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發(fā)展氫能源，實(shí)際上是在下“一盤(pán)大棋”
愚人節(jié)這天，馬斯克又搞事了。他在推特上說(shuō)，經(jīng)過(guò)多年的懷疑，他將在2024年將特斯拉從電池轉(zhuǎn)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(xiàng)技術(shù)“令人難以置信的愚蠢”。明顯，這又是一個(gè)愚人節(jié)的玩笑和嘲諷。
不過(guò)，馬斯克之所以在這個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)推特，恐怕是因?yàn)閮蓚€(gè)原因。一個(gè)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(gè)，3月23日國(guó)家發(fā)改委和能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡(jiǎn)稱“《規(guī)劃》”）等一系列政策出臺(tái)，氫能源戰(zhàn)略首次升級(jí)為國(guó)家戰(zhàn)略。
其實(shí)很早以前就討論過(guò)，氫能源方面，主要還是看國(guó)家政策導(dǎo)向。而這次氫能產(chǎn)業(yè)又成為炙手可熱的行業(yè)熱點(diǎn)，專家們也發(fā)表著不同意見(jiàn)，特別是1月份，國(guó)家能源局表示，2022年將加快推進(jìn)能源科技創(chuàng)新，重點(diǎn)推動(dòng)氫能領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)，可以說(shuō)到了一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)。
01、產(chǎn)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(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇上，持有限支持態(tài)度的中國(guó)工程院院士陳清泉表示，雖然我國(guó)氫能資源豐富，但雜質(zhì)含量高，燃料電池用量不足1%。為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，應(yīng)提高太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力能等可再生能源的利用率。
同時(shí)他也指出，氫能源利用的關(guān)鍵材料方面，我國(guó)質(zhì)子交換膜材料技術(shù)和大型化方面還是有短板，產(chǎn)業(yè)化速度應(yīng)該盡快提升。
這也是很多學(xué)者和專家質(zhì)疑氫能源的地方。這里面包括成本高昂和儲(chǔ)存高風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題。說(shuō)到底，是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的完備問(wèn)題：
一是，制氫成本高，且不易儲(chǔ)存；而且，氫的運(yùn)輸、容器密封技術(shù)和抗壓力技術(shù)都有風(fēng)險(xiǎn)；
二是，氫燃料電池汽車(chē)續(xù)航與純電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，加氫站安全性不易保障。
而在氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展上，行業(yè)人士也認(rèn)為，率先完成碳達(dá)峰的國(guó)家領(lǐng)先于中國(guó)。
比如，上世紀(jì)90年代初，歐盟等國(guó)家和地區(qū)普遍完成碳達(dá)峰。2007年，美國(guó)完成碳達(dá)峰。2013年日本完成碳達(dá)峰。而且，這些國(guó)家都先后在2021年左右制定了相應(yīng)的國(guó)家戰(zhàn)略。
當(dāng)然，這些差距并非不可逾越，目前也沒(méi)有明顯的技術(shù)鴻溝和專利限制。比如，2015年豐田宣布將5680項(xiàng)有關(guān)氫燃料電池專利，包括氫燃料電池汽車(chē)Mirai的1970項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)專利開(kāi)放。這也加快了氫能源領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。
同時(shí)，國(guó)外的氫能源加氫站近兩年也頻繁發(fā)生爆炸事故，說(shuō)明技術(shù)成熟還有很長(zhǎng)的路要走。所以，中國(guó)2022年明確了氫能源戰(zhàn)略成為國(guó)家戰(zhàn)略的做法，“集中力量辦大事”的模式，是有能夠超越對(duì)手并領(lǐng)先機(jī)會(huì)的。
不過(guò)，氫能源發(fā)展還是存在悖論。雖說(shuō)氫來(lái)源廣泛，可以通過(guò)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(lái)。但是，制取氫氣的過(guò)程，是要先耗費(fèi)能源的（就是所謂的氫氣很“高能”）。
那么，我們國(guó)家為什么要這么“吃力不討好”地上升到國(guó)家戰(zhàn)略來(lái)發(fā)展氫能源呢？這是一個(gè)很難回答的問(wèn)題。直到了解到另一條發(fā)展路徑，才找出了其中的關(guān)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(gè)用途。
先說(shuō)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的校長(zhǎng)包信和院士，在一場(chǎng)主題“碳中和與能源革命”的報(bào)告中講到新能源戰(zhàn)略的四點(diǎn)：化石能源是基礎(chǔ)，可再生能源是根本，氫能替代是關(guān)鍵，二氧化碳處理是未來(lái)。
如果再結(jié)合包信和院士榮獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的“納米限域催化”技術(shù)，我們對(duì)國(guó)家大力推行包含氫能源在內(nèi)的新能源戰(zhàn)略，就大體可以猜個(gè)七七八八了。
為什么？這要說(shuō)到，去年有一個(gè)爆炸性的新聞：中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳合成淀粉。
換句話說(shuō)，是真正的實(shí)現(xiàn)了“熵減”，變二氧化碳為糧食。在糧食安全成為焦點(diǎn)的當(dāng)下，無(wú)疑是絕對(duì)領(lǐng)先的技術(shù)。
而且，去年10月30日，有消息稱，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所實(shí)現(xiàn)從一氧化碳到蛋白質(zhì)的合成并形成萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)產(chǎn)能。
關(guān)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(jīng)過(guò)若干步化學(xué)反應(yīng)，完全不用生物體系，只用化學(xué)催化劑就能合成淀粉。這是非常了不起的“無(wú)中生有”般的成果。
▲ 一氧化碳合成蛋白質(zhì)流程圖
畢竟，一氧化碳合成蛋白質(zhì)的過(guò)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(xué)的，而是要用生物菌種，也就是俗稱的“發(fā)酵”。
從這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，它就遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhì)。除非有廉價(jià)的能源，能夠制備廉價(jià)的氫氣，這個(gè)技術(shù)才能派上大用。
就像前面說(shuō)的，目前氫氣都是用化石燃料制備的，成本很高，所以這個(gè)技術(shù)的成本要比大自然的光合作用如玉米生產(chǎn)淀粉高得多。
可以說(shuō)，這個(gè)技術(shù)“科學(xué)上非常重要，技術(shù)上離實(shí)用還遠(yuǎn)。”但可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著光伏、風(fēng)電等新能源的成本大幅下降，二氧化碳合成淀粉可能會(huì)進(jìn)入實(shí)用。
我們知道，一旦進(jìn)入實(shí)用，那就是千萬(wàn)噸級(jí)別的。這里用到的氫氣量級(jí)就非常高了。
重點(diǎn)來(lái)了，那么，怎么能降低氫能源的成本呢？那就可以首先通過(guò)發(fā)展氫動(dòng)力汽車(chē)的應(yīng)用來(lái)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
當(dāng)然，這背后是非常宏大的國(guó)家戰(zhàn)略，所謂的“一盤(pán)大棋”，我只是妄自揣測(cè)一下，但是我們可以暢想一下，隨著氫動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展，氫氣的制備成本以“肉眼可見(jiàn)”的速度下降。
這個(gè)時(shí)候，兩個(gè)領(lǐng)域都能同時(shí)發(fā)力，這對(duì)于超越歐美給我們?cè)O(shè)置的百年“技術(shù)封印”，保證糧食安全戰(zhàn)略的實(shí)施，以及擺脫對(duì)單一的化石能源的依賴等，無(wú)疑是非常有幫助的。
03、氫能從哪里來(lái)？
回到氫能的獲得方面，我們知道來(lái)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(guò)可再生能源制造的氫氣。還有一種是藍(lán)氫（Blue Hydrogen），主要來(lái)源是天然氣。
而在氫氣制備方面，雖然中國(guó)已是世界上最大的制氫國(guó)，但“主要由化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫構(gòu)成，煤制氫和天然氣制氫占比近八成，氯堿、焦?fàn)t煤氣、丙烷脫氫等工業(yè)副產(chǎn)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(guó)氫能聯(lián)盟表示，2019年電解水制氫產(chǎn)量?jī)H約為50萬(wàn)噸。
而且，電解水制氫成本高得嚇人。不過(guò)，中科院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高認(rèn)為，可再生能源制氫是堅(jiān)持綠色低碳發(fā)展道路的必然選擇。
而說(shuō)到目前我們國(guó)內(nèi)可再生能源制氫路線（綠氫路線），主要有兩條：
一是，通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能、通過(guò)光伏，來(lái)電解制氫；
二是，來(lái)自氫氣儲(chǔ)存的植物、生物發(fā)酵乙醇重整制氫。
不過(guò)，這些都還在初期探索階段。限于篇幅，本文對(duì)此不做展開(kāi)了。而彭博社NEF則很樂(lè)觀，認(rèn)為隨著不斷創(chuàng)新和規(guī)模的擴(kuò)大，這些成本應(yīng)該會(huì)下降。
也就是說(shuō)，隨著可再生能源裝機(jī)不斷擴(kuò)大，效率問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為成本問(wèn)題。
彭博社NEF還測(cè)算，隨著技術(shù)規(guī)模的擴(kuò)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(chǎn)成本可降至0.70~1.60美元/公斤，使其在價(jià)格上可以與中國(guó)、印度、德國(guó)和斯堪的納維亞半島的天然氣價(jià)格相競(jìng)爭(zhēng)。
更為樂(lè)觀的，像國(guó)際氫能委員會(huì)（Hydrogen Council）的說(shuō)法，到2030年，氫氣對(duì)終端用戶的成本下降將達(dá)到60%，在個(gè)別應(yīng)用領(lǐng)域，該技術(shù)將成為傳統(tǒng)燃料的替代品。也就是前面包信和院士所說(shuō)的，“氫能替代是關(guān)鍵”。
04、商業(yè)應(yīng)用為主
氫燃料電池車(chē)方面，按照去年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0》，到2025年，氫燃料電池汽車(chē)保有量將達(dá)到10萬(wàn)輛左右。到2035年，氫燃料電池汽車(chē)保有量將達(dá)到約100萬(wàn)輛。
不過(guò)，這次《規(guī)劃》的目標(biāo)倒是老實(shí)地降了一半，到2025年，初步建立以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應(yīng)體系，氫燃料電池車(chē)輛保有量約5萬(wàn)輛，并部署建設(shè)一批加氫站。
此外，可再生能源制氫量達(dá)到10-20萬(wàn)噸/年，成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100萬(wàn)-200萬(wàn)噸/年。
而且，氫能源在商用車(chē)領(lǐng)域的“多場(chǎng)景”應(yīng)用（比如長(zhǎng)途客運(yùn)、長(zhǎng)途貨運(yùn)、物流、碼頭、礦山等長(zhǎng)途重載的領(lǐng)域）正在更快速地展開(kāi)。就像這次北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)上，示范一共用了近1200輛氫燃料電池汽車(chē)，累計(jì)減碳2200噸，保障了整個(gè)北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)的碳中和、零碳排放。
全國(guó)政協(xié)副主席、中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主席萬(wàn)鋼就表示，從各地示范運(yùn)行的場(chǎng)景來(lái)看，氫能和燃料電池汽車(chē)綜合發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入商用車(chē)“多場(chǎng)景”的示范應(yīng)用。
燃料電池的壽命普遍達(dá)到一萬(wàn)小時(shí)以上，在運(yùn)行的燃料電池汽車(chē)系統(tǒng)有的已經(jīng)達(dá)到三萬(wàn)小時(shí)。
不過(guò)我們還是要清醒地認(rèn)識(shí)到，中短期內(nèi)，我國(guó)氫能源汽車(chē)仍將以商用車(chē)為主。截至2021年，國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)保有量?jī)H為8936輛。而《規(guī)劃》中所列2025年5萬(wàn)輛的保有量也并不激進(jìn)，相比今年新能源汽車(chē)500~600萬(wàn)輛的預(yù)期目標(biāo)，差距一目了然。
歐陽(yáng)明高也表示，我國(guó)燃料電池汽車(chē)目前仍處于產(chǎn)品導(dǎo)入期，正在進(jìn)入應(yīng)用成本快速下降的成長(zhǎng)期。他也建議，我國(guó)氫燃料電池在技術(shù)儲(chǔ)備等方面較為薄弱，應(yīng)該盡快建立氫能創(chuàng)新平臺(tái)，開(kāi)展關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和人才培養(yǎng)，打造自立自強(qiáng)的科技體系。
不管怎么說(shuō)，氫能源戰(zhàn)略都已經(jīng)成為和以電動(dòng)為主的新能源戰(zhàn)略并肩的國(guó)家戰(zhàn)略。而且，從市場(chǎng)空間來(lái)看，中國(guó)氫能聯(lián)盟在《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》中測(cè)算，到2050年，預(yù)計(jì)氫能在中國(guó)能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸，年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值超過(guò)10萬(wàn)億元。
理想是相當(dāng)豐滿，但我們也要警惕氫能產(chǎn)業(yè)再次發(fā)生過(guò)熱的亂象。僅從地域的角度來(lái)看，我國(guó)至今已有20多個(gè)省份、40多個(gè)地級(jí)市發(fā)布了氫能規(guī)劃，并已建成30多個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到了上萬(wàn)億元。
“一放就亂，一統(tǒng)就死”，這些歷史的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)一再發(fā)生，我覺(jué)得氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展大概率地避不開(kāi)這個(gè)“坑”。
但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，既然方向是對(duì)的，代價(jià)難免，入局的且行且珍惜吧。
作者丨王小西
責(zé)編丨崔力文
編輯丨別 致
