2022 年氫能源又「熱」了起來。
服務 2022 北京冬奧會的豐田 Mirai 和柯斯達氫燃料電池車
一方面出于近期電池原材料的瘋漲，「妖锂」、「妖鎳」頻出，很多人對锂電池的未來開始變得不再那麼樂觀；另一方面北京冬奧會的成功舉辦，大大提高了氫能源車的曝光量，包括豐田的二代 Mirai。
對于氫能源，國内外一直有着兩派截然相反的聲音：一種認為氫是絕對環保的終極能源，現在的化石能源、锂電等都隻是過渡，未來将一統天下；另一種則認為氫本身昂貴又危險，隻會胎死腹中，根本沒有未來。
為了避免被「二極管」式的言論誤導，我們先來看看國家的規劃和意見，恰好在 3 月 23 日，國家發展改革委、國家能源局聯合印發了《氫能産業發展中長期規劃（2021—2035 年）》（以下簡稱《規劃》），明确了氫能的三大「戰略定位」：氫能是未來國家能源體系的重要組成部分；氫能是用能終端實作綠色低碳轉型的重要載體；氫能産業是戰略性新興産業和未來産業重點發展方向。
随着頂層設計落地，為了更好地了解國家的規劃和氫能源未來的發展方向，先要了解一下國内氫能源發展的現狀。
01
大陸氫能源現狀：制氫優勢明顯，但仍處于發展初期
首先和很多人印象相反的是，中國是世界上最大的制氫國，年制氫産量約 3,300 萬噸，其中，達到工業氫氣品質标準的約 1,200 萬噸。
不過從制氫來源來看主要是工業副産氫和煤制氫，仍屬于不太環保的「灰氫」，如果在這個過程中結合碳捕集利用與封存（CCUS）技術，最多可降低 80% 碳排放，這就變成了相對環保的「藍氫」，不過要實作終極零排放的環保目标，還得靠「綠氫」，恰好這方面大陸也有不小的優勢。
中國工程院院士陳清泉在電動汽車百人會 2022 上提出：「 大陸有豐富的可再生能源的資源，太陽能、風能、水力能。大陸可再生能源禀賦相當于大陸峰值能源需求總量的 2.7 倍」。目前大陸可再生能源裝機量全球第一，并且還在快速增長中。
政府補貼了 10 多年後，大陸光伏行業處于全球領先地位
大陸中西部有大片光照充足、人煙稀少的地方非常适合發展光伏發電，同時經過十多年的政策扶持，大陸在光伏發電領域的技術也全球領先。根據官方資料，2021 年大陸光伏發電新增裝機 54.88 GW，光伏發電量達到 3,259 億 kWh，同比增長 25.1%。出口方面，大陸光伏産品出口超過 284 億美元，同比增長 43.9%。
在技術提升和規模效應的雙重作用下，大陸光伏發電的成本在快速下降，去年 6 月四川甘孜州正鬥一期 200 MW 光伏基地開标，最終以 0.1476 元/kWh 的超低價中标，并且這一價格包含了生态維護的費用。
除了光伏發電，大陸水利發電、核電（擁有最多的在建核電站）、風能這些環保的可再生能源發電未來都有不小的優勢，随着成本的降低，未來用這些能源通過「電解水」所制成的「綠氫」對完成 2030 年碳達峰、2060 年碳中和的目标有着重大意義，同時也能減少能源的對外依賴程度。
總體來看，無論是現階段主要用化石能源、工業副産品制成的「灰氫」，還是未來用可再生能源制成的「綠氫」，大陸都有不小的優勢。
不過《規劃》也指出，大陸氫能産業仍處于發展初期，存在産業創新能力不強、技術裝備水準不高等問題。相關核心裝置依然主要依靠進口，一些關鍵技術存在短闆，制氫設施、氫能儲存與輸送設施、加氫站布局及氫安全輔助設施等在内的氫能基礎設施發展滞後。
這些問題反映到現實中便是大陸目前對氫能的利用還主要在于化工領域作為原材料使用，每年還有不少氫氣被「空排」浪費掉了。
那麼生産了這麼多氫氣，除了化工領域外，還有什麼用途呢？可以先從大家比較關心和熟悉的汽車領域說起。
02
氫能源車現狀：乘用車難普及，商用車靠補貼
首先目前氫能源車分為兩派——氫内燃機和氫燃料電池，目前國内吉利、長城以及紅旗都已經釋出了自研的氫内燃機，簡單了解就是發動機過去燒的是油，現在改燒氫氣了。好處是可以繼承燃油車的體系，研發難度低，壞處是幾乎也繼承了燃油車的全部缺點，驅動效率和駕駛體驗無法與電驅動相提并論，同時即便是「燒氫氣」，因為空氣中有七成的氮氣，在高溫高壓下仍會産生嚴重污染空氣的「氮氧化合物」，背離了氫能源零排放的環保初衷。
750hL，寶馬很早就開始研發氫能汽車了
寶馬從上世紀 90 年代開始了氫内燃機的研究，2000 年制造了 15 輛氫氣發動機轎車——寶馬 750hL，搭載一台 5.4 L V12 發動機，既能「燒油」也能「燒氫氣」，雖然技術确實很領先，但在使用氫氣作為燃料時，最大功率和峰值扭矩分别隻有 150 kW 和 300 N·m，同時巨大的氫氣罐占據了大半個後備廂，實用性非常差。
寶馬 iX5 Hydrogen，今年下半年應該會上市
是以寶馬也逐漸開始停止氫内燃機的研發，開始轉向更能代表未來的氫燃料電池汽車，實際寶馬在上世紀 70 年代就開始了相關研究，今年将釋出的 iX5 Hydrogen 便是代表，最大功率将達到 275 kW，在低溫下續航能超過 500 km。
此外馬自達還公布過氫能轉子引擎，但始終停留在 PPT 和專利上，總體來看未來氫能汽車主要還是要看氫燃料電池汽車。
本田的電動化轉型十分激進
目前仍在氫燃料電池乘用車上大規模投入生産的隻剩下豐田、現代和寶馬，2021 年本田和日産分别宣布了停産氫能源車的消息，轉而投向電動車的懷抱，4 月 12 日，本田公布了非常「激進」的電動化轉型計劃：未來 10 年，在電動化和軟體領域共計投入約 5 萬億日元，到 2030 年，将在全球市場推出 30 款純電動汽車，計劃年産量超過 200 萬輛，2024 年開啟全固态電池生産線。
2021 年全球氫燃料電池乘用車（FCEV）的銷量為 1.6 萬輛，其中現代 NEXO 和豐田 Mirai 全球銷量分别為 9,620 和 5,918 台，其他廠商和車型基本可以忽略不計。作為對比，2021 年全球電動車的銷量達到 650 萬輛，同比增長 109%，占全部乘用車的 9%，相比起來，氫燃料電池車的份額不值一提。
現代 NEXO，已經是目前全球賣得最好的氫燃料電池乘用車了
要知道豐田和現代為了推廣自家的氫燃料電池産品，已經非常賣力了。比如在美國購買指導價 62,385 美元的現代 NEXO Limited 車型，官方直降 2 萬美元，外加 8,000 美元的聯邦稅收抵免和 4,500 美元的加州清潔車輛退稅，最終到手隻要 29,885 美元，還有六年的無息貸款，這個嘗鮮成本已經非常低了，但還是很少有美國人買（NEXO 銷量大頭在本土南韓）。
而沒人買的原因也很簡單：體驗差。
體驗差的第一點在于沒有加氫站，資料顯示 2020 年底，美國本土隻有 49 座加氫站，全球加起來也隻有 553 座，這可比「電動爹」的裡程焦慮誇張多了，基本隻能圍繞有加氫站的地方開車。
2019 年挪威一加氫站發生爆炸
而加氫站和氫燃料電池車就像「先有雞還是先有蛋」的問題，沒有車來加氫，自然沒有動力建加氫站，沒有加氫站，自然沒有人願意買氫燃料電池車。而即便在政府的大力補貼下，加氫站大部分也處于虧損狀态，因為其本身的建設成本就非常高，大陸每座加氫站的成本大概在 1,000—1,500 萬元，是傳統加油站的 3 倍。同時由于加氫站一旦發生爆炸，其破壞力非常恐怖，是以周圍的居民會強力抗議反對，挪威、南韓本土都已經發生了類似的事件。
豐田 Mirai 二代用了 3 個儲氫罐，續航裡程能達到 850 km，但嚴重擠占了車内空間
另外碩大的儲氫罐占據了車内寶貴的空間，豐田 Mirai 二代和雷克薩斯 LS 同平台打造，但是後排和後備廂空間遠不如前者，另外盡管是電驅動，但目前燃料電池的功率十分有限，在動辄 3、4 秒加速的電動車面前，豐田 Mirai 9 秒左右的加速太平庸了。
是以業界目前普遍認為，氫燃料電池在商用車上更有前途，尤其是重卡。首先氫氣作為最小的分子，來源豐富，品質能量密度高，熱值達到 142 MJ/kg，是汽油的 3 倍，是锂電池的 200 倍。另外加氫的速度非常快，對于追求效率的卡車司機來說，如果采用純電動卡車，不僅要拖着重達 4、5 噸的電池包，每次幾個小時的充電時間也是難以容忍的。最後重卡的行駛路線相對固定，加氫站的布局可以更高效。這幾點優勢都讓氫燃料電池的商業化看到了曙光。
正在加氫的上汽大通 V80 氫能源車
不過目前氫燃料重卡的成本仍然高企，燃料電池堆系統占了整車成本的 65%，中間很多關鍵部件都是進口的。據了解，目前一輛功率達到 110 kW，載重超過 31 噸 的氫燃料電池重卡出廠價在 130—150 萬元左右，如果按照 1:1 的地補标準，2020 年購買可享受 54.6 + 54.6 萬元的補貼，最終價格可以和傳統柴油卡車 30—40 萬元的售價差不多，考慮到國補和地補的退坡，如果終端降本的速度不夠快，那麼很難吸引「卡友們」去購買一台氫燃料電池卡車。再比如 2018 年一台上汽大通 V80 氫燃料版的售價為 130 萬元左右，國家補貼 100 萬後才有了 30 萬左右的終端價格，而其汽油版隻需要 10 多萬元。
特斯拉純電半挂 Semi，大機率明年能量産上市
與此同時，氫燃料重卡還面對「換電」這一模式的沖擊，目前吉利、甯德等巨頭已經在布局，同時大洋彼岸的特斯拉 Semi 即将在明年釋出，據稱在搭載 4680 電池後，續航裡程能達到接近 1,000 公裡，充電 30 分鐘能行駛約 650 公裡，如果這些參數能實作，可能暫時沒有氫燃料電池重卡什麼事了。
目前來看，氫燃料電池在乘用車上的發展已經遠遠被電動車甩下，在商用車領域目前嚴重依賴補貼（好在因為門檻很高，是以不用怎麼擔心「騙補」），相當長一段時間裡，氫能源車都隻是一個配角，在《規劃》裡提出到 2025 年大陸的氫能源車保有量要達到 5 萬輛，這個保有量不到特斯拉上海工廠一個月的産量，其中基本都會是氫燃料電池商用車。
03
锂電池車還是氫燃料電池汽車，日本說了不算
時間回到 2010 年，那個時候的電動車也普遍不被看好，但是通過國家超 3,000 億的巨額補貼以及發綠牌等政策紅利，最新乘聯會的資料顯示，3 月份新能源車的滲透率已經達到了 28.2%，替代燃油車已經不是一句玩笑話了。
試想如果在同一時期氫燃料電池得到中國、美國、歐洲同樣力度的支援，在政策、資本和人才的共同努力下，其成本将明顯下降，資料顯示從 2010 年到 2020 年間，全球锂離子電池組平均價格從 1,100 美元/千瓦時降至 137 美元/千瓦時，降幅達 89%。如果氫燃料電池能實作類似的降本之路，絕對不止是在冬奧會上展示一下。
拜登在福特工廠演講，推銷 1740 億美元的電動車推廣計劃
但目前來看，中美歐已經默契地選擇了锂電池路線，隻是把氫燃料電池作為一個備選方案，氫燃料電池車的潛力再大也隻是潛力了。
其原因就在于日本在氫能源領域積累的壁壘過于高，目前全球氫能源的布局和技術上，僅豐田一家就有 6,000 個左右的核心相關專利，占了全球的一半左右，擺出了一副「吃獨食」的姿态，如果選擇了重點發展氫燃料電池的路線，等于是在替日本「打工」。
而中美歐汽車市場加起來占了全球的 65% 左右，對比日本市場隻有 5% 左右，同時中美歐 GDP 加起來是日本的十倍，即便日本再想推廣氫能源車，本土的那點市場和資金也無法支援技術和産品的持續快速疊代更新。
04
被低估的氫儲能：光電、風電好搭檔
上面提到雖然大陸目前發電、制氫主要都依賴于「煤電」，但未來水利、光伏、風能、核能将逐漸成為主角，國際能源署(IEA)釋出的《全球能源行業 2050 淨零排放路線圖》指出，到 2050 年，全球近 90% 的發電将來自可再生能源，風能和太陽能光伏發電合計占近 70%。
沙漠中的光伏太陽能電池闆
不過這些可再生能源都有一個很大的特點——不穩定，比如光伏發電完全是「看天吃飯」，不同季節、不同時候的發電量天差地别，這點是十分「不讨喜」的，電網大部分時候很難容納這種電，假如光伏發的電直接連接配接到你的電器上，要麼經常斷電，要麼燒掉。
是以每年就有很多電被白白浪費掉了，相關資料統計， 2018 年中國光電、風電和水電的棄電量就超過了 1,000 億度。
是以儲能就成了非常關鍵的一環，國家發改委、國家能源局印發的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》指出，到 2025 年，國内的新型儲能裝機規模要達 30 GW 以上，其規模是 2020 年的十倍。相關機構預測，到 2030 年大陸大部分地區光儲結合可實作平價，儲能市場空間可達 1.2 萬億以上。
抽水蓄電，目前已經比較成熟了
目前儲能主要有兩種模式，第一種「抽水蓄電」，這種方法成本可控，但遇到沒水的地方就不好使了，而風電、光伏發電未來很大一部分都在中西部缺水的荒涼地帶；另一種是「電化學」，主要是用大量電池組儲存電能，成本太高，并且不适合長期儲存電量。
用光電、水電、風電來電解水制成的氫屬于「綠氫」
相對來說，氫儲能是一個比較理想的方案，基本原理是用風電、光電、水電等發的電用來電解水，得到氫氣将其存儲起來，如果電網需要則再把氫氣通過燃燒或燃料電池等方式變為電，當然也可以用于化工或用作交通運輸。
舉個例子，在大陸西部某地方的一片光伏發電區域，可能面臨夏季發電量過多而冬季發電量不足的情況，這個時候可能要将半年發的電儲存起來，顯然熱值高的氫氣更合适，同時還能夠通過管道、長罐拖車方式把存儲的氫氣送到用電量高的地區。
中國科學院院士歐陽明高表示，從規模儲能經濟性上看，固定式規模化儲氫比電池儲電的成本低一個數量級，在能源利用的充分性方面，氫能大容量、長時間的儲能模式對可再生電力的利用更充分，氫能是集中式可再生能源大規模長周期儲能的最佳途徑。
當然，這種「電—氫—電」的方式确實效率不夠高，目前隻有 30—50%，并且目前電解水制氫的成本也不低，未來高效且低成本的電解水制氫技術是一大突破方向。
總體來看，随着未來可再生能源的快速發展，氫儲能的潛力非常巨大，甚至超過了氫燃料電池汽車。
05
寫在最後
目前對于氫能源的未來，業内業外的争議和分歧仍然非常大，随着國家頂層設計的出爐，氫能源是未來國家能源體系的重要組成部分地位确立，氫能源也将起着越來越重要的角色。根據中國氫能聯盟的預測，2050/2060 年氫能在大陸的能源體系将占到 10% 和 20% 的份額。
氫動力概念飛機，預計 2035 年落地
在氫氣的應用方面，目前來看氫能源乘用車大規模普及的幾率微乎其微，商用車領域将和電動車正面競争，而氫儲能的潛力明顯被低估，未來或将扮演者比氫燃料電池車更重要的角色。另外在建築配套供能、能源分流、氫動力飛機、氫動力船舶等領域有着非常大的潛力，總之下次再談到氫能，别再隻知道汽車了。
撰文：伍剛星
編輯：萊因哈特
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