1886年，Karl Friedrich Benz将一台单缸汽油发动机安置在三轮车上，历史上第一台汽车诞生，汽车产业就此拉开帷幕。在接下来的一个世纪中，内燃机的轰鸣声几乎成为了汽车产业的主旋律。然而，在全球工业迅若惊雷的推进势头下，一把达摩克里斯之剑悄然降临。
20世纪70年代，能源危机爆发，工业污染以前所未有的速度侵蚀着生态环境。汽车产业也不得不降缓步伐，思考应对之策。1967年，日本成立电动汽车协会，同时制定了《电动汽车开发计划》、《第三届电动汽车普及计划》；1976年，美国国会通过《电动汽车和复合汽车的研究开发和样车试用法令》，推动电动汽车发展。在针对传统内燃机排放方面，欧洲经济委员会和欧共体于1992年协同制定了排放法令及法规，排放标准的不断升级为内燃机的设计、生产带来了巨大挑战。由于纯电动汽车仍存在包括续航里程在内的诸多技术难题，混合动力汽车则成为了一种折衷的选择，也为汽车产品的更迭提供了纽带作用。
与此同时，一种新型的动力装置引起了汽车工业界的注意——燃料电池。其特殊的电化学工作方式直接将化学能转化为电能，实现真正意义上的零排放。1973年，日本成立“氢能源协会”，将氢能技术作为大学研究人员的研发重点。1981年，日本通产省在“节能技术长期研究计划”中，启动燃料电池的开发。至2014年世界第一代量产车型的发布，氢燃料电池车已经成为汽车产业未来发展方向之一。在百余年的发展历程中，汽车产业第一次面临如此巨大的外界阻力，究竟哪条道路才是“答案”，至今仍然是业界的最大困惑。本文将从生命周期的角度出发，希望能为解决这道难题提供一点思路。
什么是生命周期
所谓生命周期，即是一辆汽车从“摇篮”到“坟墓”的全部过程。从汽车零部件的生产、车辆的组装，到交付使用，在完成漫长的行驶历程后，一辆汽车的生命将终止于废弃与回收。
对于汽车这并不复杂的一生，我们可将其分为五个阶段：阶段一，车辆原材料的生产；阶段二，车辆的装配；阶段三，车辆的运输分配；阶段四，车辆的使用；阶段五，车辆的回收处置。
在这里，我们将阶段一、二、三、五统称为车辆生命周期，阶段四称为燃料生命周期。其中燃料生命周期用于形容使用者消耗燃料引起能量消耗及温室气体排放，和车辆的行驶里程成正比，至于能量消耗和温室气体排放则是本文评价车辆的重要指标。
车辆生命周期分为材料生产、车辆装配、车辆分配和车辆处置四个部分。这四个部分与车辆的材料构比、总体重量密切相关。内燃机汽车、电动汽车及燃料电池汽车的车辆生命周期结果如图2所示。
图2 内燃机汽车（ICEV）、电动汽车（EV）和燃料电池汽车（FCV）的车辆生命周期
可以发现，电动汽车的能耗和温室气体排放最高，内燃机汽车最低，燃料电池汽车居中。电动汽车的能源消耗和温室气体排放分别是内燃机汽车的1.4倍和1.2倍左右。对这一结果，我们展开了进一步剖析，结果如图3所示。
图3 三类汽车在车辆生命周期不同阶段的能耗和温室气体排放：(a) 内燃机汽车 (b) 电动汽车 (c) 燃料电池汽车的能耗；(d) 内燃机汽车 (e) 电动汽车 (f) 燃料电池汽车的温室气体排放。材料生产被分为两个部分，分别为动力系统的生产和其他部分的生产。
可以发现，电池生产占电动汽车的车辆生命周期能耗和温室气体排放的30%，而发动机生产仅占内燃机汽车的车辆生命周期的5%。在燃料电池汽车的车辆生命周期中，燃料电池堆和储氢罐的生产分别占10%和20%的能源消耗和温室气体排放。
由于三种车型在整车装配、分配和处置过程中能耗和温室气体排放相似，所以电池是电动汽车能耗、排放高的主要原因。
燃料生命周期
本研究列举了三种车辆使用不同能源的多种情况，假定车辆的寿命为15万公里，燃料生命周期结果如图4所示。
图4 燃料生命周期：(1)汽油车，(2)柴油车，(3)电动汽车，(4)天然气重整制氢的燃料电池汽车，(5)焦炉煤气制氢的燃料电池汽车，(6)废弃水能电解制氢的燃料电池车，(7)正常水能电解制氢的燃料电池汽车，(8)国家电网电解制氢的燃料电池汽车，(9)热化学水分解制氢的燃料电池汽车。
在燃料生命周期中，电动汽车和天然气重整制氢的燃料电池汽车的能耗几乎相同，但使用天然气重整制氢的燃料电池汽车的温室气体排放要少得多。
在燃料生命周期中，内燃机汽车在比电动汽车和大多数的燃料电池汽车差，这与车辆生命周期的结果恰恰相反。
全生命周期
将车辆生命周期和燃料寿命周期所得的数据相加便得到了全生命周期的数据，结果如图5所示。
图5 全生命周期：(1)汽油车，(2)柴油车，(3)电动汽车，(4)天然气重整制氢的燃料电池汽车，(5)焦炉煤气制氢的燃料电池汽车，(6)废弃水能电解制氢的燃料电池车，(7)正常水能电解制氢的燃料电池汽车，(8)国家电网电解制氢的燃料电池汽车，(9)热化学水分解制氢的燃料电池汽车。
经过计算，可知内燃机汽车、电动汽车和燃料电池汽车的燃料生命周期能耗分别占总生命周期的78% ~ 82%、61% ~ 67%和66% ~ 85%左右。内燃机汽车和电动汽车燃料生命周期的温室气体排放量分别占总生命周期的81% ~ 84%和66% ~ 72%。
可以发现，利用废弃水能电解制氢的燃料电池汽车在整个生命周期中是最节能环保的，因为它的制氢效率最高，且无温室气体排放。使用焦炉煤气制氢的燃料电池汽车则紧随其后，而柴油车排名第三。
总的来说，电动汽车并没有表现出太多的优势，主要原因在于电池生产过程中存在超高的能耗和温室气体排放。另一方面，由于中国电力结构中火力发电的比例较高，总体发电效率不高，对于电动汽车的推广使用并不友好。
