氢能源崛起之困

　　一种新燃料，不仅能加热制冷，还能以不同规模发电，乃至驱动各种发动机，并广泛应用于家庭、工业和运输等几乎所有领域。

　　另外，尽管听起来不太真实，这种燃料不会产生任何辐射、颗粒物、大气污染物，且来源无处不在，地球的任何角落都储备丰富。

　　1869年，在科幻鼻祖儒勒·凡尔纳笔下，《海底两万里》中可怕的“鹦鹉螺号”潜艇用之不竭的燃料，便是氢气。

　　2H2+O2=2H2O，这个化学方程式就像的二部创意曲，简洁却蕴含巨大的能量。当氢以游离气体形式存在时，按重量计算的能量密度，让任何化石燃料都自惭形秽。

　　时过境迁，150年后的今天，当氢能源再次立于能源变革的风口浪尖，能否从绘本中走出，成为真正的英雄？

　　以锂电车为例，存在充能时间长、冬季续航衰减严重、受充电设施制约等等问题。更加之，所谓的电动汽车环保，无非是把城区的污染转移到了郊区，电池污染是一个不能回避的问题。

　　氢能源则能很好解决这些短板：能量密度远高于锂电池、加氢过程只需3-5分钟续航500km，循环寿命4000次以上，排放的只有净水，没有污染。

　　去年11月的上海进博会上，当丰田Mirai第二代氢燃料电池乘用车首次在中国亮相，最大续航里程达850km，不少车迷都开了眼界。

　　只是，与传统锂电池相比，氢燃料电池似乎拥有无与伦比的优势。为何这么多年过去，仍没有进入商业推广阶段？

　　比如，在日本市场，Mirai的售价为723.6万日元（约36万元人民币），另可获得200万日元的补贴，终端售价523.6万日元，而Mirai本身并不是什么高级车型。

　　在我们这方世界，氢气单质几乎不存在，只有化合物，最常见的是水或碳氢化合物。而所谓的氢能源，即纯度较高的氢气，必须从化合物中分离、经过繁琐的制取过程才能获得。所以，在地球上，氢只能作为二次能源。

　　目前制氢常见技术有三种，煤制氢，天然气制氢，电解水制氢。按照生产来源划分，分别叫“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。

　　前者耗能小，但制备1公斤氢气会排放约10公斤二氧化碳。如果我们要大力发展氢能源，肯定不是朝这个方向。

　　后者相对环保一些，但每制取1公斤氢气需耗电约11度。最关键的，碳捕集技术目前并没有完全克服。

　　而如果用电解水制氢，每制取一公斤氢则要耗电约48度，能耗之高让人不禁发出疑问，氢能产业真的有美好未来？

　　没错，除去核燃料，等质量氢的发热值是所有燃料中最高的，约为煤炭的6倍，乙醇的4倍，汽油的3倍。

　　但作为质量最轻的元素，氢气的密度太低。常温下，氢气的能量密度仅为天然气的三分之一。所以，氢气基本可以从任何容器中逸出，如何封装、储存，就成了老大难。最常见的方法有两种。

　　一是低温储氢，当将氢气放在-253摄氏度时，气氢变身成功，成为液氢。除了降温，要维持储氢罐体内的温度，这样就需要巨大能耗，也就是说相当于用直升飞机运输一筐廉价水果，根本得不偿失。

　　二种储氢方式是高压气态储氢，目前其质量储氢密度大约为4.0～5.7%。从技术成熟方面来看，高压气态储氢最成熟、成本最低，也是现阶段主要应用的储氢技术，基本能与传统加油方式相媲美。尽管这种储氢方式比较稳妥，但是对于更高的车载储氢要求如储氢量、安全性等问题，尚未有合适的解决方案。

　　目前国内在储氢瓶布局的企业并不多，毕竟技术难、成本高就算了，更关键的是在上下游都难有话语权，属于典型的脏活累活。

　　铂矿在全世界的分布却极不均衡，南非占世界铂的总储量的90%，产量也是遥遥领先。中国的铂资源只占0.58%，也就是说，我们想大规模发展氢燃料电池，就需要大量进口金属铂。

　　如果制氢催化剂技术不变革，可以想象得到，我们原来依赖石油，以后换成了铂，那氢燃料汽车可以说就是移动的“奢侈品”。

　　我国加氢站以高压氢气加氢站为主。比如，去年11月18日，全国首座高速服务区加氢站正式落户山东，占地1640平米，耗资1160万元。

　　由于氢的物理特性，储运困难，氢能的基建设施尤其昂贵。设备成本在当中占百分之80左右，其中绝大多数又是花在了氢气的压缩、储存和冷却、加注系统上。

　　有人测算过，将产能到耗能的全过程纳入成本测量后，氢能的消费价格远高于电能。也就是说，仅基建等方面导致的非能源成本，氢能消费者就需要比电能支付2倍以上的价钱。

　　第一次石油危机结束后，美国马上成立了国际氢能协会，探索燃料电池技术的开发。当年，通用汽车最早提出“氢经济”概念，希望利用氢的化学性质实现清洁能源的循环利用。

　　到90年代，《联合国气候变化框架公约》面世，引起了全球对气候变暖的关注，发达国家开始耗费重金寻求氢燃料电池车技术突破。

　　2017年4月，在“氢能源阁僚会议”上，安倍晋三郑重宣布：“我们要领先全世界，创造一个氢能源社会！”

　　2021年7月，日本经济产业省（即商务部）公布的能源政策中提到，计划到2030年，要让氢、氨等新燃料的发电量占到总量的1%。

　　在全球化的时代，一个产业要发展起来，需要各个国家在生产、运输、应用至消费各个环节通力合作，才能打造出一套完美闭环。

　　先不说一亿多人口的市场能不能玩得转。单看日本的人口结构，平均岁数在45岁以上的国民，整体上早已过了尝试新消费的劲头，更不会有冒险的狼性精神，对新产业的发展自然而然就钝化了。

　　所以，纵使从上游的制氢技术，到中游的运输、储存，再到下游的加氢站、电池制造等全产业链，日本都牢牢把握着先发优势，但也做不大。

　　这也是为什么，丰田会在2015年公开5680件非核心专利，供全世界厂家无偿使用。为的就是活跃市场。

　　但无论如何，时至今天，日本的氢能技术说是独步天下，也并不夸张。全球接近70%的氢燃料汽车专利都掌握在其手中。

　　仅丰田一家公司，就拥有超过2.5万件专利，在系统控制、高压氢气罐、电解质膜、发动机电池装置等方面，都占据着垄断地位。

　　可以这样说，目前氢气电池燃料FCV的核心技术专利几乎百分百掌握在日本、德国和美国的车企手中，我们想要弯道超车，其实并不容易。

　　至少在现阶段，国内厂商的核心零部件基本依赖进口，做的大多是些集成组装工作，面临被卡脖子的困境。

　　在燃料电池进行化学反应供能的过程中，氢燃料电池气体扩散层（GDL）起到了极为重要的作用——它不仅是气相反应物和液体水的运输通道，也是反应后生成的热能和电能的传导通道。

　　但这种至关重要的材料，核心技术在日企东丽公司手中，其产量高达5.37万吨。而中国的该技术，尽管在2020年实现了突破，但如江苏恒神、中复神鹰等龙头企业，产量也只达到5000吨、8000吨，与之根本不在一个量级。

　　中游。有分子态、液态和固态技术等储运，目前较成熟的是气态，液态主要用于航空航天领域，固态则是最有潜力的方向，也是未来燃料电池和储运的终极答案。日本在这个领域全面领先，我们目前加氢站的关键设备基本都依赖进口。

　　下游是最卡脖子最严重的，主要有电堆、双极板、膜电极、质子交换膜、扩散层，以及汽车里必需的氢循环泵、空气压缩机等八项技术。

　　就目前看来，尽管入局其中的企业很多，但真正颠覆式创新的技术很少，更多仍是在应用中迭代，在成熟理论上做应用创新，比发力底层技术的收益更大。

　　如果仍只是单纯追求整车生产的组装厂的投产，并急于达成在2030年生产100万台的氢能源汽车的目标，很可能就会重复当年的“拿市场换不了技术”的弯路。

　　1992年，已是耄耋老人的钱学森先生给时任国务院总理邹家华写了一封信，建议大力发展电动车，“要组织力量，中国有能力跳过一个台阶，直接进入汽车的新时代。”

　　毕竟，从终极方向看，锂电池属于过渡产品，为的是应对石油问题，就好像5G一样。而氢能源即便成本再高，也必须跟上，没得选择。

　　“日本人发明了锂电池，韩国人把它做大，中国人把它做到世界第一。假如我们不是世界第一，我们没有存在的价值。”

　　2019年，氢能源被首次写入《政府工作报告》，随后便出台了《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》，根据规划，力争到2030年实现加氢站数量1000座，燃料电池车200万辆。

　　比如隆基，从2018年就开始关注和布局可再生能源电解制氢，近三年来都在持续研究，在电解制氢装备、光伏制氢等领域已经形成了技术积累。

　　而在碳中和的趋势下，可再生能源电解制氢有望成为最主要的制氢方式，市场需求和发展空间也进一步打开。

　　3月，《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》重磅出台，给整个行业带来期盼多年的顶层设计。

　　伴随近期国家和地方对氢能的政策鼓励，江苏神通、亿华通、上汽集团、长城汽车、海马汽车等多家产业链上市公司加速驶入氢能赛道。

　　这个时候，恰逢俄乌打得不可开交，化石能源的供需格局陷入动荡，本就在双碳议题中被捧红的氢能，热度再次飙升。

　　所以，在未能攻克成本问题的当下，氢能源的魅力，并不在于其是否廉价，而在于打开了真正进入清洁能源的数字电气化科技时代。

　　丰田章男泽不止一次强调氢能才是终极能源。只是在马斯克眼里，氢动力汽车是一个“愚蠢得令人难以置信”的想法。

　　在未来，氢能源必然是新能源大家庭的重要补充，前提是完成有效降本。尽管有政策的支持，但行业目前的能见度和确定性都不高。

　　前途是光明的，但道路也一定是曲折的。用投资的话来说就是，氢能源是风口，但现在还不是炒作的时候。

　　正如火箭科学家罗伯特祖布林，曾在《能源的胜利》一书中谈到后石油时代的未来：“氢只有在最坏的情况下，才可能成为汽车的能源”。