中國儲能網(wǎng)訊：2021年，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中，氫能與類腦智能、量子信息、基因技術(shù)、未來網(wǎng)絡、深?？仗扉_發(fā)等前沿科技一起，被共同規(guī)劃為“未來產(chǎn)業(yè)”。多個省市相繼在各自的“十四五”規(guī)劃中提出發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，資本市場上氫能源概念股受到追捧。
氫能的發(fā)展前景及路徑，可以從科學邏輯、工程技術(shù)邏輯和商業(yè)邏輯三個方面來分析：基于科學邏輯的氫能前景無限且尚無替代品，其工程技術(shù)進步的速度會降低產(chǎn)品的成本，進而決定氫能商業(yè)化的場景和進度。
科學邏輯：氫能無可替代
我國要在2060年實現(xiàn)碳中和目標，意味著未來能源的生產(chǎn)和使用方式會發(fā)生重大變革。在供給側(cè)，可再生能源會成為主流，其他能源成為補充；在需求側(cè)，主流的能源消費方式會向電氣化轉(zhuǎn)變。
氫能在科學上是沒有問題的。它零污染、能量高、資源豐富、用途廣泛，一些觀點甚至稱其為“終極能源”。
嚴格來說，氫是二次能源，它是能源的載體和化學工業(yè)的原料。傳統(tǒng)的化石能源時代，是煤炭、石油、天然氣等化石能源產(chǎn)生電能并同時作為工業(yè)的原料；可再生能源時代，這個順序要倒過來，是用電能生產(chǎn)氫氣作為能源，同時氫成為過程工業(yè)深度脫碳的原料。氫和電都是能源的載體，未來社會應該是一個氫電混合的社會，宜電則電、宜氫則氫，不適宜直接用電的領(lǐng)域，則是電能到氫（化學能）再到電能或直接作為工業(yè)的原料。
氫能的科學性在于，它可以解決當下我們面臨的可再生能源使用的時空錯配問題。能源使用的時空轉(zhuǎn)換目前通過兩種方式解決：電網(wǎng)傳輸和儲能。
就現(xiàn)在的大規(guī)模儲能方式而言，空氣儲能還沒有實現(xiàn)大規(guī)模化，抽水蓄能受資源條件的限制，無法在風力或者光照條件好的可再生能源集中區(qū)域配備。現(xiàn)在看，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，聯(lián)接的上游是可再生能源發(fā)電，聯(lián)接的下游則是分布式的電氣化應用場景，現(xiàn)有的體系顯然不能滿足未來發(fā)展的需求。新的能源傳輸網(wǎng)絡應是宜電則電、宜氫則氫，靠著空中電網(wǎng)和地上管網(wǎng)的融合，來解決當前能源供能端和用能端的時空不匹配問題。
鋰電池的本質(zhì)是儲能裝置，氫燃料電池則是發(fā)電裝置。氫燃料電池技術(shù)進步很快，有許多鋰電池無法企及的優(yōu)點。
一是能量密度。對交通工具而言，能量密度越高越好，但即使是固態(tài)鋰電池，其能量密度要實現(xiàn)500瓦時/千克也是極困難的，遠低于汽柴油的能量密度；而氫能的質(zhì)量能量密度遠高于汽柴油的指標。
二是續(xù)航里程。乘用車使用時間相對少，對充電的及時性要求不高，所以鋰電池最先在乘用車領(lǐng)域推廣；但商用車的用途決定了它對充電的及時性和能量密度要求很高，目前鋰電池無法解決這個瓶頸，特別是對于中遠程、中重型卡車以及大功率的船舶等商用運載工具，理論上得依靠氫燃料電池來填補。
三是規(guī)模成本。鋰電池使用了鋰等有限礦產(chǎn)資源，這就決定了其在規(guī)模小的時候，成本還可控制，規(guī)模越大則受資源限制可能成本越高；氫燃料電池所用材料除鉑催化劑外均是普通的金屬和非金屬材料，而鉑催化劑并不消耗且回收方便，規(guī)模越大成本越低，在這方面相對鋰電池優(yōu)勢明顯。
理論上，氫能是一種完美能源，它的發(fā)展受三方面影響：一是化石能源價格，二是碳排放價格，三是氫能技術(shù)進步。
商業(yè)邏輯：會先在交通領(lǐng)域突破
氣候變化對能源轉(zhuǎn)型的急迫性要求，以及政策支持和補貼，使氫能發(fā)展明顯提速。但補貼只是政府的短期行為，而非氫能產(chǎn)業(yè)長久發(fā)展之計。氫能要最終發(fā)展起來，還得走市場化路線，解鎖更多的應用場景。
世界范圍內(nèi)，氫能的大規(guī)模商業(yè)化還是一片“無人區(qū)”。2022年乃至整個“十四五”期間，氫能還處在從0到1的過程，需要構(gòu)建以應用場景為核心的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)。
氫能的生態(tài)構(gòu)建可以概括為“1+3”?！?”即一個氫供應鏈，包含制氫、儲氫、運氫和加氫四部分。“3”即三個應用場景：第一是交通，即氫能在交通領(lǐng)域的應用；第二是工業(yè)，即氫產(chǎn)品的深加工，包括合成氨、綠氫煉鋼、綠氫石化、二氧化碳捕集等；第三是建筑，以分布式能源為主體。
一個新事物的產(chǎn)生，初期的價格通常較高，這就意味著它首先要應用在價值高的領(lǐng)域。就三大應用場景而言，交通領(lǐng)域?qū)錃獾膬r格敏感度最低，其次是工業(yè)，最后是建筑領(lǐng)域?？v觀歷史，我們也發(fā)現(xiàn)能源變革一般會先發(fā)生在交通領(lǐng)域。“氫進萬家”科技示范工程是氫能在建筑領(lǐng)域的應用，需要氫價格很低的時候才有商業(yè)化前景，其只能是個示范，當前尚無法大面積推廣。
綜合所有的應用場景，結(jié)合氫燃料電池相對于鋰電池的優(yōu)勢，商用車是最容易被突破的。氫燃料電池汽車具有行駛里程長、燃料加注時間短、能量密度高、耐低溫等優(yōu)勢，這就意味著中遠程、中重型卡車會是氫燃料電池首先使用的對象。目前可以看到的兩個最有前景的應用：一是冷鏈物流車，二是重卡。
成本是商業(yè)化推廣的關(guān)鍵。目前氫燃料電池電堆的商業(yè)成本在250美元/千瓦左右，若年生產(chǎn)規(guī)模從千臺級擴張到10萬臺級，則成本可降至60美元/千瓦，就能與現(xiàn)在的柴油機和汽油機進行全面競爭。
除了是能源載體，氫還是工業(yè)應用原料，非能源用途的氫比能源用途的氫使用量更多，使用范圍也更廣。氫的工業(yè)原料屬性會拉動綠氫技術(shù)進步。此前，綠氫相對藍氫和灰氫，沒有價格優(yōu)勢，但碳市場的建立加速了氫的商業(yè)化進程，碳價格的加持，加上制氫技術(shù)的進步和可再生能源成本的進一步降低，綠氫的成本優(yōu)勢未來會非常明顯。
綜合而言，“十四五”時期，氫能的應用場景主要是交通燃料和工業(yè)原料。交通應用場景驅(qū)動燃料電池技術(shù)的進步，綠氫作為工業(yè)原料的使用驅(qū)動綠氫技術(shù)的進步，抓好這兩點，中國的氫能就有希望。
工程技術(shù)邏輯：決定商業(yè)化進程和時機
氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展邏輯：技術(shù)突破會推動應用場景的商業(yè)化，隨著規(guī)模擴大成本逐漸降低，繼而解鎖更多的應用場景帶動技術(shù)進步，如此循環(huán)，推動產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。
工程技術(shù)是關(guān)鍵，是科學邏輯和商業(yè)邏輯的鏈接，它決定了當下從業(yè)者該做什么、不該做什么。這是個時機問題，做早了成先烈，做晚了就變成追趕者。目前來講，氫能領(lǐng)域的工程技術(shù)創(chuàng)新應聚焦在一個系統(tǒng)八個零部件和以電解槽為核心的綠氫生產(chǎn)成套裝備上。
氫能推動交通領(lǐng)域變革的核心是氫燃料電池。氫燃料電池要實現(xiàn)商業(yè)化應用，涉及幾個關(guān)鍵問題：電池壽命的提高、效率的提升，以及一個系統(tǒng)八個零部件產(chǎn)業(yè)鏈的建立。
這幾個問題是氫能“十四五”發(fā)展必須要解決的問題，唯有此，氫能在交通領(lǐng)域的應用場景才能真正做起來。要達到商業(yè)化應用的要求，對工程技術(shù)而言，提高電池壽命的難度最低，效率次之，產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建最難也最關(guān)鍵。
科學理論講的是可能性和預期。理論而言，氫燃料電池效率是百分之百?，F(xiàn)在車用燃料電池發(fā)電效率多為55%，與柴油機和汽油機相比尚不具備競爭力。待到發(fā)電效率達到70%乃至80%，氫燃料電池的競爭力會大幅提升。這個過程就是工程技術(shù)上的突破。
一個系統(tǒng)八個零部件產(chǎn)業(yè)鏈長而復雜，質(zhì)量體系是車規(guī)級的要求，難度最大。一個系統(tǒng)即氫燃料電池動力系統(tǒng)，八個零部件即電堆、膜電極、質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑、雙極板、氫氣循環(huán)系統(tǒng)、空氣壓縮機。目前國內(nèi)的一個系統(tǒng)八個零部件整體質(zhì)量尚不穩(wěn)定，可靠度不高，服務還比較耗時，距離成熟的產(chǎn)業(yè)鏈還有相當大的差距。
一個系統(tǒng)八個零部件產(chǎn)業(yè)鏈，越靠近上游，技術(shù)差距越明顯，尤其是催化劑、氣體擴散層及質(zhì)子交換膜這三大核心材料。質(zhì)子交換膜一旦發(fā)生改變，下游的零部件都需要跟著做調(diào)整，且質(zhì)子交換膜現(xiàn)在基本依靠進口。三大核心材料也是降成本的關(guān)鍵，膜電極的成本占電堆成本的60%以上，而催化劑、氣體擴散層、質(zhì)子交換膜三大核心材料占膜電極的60%以上。
如何迅速形成、攻破一個系統(tǒng)八個零部件產(chǎn)業(yè)鏈，把系統(tǒng)成本快速降下來，是推動氫能發(fā)展的核心。
現(xiàn)在國家提出要“加快形成以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局”，打造氫燃料電池一個系統(tǒng)八個零部件的產(chǎn)業(yè)鏈，可以加強對外合作，借助國際前沿的技術(shù)力量，尤其是在三大核心材料方面。
氫氣價格和整車價格共同構(gòu)成了解決方案的成本，當下我們可以使用藍氫甚至灰氫讓交通應用場景運轉(zhuǎn)起來，促進氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但沒有最終綠氫的使用，氫能產(chǎn)業(yè)也就失去了初心和發(fā)展的源動力，因此可再生能源和水電解一體化的綠氫生產(chǎn)成套裝備也不可或缺，要重點發(fā)展和支持。
我們過去的很多產(chǎn)業(yè)都是從低端制造業(yè)到高端制造業(yè)，再到自主創(chuàng)新，發(fā)展路徑基本是從供應鏈崛起，質(zhì)量提升后進入價值鏈，最后嘗試進入創(chuàng)新鏈。氫能產(chǎn)業(yè)還是一片“無人區(qū)”，其發(fā)展路徑會是先有創(chuàng)新鏈，再產(chǎn)生價值鏈，最后形成供應鏈。創(chuàng)新就意味著挑戰(zhàn)和不確定性，氫能產(chǎn)業(yè)要在不確定性中把握確定性。
從目前中美商貿(mào)關(guān)系看，我們被制裁的領(lǐng)域主要集中在高端制造業(yè)，對應的是價值鏈。我們現(xiàn)在說的“卡脖子”，是指技術(shù)落后、價值鏈這個環(huán)節(jié)被卡住了，歸根到底還是科學水平?jīng)]跟上。解決“卡脖子”難題，關(guān)鍵是要解決“卡腦子”問題，也就是要打造創(chuàng)新鏈。國家間的競爭，還是要依賴創(chuàng)新鏈，重要的是“腦子”不要被人卡住。創(chuàng)新鏈對應的是人才，核心還是在教育，要通過教育把基礎(chǔ)研究能力搞上去。氫能產(chǎn)業(yè)要發(fā)展，同其他產(chǎn)業(yè)一樣，有賴于基礎(chǔ)研究的支撐。圖片
（作者系北京清華工業(yè)開發(fā)研究院副院長）
