今天，4月29日，是一辆车悄然改变世界交通历史的日子。
1882年4月29日，一辆马车在柏林郊区哈伦湖540米长的测试跑道上悄然开始行驶，接受电线供电。发明者是恩斯特·维尔纳·冯·西门子博士。该车辆的名称是“Elektromote”。这是世界上第一辆在公共道路上运行的电动公路车辆，是现代无轨电车和电动汽车 (EV) 的直接祖先，使其成为世界上第一辆电动汽车。
从那时起，已经过去了 144 年。当前，我们正在见证特斯拉、比亚迪、Rivian等新兴电动汽车制造商正在重塑市场的时代。然而，为什么我们最初选择了电力，然后又选择了石油，现在又回到了电力呢？在本文中，我们将从 Electromote 开始回顾 144 年的“基础设施与设备”霸主之争，并想象如果电池技术早一点成熟的话 20 世纪会是什么样子。
无声的革命和泥泞的柏林
1882 年春天的柏林，选帝侯大街后面，一条土路仍然纵横交错，雨后的车轮被泥土吞没。空气中弥漫着马粪、尿液和腐烂的死马的味道。 19世纪末的所有大城市都是“动物城市”。 1900年左右，伦敦有11,000辆双轮马车（一匹马拉的马车）和数千辆马车，每天需要12匹马。据说有超过 50,000 匹马为这座城市提供动力。马每天产生 7 至 16 公斤粪便。 1894年《伦敦泰晤士报》写下的轶事“如果再这样下去，50年后，伦敦的所有街道都将被埋在2.7米的马粪中。”尽管其中包含一些无法被后来证实的来源的都市传说，但当时的都市人确实面临着“畜力的限制”。
当天，从柏林郊区哈伦湖车站延伸出来的540米测试跑道上，人群聚集。他们看到的，是一辆四轮马车，诡异地悄无声息地行驶着。两根柔性电缆从车顶延伸到架空电线，架空安装的小型八轮“Kontaktwagen”沿着电线滑行，跟随车辆的移动，就像拴在皮带上的狗一样。这就是集电器的原型，后来被英语称为“电车”，也是“无轨电车”一词的由来。没有马蹄声，没有蒸汽机的轰鸣，只有马达低沉的轰鸣声。观众此刻感受到的或许不是“便利”，而是“寂静”本身。
Electromote 有两台 2.2 千瓦的电机，使用 550 伏直流电源运行，通过链条驱动驱动后轮。最高时速仅为12公里。动力源是由西门子和哈尔斯克公司的总工程师卡尔·路德维希·弗里申（Carl Ludwig Frischen）安装在附近棚屋中的小型蒸汽机和发电机组成的。试运行一直持续到同年6月13日，轨道于6月20日被拆除。西门子曾计划在整个柏林修建高架电气化铁路网络，但市政府对此持怀疑态度，这个想法不得不等到20年后的1902年。
让我补充一点关于它作为技术史的地位。严格来说，电动车是现代无轨列车（无轨电车）的始祖。现代电动汽车 (EV) 仅使用车载电池独立运行，是一种不同的电源系统。尽管如此，本文仍将其称为“世界上第一辆电动汽车”，因为它无疑是第一辆实现“在路上靠电力行驶”这一理念的汽车。此后出现的整个电动汽车系列，包括电池驱动的电动汽车、无轨电车、混合动力汽车和燃料电池汽车，都始于这条 540 米长的测试跑道。
Electromote 的革命性之处并不在于电力驱动本身，而是不需要轨道的自由想法。同一时代的有轨电车被设计为使用铁轨作为电力的返回路径。柏林附近的Gross-Richterfelde有轨电车就采用了这种方法，但由于铁轨带电，如果不小心踩到会有触电的危险。西门子选择了一种无需使用铁轨的方法，仅使用两根架空电线完成电路，一根用于出站线路，一根用于回程线路。这使得车辆可以使用橡胶轮胎在常规道路上行驶。 “无轨电车”的理念在20世纪下半叶被欧洲的城市交通广泛采用。
那么西门子为什么不配备电池呢？
答案是不言自明的。这是因为当时的电池技术还太不成熟。铅酸电池在加斯顿·普兰特发明约20年后才投入实用，但其能量密度仅为现代锂离子电池的十分之几，而且重量和容量之间的权衡无望。为了将 ElectroMote 的 4.4 千瓦总电机输出维持几个小时，需要给车辆的一半充满电池。作为一名工程师，西门子非常了解这些限制。这就是为什么他放弃了将电源放在车内的“以设备为中心”的设计，而是选择了将能源网格延伸到街道上的“以基础设施为中心”的设计。
这和我们今天面临的选择如出一辙：无线供电道路VS大容量电池。与其说西门子是早了140年的特斯拉，不如说是早在140年前举起了“基础设施”运动旗帜的思想家。我认为他想到的不仅仅是一辆汽车，而是一个城市本身的蓝图。
为什么“沉默”输给了“爆发”？
20世纪初，汽车市场上存在三种竞争力量。蒸汽汽车、电动汽车、汽油汽车。据说，1900年左右，美国大约有三分之一的新车是电动的。电动汽车安静、振动较小，并且不需要换档或启动。它得到了富裕城市居民，尤其是女司机的大力支持。底特律电气公司和贝克电气公司等制造商正在开发最高时速为 30 至 50 公里/小时、续航里程约为 80 公里（视具体情况而定）的汽车。对于城市内的短距离来说，性能足够了。
决定因素不是性能，而是分配逻辑。
为了运行电动汽车，需要“基础设施”：电线、变电站和充电站。商人投入大量资金在整个城市建造它们。另一方面，如果燃料被装瓶并出售，汽油动力汽车就可以行驶。事实上，在 19 世纪末和 20 世纪初，汽油与杀虫剂和清洁剂一起在药店出售。哪一个先出现：基础设施还是设备？汽油车作为装置可以自给自足，拥有压倒性的“分散调配能力”，买一瓶就可以在乡村道路或不发达地区行驶。这将决定20世纪的霸权。
具有讽刺意义的转折点发生在 1911 年。代顿工程实验室公司（也称为 Delco）的发明家 Charles Kettering 完善了电动自启动器。 1908年，汽车工程师拜伦·卡特在帮助别人启动汽车时下巴骨折，死于肺炎。他的朋友、凯迪拉克公司总裁亨利·利兰下令开发安全启动装置。 1911 年 2 月，凯特林的电动启动器原型成功，并作为标准装备安装在 1912 年凯迪拉克 Model 30 上，并标语“没有曲柄的汽车”。销量将翻倍。
这就是科技史的残酷讽刺。电动技术本身已将电动汽车的最大优势——无需危险的启动即可轻松启动——“移植”到了汽油动力汽车上。结果，汽油动力汽车吸收了电动汽车的优点，同时保留了其行驶里程长、价格低、加油时间短的优点。 1919 年，自启动装置成为福特 T 型车的选装件，比赛即将结束。
雪上加霜的是 1901 年 1 月 10 日德克萨斯州博蒙特附近的 Spindletop 油田发生的重大井喷。一口井每天喷出大约 10 万桶石油，比当时美国所有其他油井的总和还要多。 1900 年，德克萨斯州的年产量从 836,000 桶增加到 1902 年仅 Spindletop 的 1750 万桶。供应过剩导致价格急剧崩溃，美国部分地区的油价曾跌至每桶 3 美分，这一水平被嘲笑为比自来水还便宜。汽油动力汽车的运行成本将大幅下降，而电力驱动的好处将开始超越经济合理性。
1908年出现的福特T型车，通过大规模生产进一步降低了价格，20世纪被确立为“汽油的世纪”。西门子的沉默被凯特林的起动机、德克萨斯州的黑色喷气式飞机和高地公园工厂传送带的轰鸣声击败。
历史IF：脱碳社会在1920年代完成了吗？
让我在这里做一个小小的思想实验。如果现代锂离子电池的原理早在 1882 年就已经在西门子的办公桌上描述过了，那么 20 世纪会是什么样的世纪呢？
如果能量密度只有当今标准的一半，Electromotes 就会放弃架空电线，并作为独立的“电动马车”在城镇中行驶。与汽油不同，电力不能在药店出售，但电灯网络已经在伦敦、纽约和柏林迅速普及。电池驱动的汽车可能会变得流行起来，因为它可以在街角缓慢充电，同时从路灯获取电力。 20世纪初，电力驱动而不是内燃机可能能够一劳永逸地解决马粪危机。
在这种情况下，德克萨斯州的 Spindletop 油田将作为煤油和塑料原材料的来源来支持石化工业，但它永远不会成为世界能源的统治地位。中东的石油地缘政治将会呈现出完全不同的景象。在1973年的石油危机、海湾战争（1991年）和伊拉克战争（2003年）中，本应引发这些危机的“能源安全”框架很可能并不存在。 20世纪的战争历史或许已被彻底改写。
这座城市看起来会有所不同。如果城市的每个角落都没有加油站，就会导致围绕天然气管道设计的郊区住宅区（美国郊区）的发展。 20世纪50年代洛杉矶的光化学烟雾和经济快速增长时期东京的汽车污染可能不会以我们所知的方式发生——或者它们可能更早地达到不同的临界点。就气候变化造成的二氧化碳累积排放量而言，人类可能已经避免了一个世纪的债务。
当然，这只是一个思想实验。仅电力就会以其他形式造成其他环境负担——大规模锂开采、稀有金属地缘政治、废电池处理问题。技术没有“正确答案”。然而，想象一条未采取的路径将澄清你当前选择的路径的含义。历史是路径依赖的。如果说 1882 年至 1912 年间绘制的几条细线决定了人类未来 100 年或更长时间的能源消费结构、城市形态和外交政策，那么我们现在绘制的线同样具有重要意义。
144年后重逢：我们正在回归“正确答案”
144年后的2026年，西门子梦想以不同的形式回归。全球汽车工业正在经历从发动机到电机的转型。与 1882 年相比，电池的能量密度实际上提高了几个数量级，并继续发展到锂离子电池，然后是全固态电池。续航里程超过500公里的电动汽车已不再罕见。现代电池技术终于克服了无法在车辆端储存能量的限制，Electro-Mort 通过架空电线解决了这个问题。
然而，有趣的是“基础设施”血统并没有消失。相反，它正在以更精致的形式回归。 2023 年 11 月，密歇根交通部和底特律市与以色列 Electreon 合作，沿底特律第 14 街 400 米路段开通了美国第一条公共感应充电道路。嵌入路面下方的铜线圈通过电磁感应传输电力，而带有专用电力接收垫的电动汽车则在上方行驶。最大输出功率为100千瓦。据 Electreon 估计，瑞典于 2018 年开始试运营世界上第一条电气公路，而法国据说正在考虑到 2035 年使约 9,000 公里的主要道路实现电气化。
这只不过是用现代技术来完善西门子Electromote的一次尝试。架空电线消失了。然而，在绕了144年的弯路之后，承载能源和车辆在行驶时接收能源的“基础设施”的想法以地下电磁感应线圈的形式复活了。也许随着架空线路的消失，城市景观比西门子看到的要简约得多。线圈隐藏在普通沥青下。技术的成熟往往意味着它变得“隐形”。
此外，现代电动汽车不仅仅是“电力接收者”。V2G（车到电网）这种双向电力传输技术称为“”，旨在将停放的电动汽车作为巨型分布式蓄电池整合到电网中。白天太阳能发电的剩余电力可以存储在数百万辆电动汽车中，然后在夜间或供需紧张时释放到电网。这可能是西门子设想的基础设施用电的最终形式。我们生活在一个汽车既是电力市场的消费者又是电力市场参与者的时代。
1882 年 4 月 29 日，这辆没有马的马车静静地行驶在哈伦湖的土路上，从某种意义上说，它只是一个错误时代的成员。电池、半导体、无线电力传输、双向电网——我们需要的所有技术现在都已到位。我们以为自己正在走向“最前沿”，但实际上我们可能正在试图回到“正确答案”。电动汽车的转变是向未来的跳跃，但同时，这也是一次最终让我们回到144年前在十字路口放弃的道路的旅程。
西门子大概是想听到线圈再次开始工作的声音。我们还被问到如何设计这种声音。我们应该通过基础设施使城市电气化，还是通过设备来发展汽车？ 144 年前的同一个问题现在正在以不同的方式被问到。我们现在正在划定未来100年的界限。
信息
【术语解释】
経路依存性（Path Dependency）
这是指过去的选择和偶然事件限制随后的进化路径的现象。这一概念经常出现在技术选择和制度设计中，并解释了理性最优选择并不一定能够生存。典型的例子包括 QWERTY 键盘和北美铁路的轨距（4 英尺 8.5 英寸）。本文讨论的“汽油车霸权”也是初始条件积累如何缩小后续选择范围的典型例子。
能量密度
它是显示单位质量或单位体积所储存能量的指标。就电池而言，它以Wh/kg（重力能量密度）或Wh/L（体积能量密度）表示。据说1880年代的铅酸电池容量约为30至40Wh/kg，但现代锂离子电池的容量为250至300Wh/kg，目前正在开发的全固态电池的目标是超过400Wh/kg。提高能量密度是车载电动汽车商业化的最大因素。
V2G（车到电网）
是指电动汽车电池双向接入电网，以车辆作为分布式储能和供电资源的系统。通过在高峰需求时段从车辆向电网放电，在需求非高峰时段从电网为车辆充电，有助于稳定整个电网和扩大可再生能源的引入。这一技术概念将电动汽车的角色从单纯的交通工具扩展为电力市场的积极参与者。
[参考链接]
西门子——公司历史（外部）
官方档案追溯了创始人西门子的发明历史以及公司电力驱动研究的谱系，包括 Electromote。
IEEE Spectrum — 电动汽车失落的历史（外部）
一篇长文，从工程师的角度解读了20世纪初消失的电动汽车的兴衰以及现代电动汽车复兴的背景。
维基百科——Electromote(外部)
百科全书条目，总结了 1882 年 Electromorte 的技术规格、行驶路线以及拆解前的历史。
德克萨斯州历史协会 — Spindletop 油田（外部）
本书根据第一手资料，解释了纺锤顶喷发（1901 年）的情况，该喷发成为德克萨斯州油田历史的基石。
底特律市——全国第一条公共电动汽车充电道路（外部）
将于 2023 年开放的美国第一条公共无线充电道路的结构，以及 Electreon 技术概述。
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[编者后记]
我们之所以挖掘 144 年前的新闻，是因为每次我们写一篇新技术时，都会问“这真的是未来吗？还是我们只是回去捡起我们忘记的东西？”我的脑海中闪过。电动汽车、无线电力传输、V2G——所有这些都在使用最新的趋势词汇进行讨论，但这些想法的起源是 1882 年一位工程师站在柏林的一条土路上。
您对我们目前选择的“电气城”有何期待？这座城市没有架空电线或加油站，电网在安静的沥青下运行。或者它是一个电力双向流动的城市，从屋顶上的太阳能电池板到你的汽车，再从你的汽车到城市？或者也许你正在描绘一幅完全不同的图画。如果您愿意，请在社交媒体等上告诉我们您的印象和其他“历史IF”。未来144年的地图将在此时此地绘制。