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要說氫能源汽車的高光時刻，無疑是2022年北京冬奧會。1000多輛氫燃料電池汽車在本次冬奧會上，甚至連火炬的燃料也是氫，燃燒后生成水，真正實(shí)現(xiàn)零污染，也成就這一場有史以來最為環(huán)保的奧運(yùn)賽事。
近日，日本研究公司Astamuse編制了一份國家排名，對2011年至2020年的氫技術(shù)競爭力進(jìn)行了評分。Astamuse的數(shù)據(jù)顯示，日本、中國以34624項、21235項氫相關(guān)技術(shù)專利分別位居全球第一、第二位。Astamuse認(rèn)為，未來中日兩國將在氫能源展開激烈角逐。
整體來看，氫能源是目前最理想的能源類型。盡管目前氫能汽車并未成為全球新能源汽車的主流，但氫能源已煥發(fā)出強(qiáng)大的競爭活力。相信，隨著各國新能源政策的傾斜，氫能源技術(shù)研究的深入，以及越來越多主流車企的涉足與布局，氫能源汽車將在未來與燃料汽車、鋰電池汽車“分庭抗禮”，也將成為全球各國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要引擎之一。
氫能源汽車已然崛起
目前來看，未來新能源汽車主要有鋰電池汽車、氫能源汽車兩個發(fā)展方向。兩者相比較而言，氫燃料電池本質(zhì)上就是一個電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)電裝置，而鋰電池是儲能裝置。氫燃料電池是一種非燃燒過程的能量轉(zhuǎn)換裝置，通過電化學(xué)反應(yīng)將陽極的氫氣和陰極的氧氣（空氣）的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。氫燃料電池發(fā)電不受卡諾循環(huán)的限制，發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，若實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，氫燃料的總利用率可高達(dá)80%以上。此外，氫燃料電池裝置不含或含有很少的運(yùn)動部件，運(yùn)行安靜，較少需要維修，而且電化學(xué)反應(yīng)清潔、完全，產(chǎn)物對環(huán)境無污染。
從氫能源汽車應(yīng)用來看，相對其他車企，豐田是氫能源汽車最堅定的支持者，也是該領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，手握70%以上的氫燃料汽車相關(guān)專利。據(jù)悉，早在1992年，豐田就已經(jīng)展開了對氫能源汽車的研究。豐田mirai于2014年12月15日在日本正式上市，是全球第一臺量產(chǎn)的氫燃料汽車。今年6月，在富士舉辦的一場24小時汽車超級耐力賽上，搭載氫燃料發(fā)動機(jī)Corolla的豐田GR86順利完賽,完美挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)燃油車。豐田通過這場比賽，再次向外界充分證明了氫能源汽車高超的穩(wěn)定性和動力性能。
日本另一家汽車巨頭本田也視氫燃料電池汽車為終極環(huán)保的汽車。盡管2021年本田因clarity系列銷量不佳，決定停產(chǎn)這款氫燃料汽車，但新一代的氫燃料電池車也正在積極研發(fā)中。
相對而言，盡管德國汽車巨頭在氫能源汽車上沒有日本車企那么大熱情，但也開始了相關(guān)的產(chǎn)品與技術(shù)布局。據(jù)悉，2022年寶馬會生產(chǎn)100臺X5氫燃料汽車，2030年，將推出量產(chǎn)版本的氫燃料汽車，正式對外銷售。大眾集團(tuán)加速氫燃料電池的研發(fā)工作，奧迪已經(jīng)組建了團(tuán)隊，代表整個大眾汽車集團(tuán)研究氫燃料電池，并已制造了幾輛原型車。2017年奔馳就發(fā)布了以氫燃料電池和鋰電池共同作為能量來源的奔馳GLC F-Cell，但因氫燃料乘用車的成本太高，把重心轉(zhuǎn)移到了重型汽車的燃料電池系統(tǒng)。同時，沃爾沃和奔馳正在合作開發(fā)氫燃料商用車，燃料電池汽車預(yù)計在2025年開始生產(chǎn)，旨在2030年使該集團(tuán)一半歐洲銷量為純電動卡車或燃料電池卡車。
美國福特則向美國專利商標(biāo)局申請氫燃料內(nèi)燃機(jī)專利。不同于氫燃料電池汽車，該專利是一種以氫為動力的渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，未來可能用于混動車型。通用汽車則為重型卡車和飛機(jī)等開發(fā)研制氫燃料產(chǎn)品，目前正在將該系統(tǒng)擴(kuò)展到燃料電池電力系統(tǒng)，幫助建造發(fā)電機(jī)和快速充電站。
自主汽車品牌方面，上汽、吉利、長城、北汽、廣汽、長安等中國汽車企業(yè)也在深耕氫燃料電池汽車技術(shù)。其中，比亞迪選擇純電和氫能源汽車多線發(fā)展戰(zhàn)略，且獲得“儲氣罐安裝座、儲氫裝置及汽車”專利。長城汽車于2021年正式推出了氫能戰(zhàn)略，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“電堆及核心組件、燃料電池發(fā)動機(jī)及組件(控制器等)、Ⅳ型儲氫瓶、高壓儲氫閥門、氫安全、液氫工藝”六大核心技術(shù)和產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)完全自主化。
其他車企方面，現(xiàn)代汽車的NEXO已經(jīng)獲得中國的新能源牌照，可以在中國合法上路。Nexo是現(xiàn)代氫燃料電池汽車的第二代產(chǎn)品充氫加注僅需5分鐘，續(xù)航最高可以達(dá)到800千米。雷諾、捷豹、路虎等車企則推出了氫能源概念車、原型車。
不過，鑒于長續(xù)航里程、低溫性能優(yōu)越、加注時間短等優(yōu)勢，氫燃料電池汽車將更適合用于長途、大型、商用車領(lǐng)域，預(yù)計未來氫燃料電池汽車將與純電動汽車長期并存互補(bǔ)，有望形成“乘鋰商氫”新能源汽車市場格局。
另外，相對其他能源，氫能具有來源廣、燃燒熱值高、能量密度大、可儲存、可再生、可電可燃、零碳排等優(yōu)點(diǎn)，屬于可再生二次能源。通過氫燃料電池技術(shù)既可以應(yīng)用于汽車、軌道交通、船舶等領(lǐng)域，也可應(yīng)用于分布式發(fā)電（家用/商用）和儲能領(lǐng)域；還可以通過直接燃燒為煉化、鋼鐵、冶金等行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)的熱源。未來，氫能源關(guān)乎到能源安全、關(guān)乎到全球經(jīng)濟(jì)、關(guān)乎到雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，將具有廣闊的應(yīng)用空間。
中日角逐氫能源戰(zhàn)略
美國是全球最早制訂氫能戰(zhàn)略的國家，早在2002年就發(fā)布了《國家氫能路線圖》，2019年FCHEA發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)路線圖》，將布局氫能大規(guī)模應(yīng)用。
德國是最早啟動燃料電池項目的國家，早在1999年就建立了首家加氫站。2008年歐盟成立氫能源和燃料電池聯(lián)盟（FCH-JU），提供大量資金支持，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2019年FCH-JU發(fā)布《歐洲氫能路線圖》，規(guī)劃在2050年達(dá)到24%的氫能占比。
近年來，韓國持續(xù)加強(qiáng)對氫能產(chǎn)業(yè)的支持力度，推出一系列財政補(bǔ)貼政策；2019 年發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖》，計劃到2040年實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車普及量620萬輛，加氫站1200座。
相對其他國家而言，氫能源已經(jīng)上升為日本基本國策，或者說是其國家的戰(zhàn)略性選擇。而氫能源汽車僅僅是日本構(gòu)建“氫能源社會”的重要一環(huán)。日本之所以如此看重氫能，主要是因為其國內(nèi)資源匱乏，煤、石油和天然氣嚴(yán)重依賴進(jìn)口。二戰(zhàn)時期，日本就因石油資源冒險發(fā)動珍珠港襲擊事件。能源，一直成為日本發(fā)展最關(guān)注的頭等大事。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，日本最高峰是超過90%的化石能源依賴進(jìn)口。
很長一段時間內(nèi)，日本大力發(fā)展核電來緩解能源壓力，但福島核事故以后，使日本加快了氫能替代的步伐。2013 年，日本推出的《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》，把發(fā)展氫能源提升為國策。隨后，日本又出臺了一系列氫能政策，使國家戰(zhàn)略《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》、能源發(fā)展戰(zhàn)略《能源基本計劃》和氫能發(fā)展戰(zhàn)略《氫能/燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線圖》從三個層次指導(dǎo)日本“氫能源社會”的建設(shè)。
日本國土狹小、人口集中，核電站出問題無疑是滅頂之災(zāi)。而寄予厚望的風(fēng)電和光伏因發(fā)電不穩(wěn)定性，無法實(shí)現(xiàn)技術(shù)上突破，日本當(dāng)下的電力依然主要依靠的是天然氣、煤電和核電。正如有人評論：發(fā)展氫能，日本算是賭上了國運(yùn)。
相對日本在氫能源上的“態(tài)度”，中國則是“兩邊下注”，在發(fā)展鋰電的同時，也鼓勵氫能源的發(fā)展。
2021年8月氫燃料電池汽車補(bǔ)貼政策正式落地，北京、上海、廣東等三個城市群入選首批獎勵范圍，氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道。
2021年12月，財政部等五部門印發(fā)了《關(guān)于啟動新一批燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》，示范期為4年。目前，我國已初步形成京津冀城市群、上海城市群、廣東城市群、河北城市群、河南城市群5大燃料電池汽車政策支持示范城市群。
今年3月23日，國家發(fā)改委與國家能源局又聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》。作為首份氫能源國家戰(zhàn)略，規(guī)劃明確了氫的能源屬性，首次明確了氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，并確定可再生能源制氫是主要發(fā)展方向。根據(jù)此項國家氫能源戰(zhàn)略，中國的目標(biāo)是到2025年在北京和其他地方對制造、儲存和運(yùn)輸氫能的各項技術(shù)進(jìn)行測試，并將道路上的氫燃料電池汽車數(shù)量增加到5萬輛。
日本研究公司Astamuse表示，在其追蹤的氫相關(guān)技術(shù)的五個類別中，中國在四個方面的得分超過了日本：制造、儲存、安全控制和運(yùn)輸。Astamuse認(rèn)為，盡管日本在氫能源相關(guān)技術(shù)方面繼續(xù)領(lǐng)先世界，但隨著該國企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的新專利申請放緩，而中國企業(yè)在政府支持下穩(wěn)步前進(jìn)，日本的優(yōu)勢正在縮小。未來，在所有與氫相關(guān)的領(lǐng)域，中國都很有可能最終超過日本。
根據(jù)啟信寶近日發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)研究報告》，自2011年起，中國氫能產(chǎn)業(yè)企業(yè)數(shù)量已連續(xù)12年穩(wěn)步增長，總數(shù)量已超過1600家。截至2022年6月底，相關(guān)產(chǎn)業(yè)企業(yè)資本背景主要為民營企業(yè)（1201家），其次是國資背景企業(yè)（248家）；超過75%的氫能企業(yè)注冊資本在1000萬以上，數(shù)量超過1200家。
氫能源絕非一蹴而就
在“碳中和”成為全球共識的情況下，氫能已經(jīng)成為全球各國兌現(xiàn)“雙碳承諾”、推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的一個重要方向。中國汽車工程學(xué)會預(yù)測到2030年，中國氫能汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有望突破萬億元。中國電動汽車百人會發(fā)布的《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》也顯示，2050年氫燃料電池汽車保有量將會達(dá)到3000萬輛。
盡管氫能源具有諸多技術(shù)優(yōu)勢，也具有廣闊的發(fā)展前景，但其應(yīng)用還面臨很多的技術(shù)障礙，不是一蹴而就的。這里我們可以聊一下兩個關(guān)于氫能源汽車的騙局。
一個是青年汽車的“車載水解即時制氫氫能源汽車”項目。其宣稱“水氫燃料車不用加油，也不用充電，只加水，續(xù)航里程超過500公里，轎車可達(dá)1000公里。” 盡管這個項目對外宣稱有相關(guān)的技術(shù)專利，但沒有具體說明怎么獲得氫氣、怎么儲存氫氣？其經(jīng)濟(jì)性和安全性也廣受質(zhì)疑。
另一個則是美國美國新能源汽車公司——尼古拉公司。該公司產(chǎn)品線主要專注于重卡、皮卡這樣的大車領(lǐng)域，2020年6月，在納斯達(dá)克上市，從創(chuàng)辦到上市僅用了6年時間，這甚至超過了特斯拉的上市速度。不過，該公司至今未生產(chǎn)出一輛汽車，其CEO僅用一個宣傳片和汽車模型受到投資者的追捧，曾一度讓這家公司的市值超過福特。該公司自稱擁有的正是氫燃料電池技術(shù)，且宣稱將用這項技術(shù)挑戰(zhàn)特斯拉，一度使特斯拉暴跌21%，創(chuàng)下上市以來單日最大跌幅，市值一度縮水了800億美元。
這里特別講以上兩個關(guān)于氫能源汽車的騙局，就是借此強(qiáng)調(diào)氫能源的技術(shù)挑戰(zhàn)。
從制氫環(huán)節(jié)上，目前商業(yè)化應(yīng)用的制氫技術(shù)主要有工業(yè)副產(chǎn)品提純、化石能源重整、電解水制 氫等。水電解制氫是“零碳排放”模式下氫氣的主要來源，俗稱“綠氫”，目前制氫成 本較高；來源于煤炭和天然氣等化石能源的氫氣，俗稱“灰氫”，成本相對較低；若使用碳捕捉與封存（CCS）技術(shù)，可以使碳排放量能夠減少 90%以上，采用 CCS 技術(shù)制取的氫氣被稱為“藍(lán)氫”，CCS 技術(shù)將大幅增加制氫成本。其他“零碳 排放”制氫如光解水制氫、生物質(zhì)制氫，尚處于試驗階段，能量轉(zhuǎn)換率偏低。
同時，氫能的大規(guī)模運(yùn)輸儲存依然是個問題，因為氫氣具有危險性。氫氣需要低溫加壓才能液化，這對運(yùn)輸儲存的技術(shù)和成本都提出了比較高的要求。加氫站也是氫能發(fā)展利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。盡管中石化計劃在“十四五”期間規(guī)劃建設(shè)1000座加氫站，但是對于廣袤的國土來說，依然是杯水車薪。
除了以上幾個方面，氫燃料電池汽車也面臨著關(guān)鍵材料如鉑的約束。據(jù)悉，氫燃料電池需要鉑作為催化劑來進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，但鉑金屬資源極為稀缺，且不可替代。這種資源約束強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋰電池體系，意味著氫燃料電池汽車很難實(shí)現(xiàn)普及。還有，燃料電池各關(guān)鍵技術(shù)需要進(jìn)一步完善，提高效率，降低成本。
以上因素成為了制約氫燃料電池發(fā)展普及的關(guān)鍵，也讓氫燃料電池汽車在和電動汽車的新能源路線競爭中暫時落后。不過，在長途重載物流車等商用車領(lǐng)域，長期來看，氫能源是未來發(fā)展的“終極方向”。未來很長一段時間，燃油車、電動車、氫燃料電池車將會共存。
氫能的未來固然很美好，但是距離氫能的普及，還有一段路要走。但我們可以期待氫能給我們帶來的顛覆性的變革。
原標(biāo)題：氫能源汽車：雙碳風(fēng)口上的“豬”？
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