車之間的競爭正在升溫。
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為了獲得 Mirai，消費者可以選擇支付$57,000 美元的標價，或以每月 499 美元和 3,649 美元的首付租賃該車。美國的零售銷售計劃於 2015 年中後期開始，最初該車僅在加利福尼亞州有售。豐田公司預計，未來幾年 Mirai 的產量將受到限制，因為汽車製造商正在評估市場需求，預計到 2017 年在美國的總銷量為 3,000 輛。
Mirai 透過一個過程產生電力，在該過程中，其燃料電池在氫氣和氧氣結合形成 H2O（水蒸氣）時剝離電子。燃料電池汽車的加註燃料時間為 3-5 分鐘，續航里程約為 300 英里，解決了消費者對電池電動汽車的兩個主要擔憂，即充電需要 30 分鐘到數小時，並且充滿電後只能行駛 70-100 英里（不包括特斯拉 Model S 和 Roadster）。
由於氫氣僅在地球上極少自然存在，因此必須製造氫氣才能為汽車提供動力。如果使用可再生能源（例如透過太陽能電解）生產氫氣，那麼燃料電池汽車將不會排放尾氣汙染物。但如果氫氣來自天然氣的蒸汽甲烷重整，那麼汽車仍然會排放溫室氣體。由於使用可再生能源生產氫氣的成本很高，美國能源部前官員約瑟夫·羅姆聲稱該過程現在和將來在經濟上都不可行。因此，大多數氫燃料可能來自甲烷重整。
Mirai 將與現代 Tucson 燃料電池車一起成為僅有的兩款以氫氣為動力的量產汽車，使商業化汽車的燃料種類增加到驚人的七種：氫氣、壓縮天然氣、液化石油氣、乙醇、電力、汽油和柴油。哪種技術（如果有）最終會勝出仍有待觀察。
使用替代燃料（即非汽油或柴油）的汽車在普及方面面臨著巨大的障礙，形式包括幾個“雞和蛋”的困境，包括價格高昂、消費者不確定性和基礎設施不足。就 Mirai 而言，該車的成本比同類汽油動力汽車高出約 30,000 美元，存在安全隱患（興登堡效應），並且只能在美國的13 個站點加註燃料。但是，為了解決這些型別的問題，需要有足夠多的替代燃料汽車 (AFV)。例如，在有足夠的需求來證明如此高的產量之前，規模經濟將無助於使 AFV 變得價格合理。這些問題有助於解釋為什麼 AFV 在與傳統汽車競爭時如此困難。
此外，AFV 在一個汽車市場中競爭，該市場由於消費者、汽車製造商、燃料供應商和相關服務提供商之間形成的僵化的社會經濟系統而變化緩慢。銷售資料顯示，從汽油或柴油動力汽車轉型需要很長時間。混合動力汽車雖然已向消費者供應了 15 年（並且不需要特殊的燃料基礎設施），但仍僅佔新車銷量的不到 4%。此外，插電式電動汽車（如雪佛蘭 Volt 和日產 Leaf）的市場份額不到 1%。雖然插電式汽車的銷量在過去三年一直在上升，但混合動力汽車似乎已經達到了市場份額的平臺期。
國際能源署 預測，在未來 30 年內，使用替代燃料的汽車銷量將增加，而汽油或柴油動力汽車的銷量將減少。為了實現這一目標，不同替代燃料動力汽車需要找到獨特的市場定位。可能的設想包括城市地區的小型電動汽車，因為它們的續航里程有限且起步迅速，以及用於 UPS 或大學等組織車隊的天然氣動力汽車，因為它們的集中加油和低加油成本。
法規提供指導
由於汙染和氣候變化問題，政府政策正試圖減少汽車對環境的影響。世界主要汽車市場（中國、美國、歐盟和日本）的溫室氣體法規和燃油經濟性標準推動了環保汽車的開發和普及。這些政策已幫助美國乘用車的平均燃油效率提高了 26%，從 2007 年的每加侖 20.1 英里提高到 2014 年的 25.3 英里。然而，這些政策可能只會對傳統汽車進行漸進式改進，因此實際上可能不會導致更高的 AFV 普及率。
專門針對特定型別 AFV 的政策更有可能對燃料電池和純電動汽車產生重大影響。加利福尼亞州以及其他少數美國州採用了零排放汽車 (ZEV) 法規，該法規強制大型汽車製造商銷售尾氣汙染物為零的汽車，否則將支付鉅額罰款。純電動汽車和氫燃料電池汽車是目前唯一符合此要求的汽車。
ZEV 政策導致了一些合規電動汽車的出現，例如菲亞特 500e 和本田飛度 EV，這些汽車僅在有這些法規的州銷售。初步報告表明，Mirai 的商業化推出可能部分基於其幫助豐田公司滿足 ZEV 要求的意願，並且並非旨在在短期內廣泛為消費者所接受。儘管 ZEV 銷售要求將在未來幾年逐步提高，但它們僅佔新車市場的一小部分，並且僅憑自身不會導致燃料電池汽車或電動汽車的廣泛普及。然而，它們可能有助於解決早先確定的困擾 AFV 普及的一些雞和蛋問題。
汽車製造商正試圖透過各種不同的方法來滿足這些監管要求。日產專注於純電動汽車，通用汽車已將其大部分精力投入到插電式混合動力汽車上，而豐田則押注混合動力汽車和氫燃料汽車。但汽車行業漫長的研發週期和商業 AFV 選項之間的激烈競爭表明，未來汽車的動力系統不太可能在短期內確定。
未來的汽車
為了使任何一種 AFV 從汽油和柴油動力汽車手中奪走市場份額，都需要解決許多問題，尤其是 Mirai 的情況。歷史上充斥著一種技術顛覆另一種技術的例子（例如，蒸汽動力船取代帆船），但不能保證任何當前的替代燃料動力系統都會取得勝利，更不用說氫燃料電池汽車會成為勝利者。由於支援性政策以及其快速增長的市場份額，電動汽車應被視為在競爭動力系統中最具勢頭的。但隨著氫燃料電池汽車正式加入競爭，未來汽車動力之爭全面展開。
圖片來源：照片，由 Bertel Schmitt (BsBsBs) 於 2014 年 6 月 25 日在東京向媒體展示 2015 款豐田 FCV 氫燃料電池汽車，並根據 此知識共享許可使用。
