中國儲能網(wǎng)訊：對于新興產(chǎn)業(yè)很少有現(xiàn)成的模式可以效仿，但萬事萬物從科技到產(chǎn)業(yè)都有跡可循，所以，我們常常希望通過追根溯源來找到一些事物的邏輯和規(guī)律，以便更清晰地看到它的生長方向。
對于氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們把更多的注意力放在燃料電池上，并在適合什么車型上做選擇，但日韓選擇乘用車路線，中國選擇商用車路線，有專家說豐田的銷量下降是因?yàn)檫x錯(cuò)了乘用車方向，也有人說韓國銷量第一是因?yàn)檫x對了乘用車，而中國的商用車路線既沒有下降也沒有突破性增長，目前尚無法以對還是錯(cuò)來下結(jié)論。
不過，無論是日本國家還是相關(guān)企業(yè)對于氫能和燃料電池汽車的態(tài)度始終都是市場關(guān)注的焦點(diǎn)，比如此前豐田在燃料電池和純電動上將更多的資源投給了燃料電池，但近期又開始了在中國的純電動車型的投產(chǎn)；又比如本田2021年7月宣布日本狹山基地的Clarity FUEL CELL停產(chǎn)，而最近本田汽車又宣布，將于2024年推出一款基于全新CR-V跨界車打造的氫燃料電池汽車和插電式混合動力電動車，并在其位于美國俄亥俄州的高性能制造中心生產(chǎn)。
我個(gè)人對于氫能的關(guān)注正是基于疫情發(fā)生前對日本氫能產(chǎn)業(yè)的調(diào)研，但作為一個(gè)旁觀者，我始終都無法在走馬觀花的調(diào)研中透徹事物的根本，而產(chǎn)業(yè)研究的職業(yè)所然又讓筆者無法不孜孜以求，但此后所有赴日調(diào)研計(jì)劃都因?yàn)橐咔槎鵁o法成行。
柴茂榮博士1988年到日本留學(xué)，師出名門，直到2017年回國，其間近30年的時(shí)間在日本核心學(xué)術(shù)圈和氫能核心企業(yè)研究氫能和燃料電池，并參與日本政府氫能發(fā)展規(guī)劃，是國際知名的氫能和燃料電池專家，2021年獲得能源礦山冶金學(xué)部“大國工匠”，現(xiàn)為國電投氫能首席技術(shù)官。盡管平時(shí)也不少請教柴博士，但我還是希望就日本氫能發(fā)展歷史的話題對柴博士做一次深度訪談。
——鄭賢玲
伴隨著人類工業(yè)的發(fā)展，能源成為主導(dǎo)日本這個(gè)海島國家的核心戰(zhàn)略，也因?yàn)槟茉丛炀土怂麄兊墓鈽s與罪惡。
1
日本島國的能源計(jì)劃：從侵占能源到制造能源
哲學(xué)家說戰(zhàn)爭是為了統(tǒng)一意志，生物學(xué)家說戰(zhàn)爭是物競天擇，經(jīng)濟(jì)學(xué)家說戰(zhàn)爭是利益爭奪。但不管怎樣解釋，筆者都很難理解日本這樣一個(gè)小小的國家如何有侵略中國乃至東南亞國家的企圖心。經(jīng)由與柴博的訪談，再一次證明了能源資源這個(gè)罪惡的根源。
早在19世紀(jì)中葉，美、英、俄、荷、法陸續(xù)侵入亞洲各國，日本也面臨淪為半殖民地的危機(jī)，為了擺脫遭受外國侵略，日本通過明治維新，改良社會制度，輸入科學(xué)技術(shù)，發(fā)展軍事與工商業(yè)，并于19世紀(jì)末期進(jìn)入日本的工業(yè)革命時(shí)期。1905年日俄戰(zhàn)爭取得勝利，日本承接了俄國在中國東北部以及俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)，朝鮮半島的侵占權(quán)，加速了日本對能源資源攫取的步伐。
紡織工業(yè)、機(jī)械制造、冶金以及隨之而來的建筑、汽車、武器等都需要大量的能源，而日本是一個(gè)資源極其匱乏的島國，于是為了工業(yè)發(fā)展的能源需求便有了侵略中國的企圖，其根本原因是中國的東北有煤炭和鐵礦石。當(dāng)時(shí)日本占領(lǐng)東北“滿洲國”的GDP是日本本土的三倍左右，相當(dāng)于整個(gè)中國大陸GDP的兩倍，“滿洲國”是當(dāng)時(shí)亞洲最富的國家。日本以此為基礎(chǔ)發(fā)動了侵華戰(zhàn)爭。
煤炭只能滿足一般工業(yè)的固定式能源需求，無法開動用于侵略行動的飛機(jī)、坦克和航空母艦，就像連鎖反應(yīng)，罪惡后面往往跟著更大的罪惡，日本發(fā)動侵華戰(zhàn)爭以后必須找石油。但當(dāng)時(shí)日本并沒有發(fā)現(xiàn)大慶油田，他們當(dāng)時(shí)的石油理論還局限于海相生油，沒有預(yù)料到寒冷的中國東北地區(qū)的陸相生油。
所以他們便往東南亞擴(kuò)張，因?yàn)橛《饶嵛鱽?、馬來西亞都有油。為了進(jìn)入這些東南亞國家，他們就必須打通到東南亞的南北交通線，于是就進(jìn)入中國內(nèi)地形成更大范圍的侵略。
當(dāng)時(shí)東南亞是英國的殖民地，而彼時(shí)英國正在應(yīng)對來自德國的強(qiáng)勢侵入，騰不出手來打日本，盡管英美之間有些關(guān)聯(lián)，日本的侵略行為原本遭到了美、英、中、荷四國石油禁運(yùn)和經(jīng)濟(jì)制裁。但因?yàn)檫@些殖民地不涉及美國的切身利益，所以美國對日戰(zhàn)爭動員不起來。
只是，當(dāng)時(shí)日本人中也有不少美國特務(wù)，也有人認(rèn)為，日本無法消滅和占領(lǐng)美國，他們需要通過局部戰(zhàn)爭的勝利，讓美國對其經(jīng)濟(jì)制裁做出讓步，并以在太平洋上奪取制空制海權(quán)便可以讓打開南下道路為由，鼓動連普通小學(xué)沒有畢業(yè)的軍二代東條英機(jī)挑起了日本偷襲珍珠港。這樣就徹底惹怒了美國。
接下來，美國用一年多的時(shí)間就占領(lǐng)了太平洋，日本失去了制海權(quán)。而彼時(shí)，石油短缺的日本已經(jīng)無力支撐侵略戰(zhàn)爭，東三省的能源也過不去了，這樣日本島國就沒有能源了，他們的海戰(zhàn)因此一敗涂地。
日本二戰(zhàn)戰(zhàn)爭失敗后，再次提出工業(yè)立國，但發(fā)展工業(yè)仍然需要能源，當(dāng)時(shí)的能源只有煤、石油和核電，而煤最大的問題就是污染，上世紀(jì)60年代日本用煤發(fā)電的污染對日本民眾生活造成了巨大的傷害。
那么不用煤用什么能源呢？只能改煤為石油、天然氣，但日本沒有石油和天然氣資源，主要依靠貿(mào)易。1973年第四次中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，石油輸出國組織(OPEC)為了打擊對手以色列及支持以色列的國家，宣布石油禁運(yùn)，暫停出口，造成油價(jià)上漲。當(dāng)時(shí)原油價(jià)格從1973年的每桶不到3美元漲到超過13美元，對主要靠進(jìn)口能源的日本影響巨大。
為了確保自身能源的穩(wěn)定供給，日本政府于1974年7月公布了"陽光計(jì)劃"（Japan，Sunshine Project of），也就是用科技制造能源來替代部分依賴進(jìn)口的地下資源，他們考慮能不能用太陽能和核電替代部分能源，這樣，日本開始開發(fā)核電和太陽能，但當(dāng)時(shí)光伏技術(shù)還很不成熟，效率比較低，核電就成了日本最重要的能源戰(zhàn)略。
此后日本又分別于1978年和1989年提出了“節(jié)能技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”和“環(huán)境保護(hù)技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”，1993年，日本政府將此前三個(gè)計(jì)劃合并成了規(guī)模龐大的“新陽光計(jì)劃”，他們考慮能不能用日本周圍的海水作為能源補(bǔ)充計(jì)劃，廣泛利用海洋資源來建立能源體系。
為了發(fā)展可再生能源，1980年日本成立了新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO），來主導(dǎo)日本新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，要用科技立國來解決日本能源短缺的問題，所以新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)構(gòu)是兩部分，一部分是產(chǎn)業(yè)綜合協(xié)調(diào)，解決包括電子工業(yè)和其他工業(yè)的發(fā)展；一部分是新能源，主要是以核為基礎(chǔ)的核裂變和核聚變。
日本的核聚變從那個(gè)時(shí)候就開始，到2006年九州大學(xué)發(fā)了6個(gè)多小時(shí)的核聚變實(shí)驗(yàn)，最長記錄做了12個(gè)小時(shí)（2022年年初，我國全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行）。另一個(gè)是核裂變，東京大學(xué)原子能研究所培養(yǎng)了一批人（包括仁科芳雄、湯川秀樹，向坊隆，本多健一等都當(dāng)過所長），核能民用化發(fā)展很快，包括后來的東芝（三井財(cái)團(tuán)所屬）、日立、三菱重工都有龐大的原子能開發(fā)機(jī)構(gòu)。
陽光計(jì)劃的第三個(gè)方向就是海藻，用二氧化碳養(yǎng)海藻，然后用海藻進(jìn)行生物質(zhì)發(fā)電，或者用生物質(zhì)制乙醇來吸收氧化碳。除了NEDO以外，還成立了地球環(huán)境研究機(jī)構(gòu)（RITE）專門搞二氧化碳回收，利用。包括通過海水養(yǎng)殖海藻來吸收二氧化碳，讓海藻可以作為能源使用；以及二氧化碳催化合成乙醇等有用化學(xué)品（也就是最近才稱的CCUS）。
日本陽光計(jì)劃
從1980年開始，日本這個(gè)計(jì)劃每年投入預(yù)算約1700億日元左右。這便是日本工業(yè)發(fā)展以來能源戰(zhàn)略從侵占資源到科技開發(fā)、制造能源的基本過程。
2
日本氫能發(fā)展初衷：從減排和發(fā)電開始
2011年福島核電站爆炸以后，日本”陽光計(jì)劃“中最重的核電遇到了瓶頸，最初的目標(biāo)是未來能源50%要用核電，但到30%左右就不得不停下來，要解決發(fā)電的問題，又不能回到煤，這就帶來一個(gè)很大的問題。
日本核電停掉以后天然氣充其量能夠增加15%，但他們核電是30%，剩下還有15%的缺口，所以從2012年開始到現(xiàn)在日本都缺電，夏天空調(diào)不能開得太冷，冬天取暖也不能開得太熱，因?yàn)槿粘Ｐ匀彪?0%左右，他們的電價(jià)特別貴，電是等值油價(jià)的一倍以上，所以，這樣的國家也不可能推廣電動車，他們就考慮從國外進(jìn)口氫來發(fā)電。
日本電力結(jié)構(gòu)
2013年，日本政府推出《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》，首次把發(fā)展氫能源提升為國策，并啟動了加氫站建設(shè)的前期工作。
日本在氫能技術(shù)上有準(zhǔn)備，但氫能計(jì)劃并不算特別早，80年代初期提出的替代能源沒有考慮氫能，一開始只是在軍工領(lǐng)域用一點(diǎn)氫能，真正氫能在日本開始引入是上世紀(jì)90年代。
日本氫能的應(yīng)用與氣候變化公約有關(guān)，發(fā)達(dá)國家工業(yè)發(fā)展使得地球氣候變化引起了科學(xué)家的注意，并于1979年在瑞士日內(nèi)瓦召開首屆世界氣候大會，1988年成立聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）。在IPCC推動下，1992年6月在里約地球首腦會議，通過了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，1994年3月正式生效。
1997年，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第三次締約方會議在日本東京舉行，149個(gè)國家和地區(qū)的代表在大會上通過了《京都議定書》：從2008到2012年期間（第一承諾期），主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家的溫室氣體排放量要在1990年的基礎(chǔ)上平均減少5.2%，其中歐盟將6種溫室氣體的排放削減8%，美國削減7%，日本削減6%。在這個(gè)背景下，日本氫能產(chǎn)業(yè)化走出了第一步。
在此之前的氫能研究主要是大學(xué)的理論研究，包括九州大學(xué)、京都大學(xué)、東京大學(xué)等研究所都在偷偷做氫能的研究，因?yàn)闅淠苁遣皇强孔V他們當(dāng)時(shí)并沒有把握，所以對氫能的宣傳非常低調(diào)。
不過，當(dāng)時(shí)三所大學(xué)有明確的分工，其中京都大學(xué)PEM為主，九州大學(xué)SOFC為主，東京大學(xué)兩個(gè)方向都研究。這三所大學(xué)的學(xué)生又分配到全國各地，包括橫濱國立大學(xué)、三菱重工，東芝，東陶，三井金屬，豐田汽車，日產(chǎn)汽車等開始做燃料電池，柴茂榮博士的導(dǎo)師，東京大學(xué)向坊隆的弟子荒井弘通教授兼著東京大學(xué)，九州大學(xué)和京都大學(xué)教授，他的研究團(tuán)隊(duì)分為兩個(gè)小組，柴博士所在的PEM團(tuán)隊(duì)，有渡邊，大矢，町田等專家。另一個(gè)團(tuán)隊(duì)江口浩一，佐佐木一成等做SOFC，江口浩一，佐佐木都是全世界SOFC領(lǐng)域最厲害的專家之一。
上世紀(jì)90年代初期，豐田、本田開始研究燃料電池都是買巴拉德的堆。但巴拉德的原型來自UTC，UTC是日本東芝和美國NASA合資成立的一家公司，其中“U”指的是美國，而“T”就是指東芝。80年代末期從美國UTC出來一批人進(jìn)入巴拉德，并開始了PEM燃料電池的推廣，所以，在燃料電池的歷史上，東芝有非常重要的貢獻(xiàn)。
東芝原來的燃料電池發(fā)電裝置，80年代初期用磷酸的時(shí)候125kW/套的燃料電池發(fā)電裝置就賣了200多套，后來三菱做的250kW/套的SOFC就是日本現(xiàn)在的主流發(fā)電產(chǎn)品。也就是說，日本做燃料電池的源頭就是東芝做的PEM，而SOFC的源頭則是三菱重工。三菱重工在長崎，九州大學(xué)一直支持他們做SOFC，這兩個(gè)企業(yè)便是日本氫能產(chǎn)業(yè)的源頭，所以，日本的氫能是從發(fā)電開始的。
3
車用氫能：解決長壽命與高穩(wěn)定性難題
一開始日本認(rèn)為在車載這個(gè)領(lǐng)域用燃料電池太浪費(fèi)，當(dāng)時(shí)提取氫主要是化石能源，與燃油車相比，從化石能源提取氫再到車載上應(yīng)用意義不大。日本在交通運(yùn)輸領(lǐng)域變革的指引是以排放作為指標(biāo)，日本豐田1998年就做出了混合動力，百公里耗油僅3升，相當(dāng)于同級別燃油車油耗的一半，在這樣的比較下，利用化石能源制氫的燃料電池碳排放不可能比混合動力更低，所以他們認(rèn)為開發(fā)車用燃料電池意義不大。
不過，對燃料電池性能的研究還是在進(jìn)行。90年代末到2001年這段時(shí)間主要是解決巴拉德燃料電池的一些車用技術(shù)難點(diǎn)。
第一個(gè)難點(diǎn)是石墨電堆太重，而通過做薄雙極板來減重則會導(dǎo)致強(qiáng)度下降，因?yàn)檐囕v運(yùn)行的過程中有顛簸。解決這個(gè)問題就將雙極板改為金屬板，日本對金屬板的研究做過很多的工作，先是用不銹鋼，很快就發(fā)現(xiàn)不行，后來在不銹鋼上面鍍金，還是不行，日產(chǎn)走的就是鍍金的路線，豐田也用過這條路線，發(fā)現(xiàn)用一段時(shí)間后，上面的鍍金層會一層一層剝落，也就是針蝕現(xiàn)象，質(zhì)子穿透鍍層到背面，向四周擴(kuò)大腐蝕面積而使金鍍層整片脫落下來。到2007年才開始用鈦，而鈦的抗腐蝕性高了很多。
日本人用鈦這個(gè)材料來源于洗澡的靈感。日本溫泉很多，溫泉里面含硫，溫泉的熱水用塑料管不行，用金屬管包括不銹鋼管又極容易被腐蝕，后來日本人就用鈦管做溫泉導(dǎo)水管，鈦金屬管就不會被腐蝕。從這個(gè)靈感得到啟示就用在燃料電池的雙極板上。
但用鈦又發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，氧化鈦不導(dǎo)電，要解決導(dǎo)電問題日本又研究比較了鍍層法和合金法，合金法是在鈦里面摻鈀，就像“打釘”一樣，導(dǎo)電的時(shí)候氧化鈦中的鈀釘是導(dǎo)電的，它像導(dǎo)引樹一樣通過它將電接出來，因?yàn)殡姷膫鲗?dǎo)是一維的，而且鈀導(dǎo)電性好不易被腐蝕。但鈀的成本太貴了，用不起。
鈀合金技術(shù)路線剛剛發(fā)現(xiàn)就因成本問題被否決了。這時(shí)候發(fā)現(xiàn)了碳化鈦技術(shù)路線，碳和鈦反應(yīng)，無論用PVD、CVD，還是通過電還原沉積都容易形成碳化鈦，而碳化鈦既導(dǎo)電，耐腐蝕性能又好，成本還便宜，這就解決了大問題，這樣又經(jīng)過了兩年就做出了碳化鈦鍍層，現(xiàn)在基本上就用的這個(gè)方法來做的雙極板涂層。
這樣一來燃料電池的路線基本上就走通了，因?yàn)檐囕d顛簸用金屬就不用擔(dān)心了，而且鈦比石墨板輕得多。
很多專家都質(zhì)疑鈦太貴，那么這條路線是否可行呢？柴博士從資源和材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
從鈦的儲量來看，全球鈦儲量25億噸左右，是地球上儲量排名第10的元素。我國儲量占全球的40%，約10億噸的儲量，可供500億個(gè)百千瓦電堆也夠用。目前鈦金屬雙極板組件總成本只有不銹鋼的一半左右。
因?yàn)椴讳P鋼技術(shù)路線的靶材很貴，一塊普通不銹鋼雙極板100多塊錢，靶材涂層成本占據(jù)70%以上，而鈦材的原材料鈦箔成本雖然比不銹鋼高10元錢左右，但由于涂層成本便宜得多，一塊鈦雙極板的總成本只有不銹鋼的一半以下。當(dāng)然加工精度和難度鈦材要難得多，目前全球只有為豐田加工雙極板的日本神戶制鋼和國電投氫能具備該項(xiàng)加工技術(shù)。
金屬板的問題解決了燃料電池長壽命的問題，還有一個(gè)問題就是高穩(wěn)定性。
燃料電池怠速的時(shí)候電壓很高，一般來說單片的燃料電池標(biāo)準(zhǔn)電壓是1.23V，在怠速（0.1A/cm2）的時(shí)候單片電壓在0.8-0.9V左右，在這個(gè)高電位下催化劑里面的碳容易腐蝕，時(shí)間長了會發(fā)現(xiàn)催化劑層碳越來越薄，所以提高催化劑的高電壓耐腐蝕很重要。
而在加載的時(shí)候就是大電流（一般指2A/cm2以上，我國以前很少有技術(shù)達(dá)到這個(gè)電流密度，以后會越來越多）的時(shí)候長時(shí)間工作對質(zhì)子膜的損失很大，因?yàn)殡娏髟酱螅|(zhì)子的穿梭速度越快，質(zhì)子膜的損傷就很大，這樣就需要找出一種中間狀態(tài)，這就需要將燃料電池的工作狀態(tài)電流既不要太高也不要太低，所以，柴博士曾參與的研究就是要找出燃料電池工作最佳的電位，這個(gè)電位在0.75-0.8V左右。
所以，柴博士說，不是小牛拉大車也不是大牛拉小車，燃料電池剛好是反的，很多人不了解，讓燃料電池經(jīng)常處于開停的變化狀態(tài)，這樣對燃料電池很不利，燃料電池不能頻繁啟停，否則就需要把氫氣吹干，要不然容易反極形成高電位，催化劑載體就很容易被腐蝕掉。解決這個(gè)問題的方法就是強(qiáng)混技術(shù)，像油電混動原理那樣，搞氫電混動。燃料電池用于發(fā)電就沒有這個(gè)問題，因?yàn)榘l(fā)電是連續(xù)工作不需要啟停，所以發(fā)電能做到8到10萬小時(shí)，因此，日本的熱電聯(lián)供應(yīng)用推廣就很順利，累計(jì)銷售超過40萬臺。
柴博士說，找到可以穩(wěn)定運(yùn)行的電位后就是如何找到解決這個(gè)問題的控制策略，所以，在系統(tǒng)里通過鋰電與燃料電池的混合作用來解決這個(gè)問題，就使得車輛的運(yùn)行變得可靠了。在低電位、也就是怠速的時(shí)候適當(dāng)提高電壓讓它給鋰電池充電就行了，不要把它一下子降到10%，而是在30%左右，這樣整個(gè)工作的電位就在30%-60%，再高的時(shí)候，鋰電會給燃料電池補(bǔ)電。
這兩個(gè)問題解決后，燃料電池的長壽命和高穩(wěn)定性就出來了，再加上氫氣來源也有多種途徑，氫能車的應(yīng)用也就變得可行了。
4
商業(yè)模式：車型不是問題，規(guī)模才能盈利
這幾年國內(nèi)燃料電池進(jìn)步很快，主要體現(xiàn)在單堆功率的大小上，從80kW到100kW、120kW、150kW、180kW、200kW、250kW、300kW，這些進(jìn)步使得燃料電池功率越來越大，這顯然順應(yīng)了我國“燃料電池汽車適用于商用”車的主流聲音。
但實(shí)際上根本沒有必要搞大功率電堆，因?yàn)殡姷拇⒙?lián)非常容易，汽車的最多功率范圍是在1.8L到3.0L排量，也就是四缸到八缸，90%以上的車都能使用4-6缸發(fā)動機(jī)解決，換算成燃料電池功率，也就是100-150kW范圍。車輛發(fā)動機(jī)重點(diǎn)是批量化降本和穩(wěn)定性，安全性。
研究氫能以來，筆者面臨最大的困惑還是關(guān)于燃料電池車用的批量化問題。以筆者自己從事工業(yè)企業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)研究的經(jīng)驗(yàn)來看，總量相當(dāng)于乘用車20%的商用車市場還分為：客車和貨車，客車又分為大巴、中巴、小巴，貨車又分為重卡、中卡、輕卡、皮卡……用戶需求更是千差萬別，所以，以各地示范推動的商用車應(yīng)用無法構(gòu)建一個(gè)批量化的市場。
日本韓國的燃料電池的推出往往是同一型號產(chǎn)品銷售幾千臺、幾萬臺，我們的產(chǎn)品推出可能就只有幾十臺、幾百臺，這種情況下，技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)效益就成了一個(gè)悖論。所以，筆者跟柴博士探討了這個(gè)問題。
柴博士說，以他在國內(nèi)外近30年對燃料電池的研究，燃料電池適合商用車還是乘用車根本就不是問題，燃料電池的推廣關(guān)鍵是業(yè)務(wù)場景，是在什么地方推廣更容易。
他說，任何一個(gè)商業(yè)模式都需要盈利，第一個(gè)制造成本要低，第二個(gè)盈利是運(yùn)營成本要低，乘用車這兩個(gè)目標(biāo)都比較容易達(dá)成，第一個(gè)制造成本有規(guī)模很快就可以降下來，第二個(gè)運(yùn)營成本是跟汽油比較而不是跟電動車比，如果跟汽油比，目前，在有補(bǔ)貼的情況下，氫價(jià)60元/kg就可以替代，60元/kg的氫氣同樣也會因?yàn)橐?guī)?；档停託湔镜倪\(yùn)行效率也會提升，商用車數(shù)量少，這兩個(gè)成本都降不下來，不斷做大功率相當(dāng)于飲鳩止渴，功率做大成本也降不下來，做得大不等于有規(guī)模。
說到日本燃料電池汽車銷售不及預(yù)期的問題，柴博士說大家都沒有看清楚日本在做什么，他們其實(shí)是在做標(biāo)準(zhǔn)化接口平臺，明年差不多做完了，等條件成熟就開始大批量往外推，不管是寶馬、奔馳還是本田、通用全是一個(gè)平臺，所以，這幾家電堆系統(tǒng)都是用豐田的，豐田在燃料電池汽車上面的定位不只是一家汽車制造商，而且是燃料電池制造商，包括豐田在中國的華豐也是這么做的。
國電投氫能剛剛完成B輪融資，估值達(dá)到130億元，是目前國內(nèi)估值最高的氫能公司，他們的做法要搭建好幾個(gè)動力平臺，為市場提供標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。但柴博士說，他們只按照市場批量最大的車型開發(fā)120kW、150kW和200kW的產(chǎn)品，和燃油車一樣，只有4缸、六缸，不會做4.5缸，不會按照終端廠家的個(gè)性化需求來做燃料電池訂制產(chǎn)品，否則客戶要10臺車也要去開發(fā)一臺燃料電池就無法實(shí)現(xiàn)批量化。
一開始不追求賺錢，先把平臺做起來然后去做批量化產(chǎn)品，通過批量化降成本，通過平臺化拓寬產(chǎn)品，船、車都是一樣，后面通過鋰電池來調(diào)。目前，國內(nèi)已經(jīng)有十幾家整車廠與國電投氫能在做整車配套的聯(lián)合開發(fā)。
柴博士回憶說，2015年前鋰電也是一樣混亂，騙補(bǔ)（如蘇州JMC）等等，我國一味追求高能量密度，當(dāng)時(shí)松下給特斯拉提供的18650系列NCA電池已經(jīng)到270wh/kg，我們就要做300wh/kg，這個(gè)大功率電池重大專項(xiàng)成果結(jié)題過去5年多了，到現(xiàn)在也沒有實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)樗陌踩蕴盍?，燒了不少車?
現(xiàn)在車載用的大部分是磷酸鐵鋰系和復(fù)合系的電池，能量密度追求的聲音早就聽不到了，代之為續(xù)航里程。然后是寧德時(shí)代做了平臺化電池才解決批量化生產(chǎn)的問題，而寧德時(shí)代的技術(shù)源自日本TDK的模塊化思路，將TDK的手機(jī)自動化產(chǎn)線應(yīng)用于鋰電生產(chǎn)，柴博士說現(xiàn)在我們追求高功率化，但燃料電池未來會像鋰電一樣集中于模塊化標(biāo)準(zhǔn)化平臺。
5
產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)：因地制宜，避免極端
（1)氫氣來源多元化，能源結(jié)構(gòu)理性化
柴博士曾多次提醒筆者，因地制宜的多元化能源體系才是能源安全最理性的選擇，氫氣的來源也絕不止綠電制綠氫一條路，否則我們又會走向另一個(gè)極端。歐美、日韓的氫氣都不僅僅是綠氫，工業(yè)副產(chǎn)氫和天然氣制氫也是重要的氫氣來源。
在日本燃油車100多年了，而且現(xiàn)在混合動力效率可以達(dá)到50%以上，在這樣的情況下只是從替代燃油的角度去考慮，在日本根本就不現(xiàn)實(shí)，所以，日本當(dāng)時(shí)很多都不是為了做車來的，車只是一個(gè)替代部分，日本是從能源的角度想用海外的氫運(yùn)到日本來，主要是解決發(fā)電的問題。
柴博士認(rèn)為日本氫車不會全部替代燃油，他們不會在成本懸殊的情況下把石油停下來，所以，日本從來沒有說過要停燃油車，他們是有油就用油，沒有油就用氫。
從能源的角度來看，日本韓國氫能都是局部替代，都沒有對絕對停滯燃油的說法，日本認(rèn)為完全替代要到2050年以后，即使到2050年還有一部分油也會用，因?yàn)槿加图夹g(shù)也不會靜止不前。
中國也是一樣，能源安全需要綜合考慮。中國有的是煤，我們可以減一部分，通過二氧化碳回收用一部分，一方面我們國家有風(fēng)光資源，各有各的最好的地方，不一定要完全替代，可以用碳交易來做交換。
把清潔能源用來做交換，碳排放高的地區(qū)承擔(dān)一部分減排的責(zé)任，在新疆這些地方建光伏電站，拿光伏電來制氫，通過煤炭賺的錢來補(bǔ)貼氫氣，把氫用起來，在當(dāng)?shù)厝缧陆?、?nèi)蒙、青海等地就不用燃油車和其他的車，就直接用氫車。
而在東部就用電車，因?yàn)槌鞘欣镫姵胤奖阋恍谵r(nóng)村人口稀疏的地方就不適合用電車，否則充電樁的投資成本就過高了，而且續(xù)航里程也不夠。
所以柴博士認(rèn)為不是商用車或乘用車的問題，而是根據(jù)具體條件來選擇，因地制宜，利用我們國家豐富的氫資源先把這個(gè)產(chǎn)業(yè)做起來。
技術(shù)上的東西爭論比較多，但真理只有一個(gè)，就像我們看歷史一樣，中國要徹底擺脫石油依賴，做正確的事情。中國完全可以擺脫，實(shí)際上中國對石油的依賴只有一半，現(xiàn)階段72%的依賴度是因?yàn)闇p少了國內(nèi)的開采，實(shí)際中國的原油比日本要好得多，而且中國煤資源豐富，將來因減排原因煤不能大量使用但煤層氣可以用，這部分資源我國極其豐富。
煤層氣直接燃燒因?yàn)楹諝獗壤叨嘈Ч缓们椅ｋU(xiǎn)，如果將煤層氣拿來制氫，一個(gè)天然氣加兩個(gè)分子的水變成四個(gè)分子的氫，加一個(gè)二氧化碳，它的碳排放只有普通煤的1/4，如果把這個(gè)資源用好，不一定要把電解水作為主力，用天然氣或煤層氣制氫相當(dāng)于減排70%，如果這個(gè)方案制氫作為現(xiàn)階段的主力，中國氫能的成本優(yōu)勢會更明顯。
氫能絕對不是電解水制氫一條路，電解水制氫解決不了所有的問題，首先電解水制氫銥不夠，堿性電解槽制氫規(guī)模又做不上去，這些都是問題，但作為補(bǔ)充是可以的，主要還不是電解水制氫，主要還是煤層氣，天然氣等制氫。因?yàn)槿缜八鏊芍苯訙p少碳排70%。
現(xiàn)在中國進(jìn)口石油大約5億噸/年，天然氣就是5000萬噸，這個(gè)就完全可以解決我們的問題了，這5000萬噸用氣解決，或者2/3用氣解決，1/3用光伏解決，整個(gè)規(guī)劃就好做了，否則如果整個(gè)規(guī)劃都用光伏就又走到了另一個(gè)極端，太陽能、氫能相互支撐起來我們的能源體系就活了。
柴博士非?？春妹簩託?，煤層氣通過管道運(yùn)出來直接制氫，實(shí)在不行用它來制氨也可以，哪條路都走得通，再次制成甲醇運(yùn)出來也可以。從全球煤層氣資源儲量來看，已探明的世界煤層氣地質(zhì)資源量為260萬億立方米。其中，我國煤層氣總儲量為36.8萬億立方米，占世界總儲量的14.2％，居世界第三。
氫不會局限在某一種方式，也許未來我們的核技術(shù)更加發(fā)達(dá)后用熱解制氫也是可以的，熱解制氫并不是做不了，只是現(xiàn)在成本太高，將來核電站的核不是發(fā)電而是直接制氫，用核能制氫或核聚變能量電解水制氫還是可能的。
光伏制氫目前還只能作為補(bǔ)充，因?yàn)楣夥茪涞倪\(yùn)輸距離太遠(yuǎn)，但氣可以用管道，把這幾個(gè)方案拼起來氫能的規(guī)劃就好做了，目前，我國氫能發(fā)展還缺乏從科學(xué)角度的頂層設(shè)計(jì)。所以，在產(chǎn)業(yè)布局上就像撒胡椒面，不考慮資源和條件，看起來我國在全球建的加氫站最多但沒有效率，有車的地方?jīng)]有氫，有氫的地方又沒有車。
（2）長途輸運(yùn)，液氨效率遠(yuǎn)超液氫
日本氫氣來源也是多種多樣，包括工業(yè)副產(chǎn)氫、天然氣制氫、生物質(zhì)制氫等，但這些都難以滿足規(guī)模巨大的發(fā)電需求，所以日本規(guī)劃從制氫成本較低的國家進(jìn)口氫氣，這就需要長途運(yùn)輸。
日本探索在澳洲和文萊等地褐煤制氫，然后通過液態(tài)儲氫的方式船運(yùn)回日本。從2013年開始到2018年用5年的時(shí)間研究和試點(diǎn)液氫和有機(jī)化合物儲氫，其中川崎做出了液氫船，從澳洲將液氫運(yùn)回日本，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一艘萬噸的液氫船只能運(yùn)125噸的氫氣，只有1/100的運(yùn)輸量，這個(gè)效率太低了；千代田則是三井的方案，從文萊通過甲基環(huán)己烷運(yùn)到日本，日本也需要甲苯，但這個(gè)方案也不能滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。
圖片
所以，日本2018年開始考慮氨，從氨開始改路線，氨運(yùn)到日本來制氫，這條路線估計(jì)還需要2-3年的時(shí)間。氨到了日本兩條路線：一條是將氨裂解變成氫，另一條路是用氨直接發(fā)電，目前這兩條路都在試用。
不過液氫最大的好處是可以提純工業(yè)副產(chǎn)氫，一旦液化副產(chǎn)氫里面的雜質(zhì)就變成固體了，液氫最大的問題還是成本太貴。
液氨可以用油輪來運(yùn)，液化只需要8.5個(gè)大氣壓，壓力不高，這樣用油輪運(yùn)輸可以運(yùn)幾十萬噸，氨的儲氫量是17.5%。如果在國內(nèi)，從西北往東北和華南地區(qū)可以用鐵路槽車運(yùn)輸，2500噸的氨可以運(yùn)輸500噸的氫氣。中國有的是氨工廠，合成氨是非常簡單的技術(shù)，一公斤就幾塊錢。
柴博士認(rèn)為，在長途運(yùn)輸中除氨以外，目前市場討論比較多的甲醇也是一種不錯(cuò)的方案，不過甲醇最大的壞處是它不是地球上原有的東西，同樣是合成，乙醇比甲醇的方案可能會更優(yōu)，因?yàn)橐掖歼€有很多其它用途，而且乙醇直接可以用來做燃料，甲醇的分子式是CH?OH，相當(dāng)于CH2+H2O，可燃燒物是14/32=43.75%的可燃燒物；乙醇的分子式是C2H6O分子量是46，相當(dāng)于C2H4+H2O，可燃燒物是28/46=58.33%的可燃燒物。乙醇的熱值超過煤，它可以直接作為車用或者航空燃料，而甲醇熱值太低，需要輔助手段才能做車載燃料。所以，同樣要通過催化合成，以合成乙醇為目的要遠(yuǎn)優(yōu)于合成甲醇。
但液態(tài)陽光的甲醇與煤制甲醇是兩條路線，液態(tài)陽光的路線用二氧化碳在太陽能作用下與氫合成甲醇成本比較高，而煤制甲醇排放又比較高，煤炭單位熱值的排放量最高，制一公斤氫排放十幾公斤二氧化碳。
對日本來說，長距離運(yùn)輸氨可能是最好的方案，但對中國來說不同的地區(qū)可以采用不同的方案，關(guān)鍵是解決方案要與資源匹配。
（3）氫能應(yīng)用：氫能是能源，燃料電池是其中的手段
氫能作為應(yīng)對氣候變化的二次能源，已經(jīng)成為世界主要國家重要的減碳戰(zhàn)略。但柴博士說，發(fā)展氫能最大的意義在于國家能源安全，實(shí)際上，無論日本、韓國、還是歐洲，能源都大量依賴進(jìn)口，能源發(fā)展的趨勢是要從地下能源到地表能源，擺脫對地下能源資源的依賴。
發(fā)展氫能有利于釋放無碳一次能源，促進(jìn)能源體系清潔低碳化；替代油氣，降低油氣進(jìn)口依存度；優(yōu)化能源終端體系，確保能源供應(yīng)自主高效。
我國可再生能源的資源稟賦相當(dāng)于我國峰值能源需求總量的2.7倍，但是需要儲能來解決穩(wěn)定供應(yīng)問題。氫能既可以解決大規(guī)模電力的儲存問題，也可以解決將來單一電網(wǎng)不能解決的冶金、化工行業(yè)的原料問題。
交通領(lǐng)域的用能在能源體系約占10%左右，將來會成為氫能源應(yīng)用的主要場景之一，這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用最大的好處是規(guī)模效應(yīng)明顯。而對于未來的大規(guī)模可再生能源體量，發(fā)展大規(guī)模制氫儲氫及氫電技術(shù)非常必要。
構(gòu)建由一次清潔能源發(fā)電、制氫，形成二次綠色能源“電能、氫能”為終端形態(tài)的能源體系，將是推進(jìn)能源革命和建立現(xiàn)代能源體系的主要路徑之一。
柴博士說，氫能要堅(jiān)定不移地往前走，但氫能和燃料電池不能等同，氫能是能源，而燃料電池是將氫能變成電的一種手段，不是唯一的手段。
柴博士非?？春弥袊臍淠芮熬?，他在日本通產(chǎn)省，幾次參與日本氫能發(fā)展規(guī)劃的編寫，之所以回到中國一方面是因?yàn)榍閼眩硪环矫嬉彩强吹街袊谛履茉搭I(lǐng)域的執(zhí)行力，中國的能源產(chǎn)業(yè)是由央企國企主導(dǎo)的，只要國家政策方向明確，就比較容易推動。
而國電投正是一家主導(dǎo)氫能領(lǐng)域的央企，目前，國電投氫能公司已經(jīng)在北京、寧波、武漢、長春、濟(jì)南、佛山、日本東京等國內(nèi)外多個(gè)城市實(shí)施氫能全產(chǎn)業(yè)鏈布局。在2022年冬奧會及冬殘奧會期間，國家電投將投入近 200 輛搭載全自主研發(fā)“氫騰”燃料電池系統(tǒng)的氫能大巴，累計(jì)出車7205次，接駁人數(shù)160697人次，總行駛里程888599公里，累計(jì)減排二氧化碳700余噸，做到了“零失誤、零故障”，也很好地驗(yàn)證了柴博士30多年氫能領(lǐng)域積累的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。
