◎ 文 《法人》全媒體記者 李遼

從2020年4月中國能源法(征求意見稿)將氫能列入能源范疇，至今年北京冬奧會期間816輛氫燃料電池汽車往返于各場館，到不久前我國出臺的首個氫能產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃，人們已經(jīng)清晰地認識到，氫能已在第三次能源革命中正式登場。

目前，氫能正逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一。賽迪科創(chuàng)發(fā)布的《2020氫應用發(fā)展白皮書》指出，占全球經(jīng)濟總量70%的20多個國家已制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，全球直接支持氫能源部署的政策總計50余項，日本、歐盟、美國、韓國等成為響應最積極的國家和地區(qū)。在“雙碳”目標指引下，中國的氫能產(chǎn)業(yè)也將迎來前所未有的發(fā)展機遇。

全球氫能競賽大幕開啟

氫能作為一種替代能源進入人們視野，要追溯到20世紀70年代。當時，中東戰(zhàn)爭引發(fā)全球石油危機，美國首次提出“氫經(jīng)濟”概念，并將氫能作為國家戰(zhàn)略。石油進口依賴度高的日本對能源危機感受強烈，在1973年成立了“氫能源協(xié)會”，開始推進對氫能的研究。

2014年，日本修訂了《日本在復興戰(zhàn)略》，發(fā)出建設(shè)“氫能源社會”的呼吁;美國在2019年發(fā)布了《美國氫能經(jīng)濟路線圖》，計劃到2030年氫能產(chǎn)業(yè)每年創(chuàng)造1400億美元收入和70萬個就業(yè)機會;歐盟于2020年發(fā)布《歐盟氫能戰(zhàn)略》，推動氫能在工業(yè)、交通、發(fā)電等全領(lǐng)域的應用;韓國則計劃到2040年實現(xiàn)氫能社會。

為鼓勵和支持氫能發(fā)展，中國也相繼出臺了多項政策：2019年，氫能被寫入政府工作報告，提出在公共領(lǐng)域加快充電、加氫等設(shè)施建設(shè);2020年，中國能源法(征求意見稿)將氫能列入能源范疇;同年9月，五部門聯(lián)合開展燃料電池汽車示范應用，對符合條件的城市群開展燃料電池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應用給予獎勵;2021年10月，在《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中，提出統(tǒng)籌推進氫能“制——儲——輸——用”全鏈條發(fā)展;今年3月，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》出臺，氫能產(chǎn)業(yè)被確定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。

國家能源局相關(guān)負責人近日表示，我國20多個省份已發(fā)布氫能規(guī)劃和指導意見共計200余份，目前在建和籌建的風光制氫項目超過40個。

近日，國家發(fā)改委創(chuàng)新和高技術(shù)發(fā)展司副司長王翔在接受媒體采訪時表示，中國是世界上最大的制氫國，2021年氫能產(chǎn)量超過了3300萬噸。據(jù)有關(guān)市場機構(gòu)統(tǒng)計，中國氫能相關(guān)企業(yè)的數(shù)量超過2000家，近5年新增企業(yè)注冊數(shù)量快速增長。

氫燃料電池車駛?cè)肟燔嚨?/strong>

談到氫能的應用，人們最熟悉的就是氫燃料電池汽車，該領(lǐng)域也成為各國政府和企業(yè)關(guān)注的焦點。

從20世紀90年代開始，日本汽車制造商豐田、本田、日產(chǎn)就一直致力于氫燃料電池汽車的研發(fā)。僅豐田公司在氫燃料電池系統(tǒng)上就擁有6000多項專利，占了全球相關(guān)專利的一半。

豐田可謂是氫能的優(yōu)秀“玩家”。1996年，豐田成功推出了氫燃料電池試驗車，2014年推出了MIRAI氫燃料電池車，并宣布與2008年推出的燃料電池系統(tǒng)相比，MIRAI的燃料電池系統(tǒng)成本已經(jīng)下降了95%，在6年里降到了原來的1/20。

但日本其他車企的相關(guān)研發(fā)并非一帆風順。本田自1991年開始燃料電池汽車的研發(fā)，2015年成功推出燃料電池汽車Clarity。但受成本居高不下和銷量不佳的影響，2021年，本田在日產(chǎn)宣布暫停開發(fā)氫燃料電池汽車計劃幾個月后，也宣布終止氫燃料電池汽車的生產(chǎn)。

與日本的縱向研發(fā)不同，中國走的是橫向研發(fā)路線，一直缺少領(lǐng)軍企業(yè)牽頭。2009年，由于氫燃料電池汽車成本仍未下降，而特斯拉等電動汽車又具有突出表現(xiàn)，因此中國開啟了以鋰電池汽車唱主角的“十城千輛”工程，某種程度上改變了中國汽車產(chǎn)業(yè)的走向。

“鋰電池汽車逐漸興起之后，氫燃料電池汽車仍然沒有較大突破，整個氫能行業(yè)非常沮喪，覺得這條路走不通了?！?月3日，能源行業(yè)分析師鄭賢玲告訴《法人》記者，她曾在2016年考察了3個氫能項目，都未能被打動?！爱敃r我問一個氫能巴士項目的研發(fā)人員，產(chǎn)品出廠價是多少?當聽到對方300多萬元的回答后，我立即將該項目否定了?！敝钡?018年9月，她到日本豐田MIRAI生產(chǎn)線考察，接待方告訴他，MIRAI的出廠價折合人民幣僅42萬元。同時，她還參觀了大阪巖谷加氫站。“盡管當時加氫站一天只有4輛車前來加氫，但加氫一次只需3分鐘，而一次加氫就可以行駛600公里。”親眼所見的進展讓她十分振奮。

鄭賢玲說，當時從經(jīng)濟性方面看，豐田氫燃料電池汽車的購車成本不算太高，日本政府補貼也比較理性，每輛車的國家和地方政府補貼金額折合人民幣約10萬元，個人購車成本折合人民幣約32萬元，每公里行駛成本0.5元，這是一個大眾可承受的價格。

2020年，MIRAI迎來改款后的第二代車型，在動力上有了極大提升。目前，該車在日本售價約合人民幣36萬元至44萬元，美國版車型售價約合人民幣32萬元，價格相比第一代有了明顯下降。同時，豐田還公開聲明，第二代MIRAI在充滿氫氣的情況下一口氣行駛了1000多公里，比競爭對手、唯一實現(xiàn)量產(chǎn)的韓國現(xiàn)代Nexo充氫5分鐘的續(xù)航里程850公里還要長，再次證明了氫燃料電池汽車的獨特賣點——超長續(xù)航。

鄭賢玲介紹，日本氫能戰(zhàn)略中的氫源主要為褐煤制氫?！叭毡緩膰庖M了價格較為便宜的褐煤，制氫過程雖會產(chǎn)生二氧化碳，但因為采用了CCUS碳封存技術(shù)(以捕獲碳并安全存儲的方式來取代直接向大氣中排放二氧化碳的技術(shù))，將二氧化碳注入海底，因此沒有碳排放?！钡硎?，目前碳捕捉(指捕捉釋放到大氣中的二氧化碳，壓縮之后，壓回到枯竭的油田和天然氣領(lǐng)域或者其他安全的地下場所)、碳封存技術(shù)成本較高，未來需要做到一定規(guī)模后才能降低成本。

從氫燃料電池的成本來看，鄭賢玲表示，2021年燃料電池堆(由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成)成本約占燃料電池系統(tǒng)成本的65%。“這些年，電池堆價格下降，系統(tǒng)也由5年前的兩萬元下降到現(xiàn)在的4千元?！?/p>

如今，氫燃料電池依然很貴，因為提煉時需要用到的催化劑由貴金屬鉑制成，而研究人員正在努力，試圖減少鉑的消耗，或者完全放棄鉑。今年4月，《科技日報》報道，英國開發(fā)出一種氫燃料電池，使用的催化劑由鐵而非鉑制成，降低了氫燃料電池的成本，該技術(shù)讓氫燃料廣泛部署成為可能。

根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院日前發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021年全球氫能源汽車銷量達16313輛，同比2020年增長68%，截至2021年保有量已達49562輛，預計2021年燃料電池市場規(guī)模增速快于2020年?？梢?，氫燃料電池車等交通領(lǐng)域是氫能較為清晰的應用場景。

續(xù)航能力雖強，但配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相較于純電動車更加復雜昂貴，因此氫燃料電池車更適合固定線路、中長途和高載重場景。目前，中國的研發(fā)主要聚焦在氫燃料電池商用車方向。但乘用車并非無人問津，上汽、北汽和廣汽等國內(nèi)企業(yè)也有相應車型已量產(chǎn)或計劃上市。

從灰氫到綠氫的跨越

鄭賢玲介紹，從木材、煤炭、石油、天然氣，再到可再生能源，能源的變革始終遵從一個規(guī)律——減碳。

長期以來，氫氣在能源行業(yè)如同貴族，只在極少的工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)學領(lǐng)域和航空航天中使用。但氫氣并不是天然存在于自然界中，必須通過制備才能產(chǎn)生。

根據(jù)制取方式的不同，業(yè)內(nèi)通常將氫氣分為灰氫、藍氫、綠氫3種?；覛湫枰ㄟ^化石燃料燃燒產(chǎn)生，其間產(chǎn)生大量碳排放;藍氫是在灰氫的基礎(chǔ)上，利用碳捕捉、碳封存技術(shù)，實現(xiàn)低排放制氫;綠氫則通過光伏發(fā)電、風電以及水電等可再生能源電解水制氫，在制氫過程中不會排碳，因此被稱為“零碳氫氣”。

“綠氫具有全生命周期綠色清潔、零碳排放等特點，如果綠電和綠氫協(xié)同，將可替代傳統(tǒng)的排碳能源。”鄭賢玲說。

如今，灰氫占當今全球氫氣產(chǎn)量的95%，綠氫僅占總體氫產(chǎn)量的1%~3%。雖然氫能在能源轉(zhuǎn)型中的潛力再受關(guān)注，但全球制氫的最主要原料仍是化石能源。

5月3日，能源專家蔡紹寬向記者介紹，綠氫要在碳中和路徑中充分發(fā)揮作用，需要實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應用，但目前，綠氫的大規(guī)模發(fā)展有很多制約因素。

“從目前我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈的成本來看，上游的制氫占比最重，達到了55%，儲運氫占30%，加注氫占15%。”蔡紹寬介紹，在目前的制氫技術(shù)條件下，綠氫最低成本約1.5元/Nm3(0攝氏度1個標準大氣壓下的氣體體積)，而灰氫最低成本僅為0.7元/Nm3，綠氫價格高昂，只有取得突破性進展，才能大幅降低綠氫成本。

他還表示，在電解水制氫技術(shù)中，很多材料的國產(chǎn)化程度較低，行業(yè)技術(shù)壁壘深厚?！澳壳埃茪涫褂玫你K和銥兩種貴金屬催化劑，在國內(nèi)儲量較少，原材料極度依賴進口，存在一定的供應鏈風險?！?/p>

由于氫氣重量輕、原子半徑小、性能活潑、穩(wěn)定性差，存儲和運輸難度較大。蔡紹寬稱，盡管已經(jīng)有一定的技術(shù)積累，但儲存材料價格依然高昂，且儲存釋放條件苛刻，目前很多都處于試驗開發(fā)階段。因此，要降低氫氣的運輸成本、提高氫能經(jīng)濟性，有待相關(guān)科技進一步攻關(guān)。

氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對儲氫設(shè)備壓力容器技術(shù)要求提出更高挑戰(zhàn)?！澳壳埃枕n使用高壓IV型瓶儲氫，內(nèi)層是樹脂材料，外層是碳纖維，重量輕、強度高，承壓能力強。而中國的碳纖維行業(yè)已在近幾年走出了虧損，現(xiàn)階段正在大面積擴產(chǎn)。如果實現(xiàn)了碳纖維材料的國產(chǎn)化替代，儲氫設(shè)備的成本下降將迎來較大突破?！编嵸t玲介紹。

目前，中國氫源結(jié)構(gòu)向“可再生氫”傾斜，可再生能源制氫項目取得顯著突破。據(jù)中國氫能聯(lián)盟統(tǒng)計，截至2022年4月，中國可再生能源制氫項目規(guī)劃161個，其中13個項目已投產(chǎn)，合計制氫能力約2.56萬噸/年。

“國家隊”助力氫能發(fā)展

氫氣雖然是易燃易爆氣體，但擴散速度快，具有最大的浮力和擴散性，一旦泄漏會很快上升，向各方逃逸，使得濃度難以達到爆炸所需濃度。因此，相比天然氣、汽油，氫氣安全性更高。

目前，中國氫能以交通領(lǐng)域為突破口快速發(fā)展，但其他應用領(lǐng)域也在不斷取得進展，部分國產(chǎn)化裝備競爭力提升明顯。工業(yè)方面，氫基化工規(guī)?；圏c落地，氫冶金技術(shù)示范項目開啟;能源方面，發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)完成重點技術(shù)試點示范;建筑方面，全國首個氫能進萬家智慧能源示范社區(qū)項目在佛山落地，后期將試點太陽能光伏發(fā)電耦合電解水制氫裝備，并接入局域氫氣管網(wǎng)。

央企也開啟了“氫能模式”。目前，在氫能全產(chǎn)業(yè)鏈上，超過三分之一的央企已布局。

中國石化布局氫能產(chǎn)業(yè)最為積極，副總經(jīng)理凌逸群幾次在公開場合強調(diào)了中國石化的“野心”：在“雙碳”目標下要做“第一氫能公司”，將氫能全產(chǎn)業(yè)鏈作為新能源發(fā)展的核心業(yè)務(wù);中國石油則充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)終端及專業(yè)管理優(yōu)勢，大力投入“油氣電氫非”綜合能源站研發(fā)和建設(shè)，打造“加油站+便利店+新能源”“加油站+互聯(lián)網(wǎng)+新零售”全新商業(yè)模式。

另外，國家電投、國家能源集團、東方電氣、中國能建、中國船舶、華能集團、華電集團、東風汽車、中車集團、一汽集團等，均已制定了各自的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。

可見，進軍氫能領(lǐng)域的不僅僅是能源企業(yè)，其他“國家隊”也在云奔潮涌，為氫能產(chǎn)業(yè)的資金、技術(shù)突破提供強勁動力。

(責編 白馗)