到現(xiàn)在，你還認為氫能源是場“騙局”？

發(fā)展氫能源，實際上是在下“一盤大棋”

愚人節(jié)這天，馬斯克又搞事了。他在推特上說，經過多年的懷疑，他將在2024年將特斯拉從電池轉向氫能。

眾所周知，馬斯克一貫非常不贊同氫能源路線的。他此前曾將氫燃料電池稱為“傻瓜電池”，并稱這項技術“令人難以置信的愚蠢”。明顯，這又是一個愚人節(jié)的玩笑和嘲諷。

不過，馬斯克之所以在這個節(jié)點發(fā)推特，恐怕是因為兩個原因。一個是作為可再生能源，氫能最近引發(fā)了巨大的投資熱情。

另一個，3月23日國家發(fā)改委和能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡稱“《規(guī)劃》”）等一系列政策出臺，氫能源戰(zhàn)略首次升級為國家戰(zhàn)略。

其實很早以前就討論過，氫能源方面，主要還是看國家政策導向。而這次氫能產業(yè)又成為炙手可熱的行業(yè)熱點，專家們也發(fā)表著不同意見，特別是1月份，國家能源局表示，2022年將加快推進能源科技創(chuàng)新，重點推動氫能領域技術攻關，可以說到了一個新的節(jié)點。

01、產業(yè)化的短板

首先，我們需要理清氫能源的發(fā)展現(xiàn)狀和思路。

在最近的電動汽車百人會論壇上，持有限支持態(tài)度的中國工程院院士陳清泉表示，雖然我國氫能資源豐富，但雜質含量高，燃料電池用量不足1%。為實現(xiàn)碳達峰碳中和目標，應提高太陽能、風能、水力能等可再生能源的利用率。

同時他也指出，氫能源利用的關鍵材料方面，我國質子交換膜材料技術和大型化方面還是有短板，產業(yè)化速度應該盡快提升。

這也是很多學者和專家質疑氫能源的地方。這里面包括成本高昂和儲存高風險的問題。說到底，是氫能產業(yè)鏈的完備問題：

一是，制氫成本高，且不易儲存；而且，氫的運輸、容器密封技術和抗壓力技術都有風險；

二是，氫燃料電池汽車續(xù)航與純電動汽車沒有明顯優(yōu)勢，加氫站安全性不易保障。

而在氫能產業(yè)鏈發(fā)展上，行業(yè)人士也認為，率先完成碳達峰的國家領先于中國。

比如，上世紀90年代初，歐盟等國家和地區(qū)普遍完成碳達峰。2007年，美國完成碳達峰。2013年日本完成碳達峰。而且，這些國家都先后在2021年左右制定了相應的國家戰(zhàn)略。

當然，這些差距并非不可逾越，目前也沒有明顯的技術鴻溝和專利限制。比如，2015年豐田宣布將5680項有關氫燃料電池專利，包括氫燃料電池汽車Mirai的1970項關鍵技術專利開放。這也加快了氫能源領域的技術發(fā)展。

同時，國外的氫能源加氫站近兩年也頻繁發(fā)生爆炸事故，說明技術成熟還有很長的路要走。所以，中國2022年明確了氫能源戰(zhàn)略成為國家戰(zhàn)略的做法，“集中力量辦大事”的模式，是有能夠超越對手并領先機會的。

不過，氫能源發(fā)展還是存在悖論。雖說氫來源廣泛，可以通過多種途徑制取，并且可以二次再生，比以往的常規(guī)石油資源的不可再生更有未來。但是，制取氫氣的過程，是要先耗費能源的（就是所謂的氫氣很“高能”）。

那么，我們國家為什么要這么“吃力不討好”地上升到國家戰(zhàn)略來發(fā)展氫能源呢？這是一個很難回答的問題。直到了解到另一條發(fā)展路徑，才找出了其中的關聯(lián)。

02、可再生能源的“魔法”

讓人意想不到的，是氫能源的另一個用途。

先說，中國科學技術大學的校長包信和院士，在一場主題“碳中和與能源革命”的報告中講到新能源戰(zhàn)略的四點：化石能源是基礎，可再生能源是根本，氫能替代是關鍵，二氧化碳處理是未來。

如果再結合包信和院士榮獲國家自然科學獎一等獎的“納米限域催化”技術，我們對國家大力推行包含氫能源在內的新能源戰(zhàn)略，就大體可以猜個七七八八了。

為什么？這要說到，去年有一個爆炸性的新聞：中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所首次實現(xiàn)了二氧化碳合成淀粉。

換句話說，是真正的實現(xiàn)了“熵減”，變二氧化碳為糧食。在糧食安全成為焦點的當下，無疑是絕對領先的技術。

而且，去年10月30日，有消息稱，中國農業(yè)科學院飼料研究所實現(xiàn)從一氧化碳到蛋白質的合成并形成萬噸級工業(yè)產能。

關鍵之處在于，二氧化碳合成淀粉，它的原料是二氧化碳和氫氣，從這些出發(fā)經過若干步化學反應，完全不用生物體系，只用化學催化劑就能合成淀粉。這是非常了不起的“無中生有”般的成果。

▲ 一氧化碳合成蛋白質流程圖

畢竟，一氧化碳合成蛋白質的過程中，制備一氧化碳也需要消耗很多能量。而且，它的合成方法不是純粹化學的，而是要用生物菌種，也就是俗稱的“發(fā)酵”。

從這個意義來說，它就遠遠不如脫離生物體系的二氧化碳合成淀粉了。

然而，氫氣是一種很高能量的物質。除非有廉價的能源，能夠制備廉價的氫氣，這個技術才能派上大用。

就像前面說的，目前氫氣都是用化石燃料制備的，成本很高，所以這個技術的成本要比大自然的光合作用如玉米生產淀粉高得多。

可以說，這個技術“科學上非常重要，技術上離實用還遠。”但可以預見的是，隨著光伏、風電等新能源的成本大幅下降，二氧化碳合成淀粉可能會進入實用。

我們知道，一旦進入實用，那就是千萬噸級別的。這里用到的氫氣量級就非常高了。

重點來了，那么，怎么能降低氫能源的成本呢？那就可以首先通過發(fā)展氫動力汽車的應用來擴大產業(yè)規(guī)模。

當然，這背后是非常宏大的國家戰(zhàn)略，所謂的“一盤大棋”，我只是妄自揣測一下，但是我們可以暢想一下，隨著氫動力汽車的發(fā)展，氫氣的制備成本以“肉眼可見”的速度下降。

這個時候，兩個領域都能同時發(fā)力，這對于超越歐美給我們設置的百年“技術封印”，保證糧食安全戰(zhàn)略的實施，以及擺脫對單一的化石能源的依賴等，無疑是非常有幫助的。

03、氫能從哪里來？

回到氫能的獲得方面，我們知道來源有三種，一種是化石燃料制備的灰氫（Grey Hydrogen），一種是綠氫（Green Hydrogen），也就是通過可再生能源制造的氫氣。還有一種是藍氫（Blue Hydrogen），主要來源是天然氣。

而在氫氣制備方面，雖然中國已是世界上最大的制氫國，但“主要由化石能源制氫和工業(yè)副產氫構成，煤制氫和天然氣制氫占比近八成，氯堿、焦爐煤氣、丙烷脫氫等工業(yè)副產氫占比約兩成，可再生能源制氫規(guī)模還很小”。

也就是基本都是灰氫，綠氫小到什么程度？中國氫能聯(lián)盟表示，2019年電解水制氫產量僅約為50萬噸。

而且，電解水制氫成本高得嚇人。不過，中科院院士、清華大學教授歐陽明高認為，可再生能源制氫是堅持綠色低碳發(fā)展道路的必然選擇。

而說到目前我們國內可再生能源制氫路線（綠氫路線），主要有兩條：

一是，通過太陽能、風能、通過光伏，來電解制氫；

二是，來自氫氣儲存的植物、生物發(fā)酵乙醇重整制氫。

不過，這些都還在初期探索階段。限于篇幅，本文對此不做展開了。而彭博社NEF則很樂觀，認為隨著不斷創(chuàng)新和規(guī)模的擴大，這些成本應該會下降。

也就是說，隨著可再生能源裝機不斷擴大，效率問題可轉化為成本問題。

彭博社NEF還測算，隨著技術規(guī)模的擴大和分配效率的提高，2050年之前，世界大部分地區(qū)可再生氫的生產成本可降至0.70~1.60美元/公斤，使其在價格上可以與中國、印度、德國和斯堪的納維亞半島的天然氣價格相競爭。

更為樂觀的，像國際氫能委員會（Hydrogen Council）的說法，到2030年，氫氣對終端用戶的成本下降將達到60%，在個別應用領域，該技術將成為傳統(tǒng)燃料的替代品。也就是前面包信和院士所說的，“氫能替代是關鍵”。

04、商業(yè)應用為主

氫燃料電池車方面，按照去年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》，到2025年，氫燃料電池汽車保有量將達到10萬輛左右。到2035年，氫燃料電池汽車保有量將達到約100萬輛。

不過，這次《規(guī)劃》的目標倒是老實地降了一半，到2025年，初步建立以工業(yè)副產氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應體系，氫燃料電池車輛保有量約5萬輛，并部署建設一批加氫站。

此外，可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年，成為新增氫能消費的重要組成部分，實現(xiàn)二氧化碳減排100萬-200萬噸/年。

而且，氫能源在商用車領域的“多場景”應用（比如長途客運、長途貨運、物流、碼頭、礦山等長途重載的領域）正在更快速地展開。就像這次北京冬奧會、冬殘奧會上，示范一共用了近1200輛氫燃料電池汽車，累計減碳2200噸，保障了整個北京冬奧會和冬殘奧會的碳中和、零碳排放。

全國政協(xié)副主席、中國科學技術協(xié)會主席萬鋼就表示，從各地示范運行的場景來看，氫能和燃料電池汽車綜合發(fā)展，已經進入商用車“多場景”的示范應用。

燃料電池的壽命普遍達到一萬小時以上，在運行的燃料電池汽車系統(tǒng)有的已經達到三萬小時。

不過我們還是要清醒地認識到，中短期內，我國氫能源汽車仍將以商用車為主。截至2021年，國內燃料電池汽車保有量僅為8936輛。而《規(guī)劃》中所列2025年5萬輛的保有量也并不激進，相比今年新能源汽車500~600萬輛的預期目標，差距一目了然。

歐陽明高也表示，我國燃料電池汽車目前仍處于產品導入期，正在進入應用成本快速下降的成長期。他也建議，我國氫燃料電池在技術儲備等方面較為薄弱，應該盡快建立氫能創(chuàng)新平臺，開展關鍵核心技術攻關和人才培養(yǎng)，打造自立自強的科技體系。

不管怎么說，氫能源戰(zhàn)略都已經成為和以電動為主的新能源戰(zhàn)略并肩的國家戰(zhàn)略。而且，從市場空間來看，中國氫能聯(lián)盟在《中國氫能源及燃料電池產業(yè)白皮書》中測算，到2050年，預計氫能在中國能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬噸，年經濟產值超過10萬億元。

理想是相當豐滿，但我們也要警惕氫能產業(yè)再次發(fā)生過熱的亂象。僅從地域的角度來看，我國至今已有20多個省份、40多個地級市發(fā)布了氫能規(guī)劃，并已建成30多個氫能產業(yè)園區(qū)，規(guī)劃的產業(yè)規(guī)模達到了上萬億元。

“一放就亂，一統(tǒng)就死”，這些歷史的經驗教訓一再發(fā)生，我覺得氫能源產業(yè)發(fā)展大概率地避不開這個“坑”。

但是從長遠來說，既然方向是對的，代價難免，入局的且行且珍惜吧。

作者丨王小西

責編丨崔力文

編輯丨別   致