新能源汽车能替代内燃机车吗?

一百多年前,在欧洲城市道路上,有四种车在奔跑,它们分别是马车、蒸汽机车、电动车和燃机车。从市场占有率来看,四者可谓势均力敌。最终谁胜出?

仅汽车而言,此后百年,可以说是汽油车的天下——第一轮造车运动。为什么?这四种车分别代表不同的能源动力:自然畜力、蒸汽动力、电力和油气动力。前两者的效率偏低被淘汰,后两者在不同领域相互竞逐。

在工厂,电力的效率优势颇为明显;在航空航天及军工领域,油气依然是飞机、火箭、船舶的可靠动力;在轨道车领域,基本使用电力;在汽车领域,如今电动车试图挑战内燃机车的地位。

过去,燃机车胜出并不是其使用的是新能源,而是油气能源的效率更高。其中关键的是,戴姆勒、狄塞尔、汪克尔等工程师不断地改进内燃机,不断地提高能源转化的效率。

经济学并不支持新能源或旧能源的说法,在这轮造车盛宴中,我们应该关注的是能源效率。除了功率,安全性、稳定性、节能性及资源可获取性都是能源效率的一部分。

太阳能被认为是新能源,但其是最古老的自然能源,远远早于人类。不过,人类使用太阳能的效率一直偏低。如今,我们再次重提太阳能,是因为光伏技术的进步。光伏提高了太阳能转化为电能的效率。

煤,最早发现于2000多年前,但直到蒸汽机车的出现,其价值才被开发出来。核能源如今是一项高效能源,但安全性一直没有解决,仅限于发电、航母动力等。日本福岛核泄露事故后,战略性地弃核,并转向氢燃料。氢燃料是一种清洁能源,但目前氢能汽车的成本不低。

所以,摆在人类面前的能源很多,风能、太阳能、畜力、石油、煤炭、天然气、电能、氢能、乙醇、甲醇等等。

低碳,不应该是唯一考虑的方向,唯一考虑的指标应该是效率。不宜使用产业政策押宝哪项能源技术,即便电池领域,也有锂电池、锰锌电池、铅酸电池、镍氢电池等。它们间的密度、安全性及制造成本差异巨大。最好的办法是让企业在各自市场中竞赛,以梦为马,以利润为嗅觉,以技术为劲足,跑出不同的赛道和优势。

目前,市场上有一种说法是,中国发展新能源汽车是弯道超车。绕哪个弯?发动机,准确说是内燃机。如今内燃机技术由日本、美国等国掌握,中国能否以电力绕道而行?

其实,内燃机在短期内是无法绕开的动力技术。上面我们提到有很多种能源,每一种能源的效率及优势都不同,并使用在不同的领域。即便电动车解决了电池续航、安全及清洁问题,电力也无法一统天下。航空中的飞机、航天中的火箭、远洋中的船舶,其核心动力依然来自内燃机。即便内燃机如此强大,也无法与航母中的核动力相比拟。即便在后工业时代,内燃机技术依然是需要努力突破的。内燃机,尤其是航空航天内燃机,是工业领域的“皇冠”,它是工业顶尖技术组合包,包括增压、控制及各种材料技术。当年日本正是在汽车发动机领域赢得突破,进而跃升至航空发动机领域。

在汽车领域,让资本自由探索,寻觅电动机,也寻觅内燃机,寻觅电能转化技术,也寻觅页岩气技术。问题是,油气资源是否已经见顶了,内燃机技术是否已经见顶了?

内燃机和发电机的技术历史是差不多的,二者都已非常成熟。技术的赛道有极限,但技术进步是无极限的。比如芯片越做越小,目前可以开发7纳米芯片,但它总有一个极限。当芯片极限到来时,可能会采用其它材料,亦或是提高热管理、能源密度等方式来v增强技术性能。

在经济学中,资源被假设为有限的。有限的资源配置最大化,靠自由市场和技术进步。正是勘探开采的技术进步,油气资源才得以支撑世界庞大的工业体系。进入21世纪后,原油紧缺焦虑持续升温,油价不断上涨。2008年7月,国际油价达到峰值,从2002年的每桶19美元涨到了145美元。中国的新能源战略也是在这一背景下提出的。

但是,金融危机后油价下跌,到2016年2月,国际油价降到了历史低点的27美元一桶。造成油价下跌的一个重要原因是,美国爆发了页岩气革命,美国实现了石油自给,从原来的进口国转变为出口国。

页岩气技术是否重要?目前,全球已经探明的页岩气资源总量,相当于煤层气与致密砂岩气资源量的总和,与常规天然气储量相当。中国亦有相当丰富的页岩气。换言之,只要页岩气技术进步,油气资源的充足率依然很高。

目前美国页岩气价格高于沙特、俄罗斯的石油,但它成为了横亘在全球油气价格之上的利剑。国际油价一旦触及美国页岩气盈利价格便下滑。2020年国际油价闪崩,亦是俄罗斯、沙特和美国上演的“三国杀”所致。俄罗斯希望产能和油价维持在中位数,即在美国页岩气盈利之下,本国石油商盈利之上。沙特希望大幅度减产提价以获取最大收益。美国希望将价格提至页岩气的盈利线之上。结果,三者未能达成共识。

石油资源是有限的,非清洁的;电力资源也是有限的,也非清洁的。往大的说,如果全球一半汽车被电动车取代,那么电量需求将成倍提高,煤炭、石油用量也大幅增加,核电站也将大量扩张。往小的说,锂电池中使用的钴也是有限的。国产特斯拉的电池是磷酸铁锂电池,这种电池的特点是安全性好、成本低,但密度低、续航能力不足。三元锂电池的密度更高,续航能力更强,但是其产量受限于核心材料钴。

钴是稀有金属,目前全球探明的钴矿资源量为2500万吨,储量为688万吨,年开采量不足15万吨。新能源汽车推动钴的价格在几年内翻了十多倍。钴的开采量为何没能跟上?主要原因是全球钴资源分配并非市场化的。全球超过一半的钴矿资源分布在刚果(金),国际市场上大部分钴都是由这个国家出口的。但是,刚果(金)战乱不断、政局不稳无法保障稳定的市场供应,更谈不上技术进步。另外,钴矿相对丰富的俄罗斯、加拿大和澳大利亚又限制钴的出口。

这是锂电池的瓶颈。近些年,特拉斯为了突破瓶颈,逐渐往镍的技术赛道上跳。在三元锂电池中,不断降低钴比重,同时增加镍的含量。

内燃机使用的石油,以及三元锂电池中的镍、钴、锰都是有限资源,都需要通过自由市场与技术进步提高配置效率,如页岩气技术和无钴高镍技术路线。或许,电池方面的技术突破,比石油更具想象空间。

总之,我们需要关注不是能源的新旧,而是自由市场中的技术创新——能源效率。

文 | 智本社

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