中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2021年，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中，氫能與類腦智能、量子信息、基因技術(shù)、未來網(wǎng)絡(luò)、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(gè)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(chǎng)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(xué)邏輯、工程技術(shù)邏輯和商業(yè)邏輯三個(gè)方面來分析：基于科學(xué)邏輯的氫能前景無限且尚無替代品，其工程技術(shù)進(jìn)步的速度會(huì)降低產(chǎn)品的成本，進(jìn)而決定氫能商業(yè)化的場(chǎng)景和進(jìn)度。
科學(xué)邏輯：氫能無可替代
我國要在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，意味著未來能源的生產(chǎn)和使用方式會(huì)發(fā)生重大變革。在供給側(cè)，可再生能源會(huì)成為主流，其他能源成為補(bǔ)充；在需求側(cè)，主流的能源消費(fèi)方式會(huì)向電氣化轉(zhuǎn)變。
氫能在科學(xué)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(diǎn)甚至稱其為“終極能源”。
嚴(yán)格來說，氫是二次能源，它是能源的載體和化學(xué)工業(yè)的原料。傳統(tǒng)的化石能源時(shí)代，是煤炭、石油、天然氣等化石能源產(chǎn)生電能并同時(shí)作為工業(yè)的原料；可再生能源時(shí)代，這個(gè)順序要倒過來，是用電能生產(chǎn)氫氣作為能源，同時(shí)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(huì)應(yīng)該是一個(gè)氫電混合的社會(huì)，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(xué)能）再到電能或直接作為工業(yè)的原料。
氫能的科學(xué)性在于，它可以解決當(dāng)下我們面臨的可再生能源使用的時(shí)空錯(cuò)配問題。能源使用的時(shí)空轉(zhuǎn)換目前通過兩種方式解決：電網(wǎng)傳輸和儲(chǔ)能。
就現(xiàn)在的大規(guī)模儲(chǔ)能方式而言，空氣儲(chǔ)能還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；樗钅苁苜Y源條件的限制，無法在風(fēng)力或者光照條件好的可再生能源集中區(qū)域配備?，F(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(yīng)用場(chǎng)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(luò)應(yīng)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(dāng)前能源供能端和用能端的時(shí)空不匹配問題。
鋰電池的本質(zhì)是儲(chǔ)能裝置，氫燃料電池則是發(fā)電裝置。氫燃料電池技術(shù)進(jìn)步很快，有許多鋰電池?zé)o法企及的優(yōu)點(diǎn)。
一是能量密度。對(duì)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(shí)現(xiàn)500瓦時(shí)/千克也是極困難的，遠(yuǎn)低于汽柴油的能量密度；而氫能的質(zhì)量能量密度遠(yuǎn)高于汽柴油的指標(biāo)。
二是續(xù)航里程。乘用車使用時(shí)間相對(duì)少，對(duì)充電的及時(shí)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(duì)充電的及時(shí)性和能量密度要求很高，目前鋰電池?zé)o法解決這個(gè)瓶頸，特別是對(duì)于中遠(yuǎn)程、中重型卡車以及大功率的船舶等商用運(yùn)載工具，理論上得依靠氫燃料電池來填補(bǔ)。
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(shí)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(duì)鋰電池優(yōu)勢(shì)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(jià)格，二是碳排放價(jià)格，三是氫能技術(shù)進(jìn)步。
商業(yè)邏輯：會(huì)先在交通領(lǐng)域突破
氣候變化對(duì)能源轉(zhuǎn)型的急迫性要求，以及政策支持和補(bǔ)貼，使氫能發(fā)展明顯提速。但補(bǔ)貼只是政府的短期行為，而非氫能產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展之計(jì)。氫能要最終發(fā)展起來，還得走市場(chǎng)化路線，解鎖更多的應(yīng)用場(chǎng)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(gè)“十四五”期間，氫能還處在從0到1的過程，需要構(gòu)建以應(yīng)用場(chǎng)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(gè)氫供應(yīng)鏈，包含制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫和加氫四部分?！?”即三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景：第一是交通，即氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)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(gè)新事物的產(chǎn)生，初期的價(jià)格通常較高，這就意味著它首先要應(yīng)用在價(jià)值高的領(lǐng)域。就三大應(yīng)用場(chǎng)景而言，交通領(lǐng)域?qū)錃獾膬r(jià)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(huì)先發(fā)生在交通領(lǐng)域?！皻溥M(jìn)萬家”科技示范工程是氫能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，需要?dú)鋬r(jià)格很低的時(shí)候才有商業(yè)化前景，其只能是個(gè)示范，當(dāng)前尚無法大面積推廣。
綜合所有的應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合氫燃料電池相對(duì)于鋰電池的優(yōu)勢(shì)，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(zhǎng)、燃料加注時(shí)間短、能量密度高、耐低溫等優(yōu)勢(shì)，這就意味著中遠(yuǎn)程、中重型卡車會(huì)是氫燃料電池首先使用的對(duì)象。目前可以看到的兩個(gè)最有前景的應(yīng)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(tái)級(jí)擴(kuò)張到10萬臺(tái)級(jí)，則成本可降至60美元/千瓦，就能與現(xiàn)在的柴油機(jī)和汽油機(jī)進(jìn)行全面競(jìng)爭(zhēng)。
除了是能源載體，氫還是工業(yè)應(yīng)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(huì)拉動(dòng)綠氫技術(shù)進(jìn)步。此前，綠氫相對(duì)藍(lán)氫和灰氫，沒有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但碳市場(chǎng)的建立加速了氫的商業(yè)化進(jìn)程，碳價(jià)格的加持，加上制氫技術(shù)的進(jìn)步和可再生能源成本的進(jìn)一步降低，綠氫的成本優(yōu)勢(shì)未來會(huì)非常明顯。
綜合而言，“十四五”時(shí)期，氫能的應(yīng)用場(chǎng)景主要是交通燃料和工業(yè)原料。交通應(yīng)用場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，綠氫作為工業(yè)原料的使用驅(qū)動(dòng)綠氫技術(shù)的進(jìn)步，抓好這兩點(diǎn)，中國的氫能就有希望。
工程技術(shù)邏輯：決定商業(yè)化進(jìn)程和時(shí)機(jī)
氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展邏輯：技術(shù)突破會(huì)推動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景的商業(yè)化，隨著規(guī)模擴(kuò)大成本逐漸降低，繼而解鎖更多的應(yīng)用場(chǎng)景帶動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，如此循環(huán)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。
工程技術(shù)是關(guān)鍵，是科學(xué)邏輯和商業(yè)邏輯的鏈接，它決定了當(dāng)下從業(yè)者該做什么、不該做什么。這是個(gè)時(shí)機(jī)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(yīng)聚焦在一個(gè)系統(tǒng)八個(gè)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(dòng)交通領(lǐng)域變革的核心是氫燃料電池。氫燃料電池要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，涉及幾個(gè)關(guān)鍵問題：電池壽命的提高、效率的提升，以及一個(gè)系統(tǒng)八個(gè)零部件產(chǎn)業(yè)鏈的建立。
這幾個(gè)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(yīng)用場(chǎng)景才能真正做起來。要達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的要求，對(duì)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(xué)理論講的是可能性和預(yù)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(jī)和汽油機(jī)相比尚不具備競(jìng)爭(zhēng)力。待到發(fā)電效率達(dá)到70%乃至80%，氫燃料電池的競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)大幅提升。這個(gè)過程就是工程技術(shù)上的突破。
一個(gè)系統(tǒng)八個(gè)零部件產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)而復(fù)雜，質(zhì)量體系是車規(guī)級(jí)的要求，難度最大。一個(gè)系統(tǒng)即氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，八個(gè)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(jī)。目前國內(nèi)的一個(gè)系統(tǒng)八個(gè)零部件整體質(zhì)量尚不穩(wěn)定，可靠度不高，服務(wù)還比較耗時(shí)，距離成熟的產(chǎn)業(yè)鏈還有相當(dāng)大的差距。
一個(gè)系統(tǒng)八個(gè)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(kuò)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(jìn)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(kuò)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(gè)系統(tǒng)八個(gè)零部件產(chǎn)業(yè)鏈，把系統(tǒng)成本快速降下來，是推動(dòng)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(jìn)的新發(fā)展格局”，打造氫燃料電池一個(gè)系統(tǒng)八個(gè)零部件的產(chǎn)業(yè)鏈，可以加強(qiáng)對(duì)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(jià)格和整車價(jià)格共同構(gòu)成了解決方案的成本，當(dāng)下我們可以使用藍(lán)氫甚至灰氫讓交通應(yīng)用場(chǎng)景運(yùn)轉(zhuǎn)起來，促進(jìn)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(dòng)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(diǎn)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(yīng)鏈崛起，質(zhì)量提升后進(jìn)入價(jià)值鏈，最后嘗試進(jìn)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(huì)是先有創(chuàng)新鏈，再產(chǎn)生價(jià)值鏈，最后形成供應(yīng)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(duì)應(yīng)的是價(jià)值鏈。我們現(xiàn)在說的“卡脖子”，是指技術(shù)落后、價(jià)值鏈這個(gè)環(huán)節(jié)被卡住了，歸根到底還是科學(xué)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(jìng)爭(zhēng)，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(duì)應(yīng)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(zhǎng)）
