氫能，不溫不火 

去年國慶期間，我去了一趟成都，除了感慨于當地的夜市文化外，另一件印象深刻的事情，便是氫能汽車的普及。

去青城山景點之前，我們在當地打車平臺上，叫了一輛氫能轎車，沒有發動機的轟鳴，也不是電動車的蜂鳴聲，隱約能聽到壓縮機工作的聲音，但行駛和啟動、加速體驗，與電動車類似，因為氫能車的基礎原理是“氫燃料電池”，即通過燃燒反應，將化學能轉化為電能，驅動氫能車行駛，排放的是純凈水。

在行駛到半途時，司機拐進了中石化加油站，為氫能車充氫氣。不同于燃油車熄火即可，轎車加注氫氣時，除了熄火外，車上人員都要下車，與加氫點保持二十米左右的距離。司機打開前車蓋，觀察氫氣瓶的情況，再合上車蓋，氫氣從充氣口充入。大約等了五分鐘，充氣完成，再上車，司機啟動，開走。

相較于燃油車的大排長隊，氫能源車即來即充，或許這也能看出，氫能車滲透率并不高。曾有媒體統計過一個數據，在北京，汽車加油站大約有1000個，能提供加氫氣的站點只有10個，這十個還有不少在冬奧會結束后，就關閉了。

放眼國內市場，全國加油站總數超過了12萬座。加氫站是多少呢？據國家能源局相關人士透露，全國累積建成加氫站是250座。而即使放大到全球市場，據不完全統計，截至2021年底，全球共有659座加氫站投入運營，中日韓加氫站總和占比64%。

全球的加氫站總數，還沒有北京市的加油站多。

相較于人們將清潔能源的美好愿望，投射到氫能之上，氫能的應用市場卻遇冷。

 A面和B面 

2000年，美國小布什總統在國情咨詢會上，曾面向全球媒體公布，美國政府將投入12億美元，全社會預計總投入上千億美元，砸錢培育氫能源汽車產業，讓氫能源汽車開遍美國的大街小巷。

今天再回過頭來看，當初的雄心，不過是一時口快。

作為排在元素周期表第一位的“氫”，其原子質量最小，也是宇宙中含量最多的物質，占宇宙物質總量的75%，太陽核心每秒鐘參與核聚變的氫，約有6億噸。

在能量轉換上，氫的燃燒熱值高，能量密度高，1kg氫燃燒產生的能量，是1kg汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氫燃燒的產物是水，是世界上最干凈的能源，資源豐富，可持續發展。

所有這些美好，卻無法解決現實應用中的問題。

特斯拉CEO馬斯克曾下場，怒噴豐田、本田和現代堅持的氫燃料電池，就是智商稅，“氫燃料電池蠢得讓人難以置信”“氫燃料電池不可能成功”“這就是垃圾”等等直白的話，馬斯克反復念叨。無獨有偶，比亞迪董事長王傳福也炮轟：“對于民用新能源汽車，換電和氫能都是扯淡。”

之所以是“智商稅”，原因不外乎一個字——“貴”，它體現在三個維度：

• 儲氫運氫成本高

氫氣能量密度高，但其體積能量密度很小，1立方米氫氣產生的能量，低于同體積的天然氣，更遑論和汽油相比。對于汽車而言，其體積是有限的，體積能量密度更為關鍵，要提高氫氣的單位體積能量，你基本就得靠提高壓強。

為了讓每立方米氫氣增加3.2度電的能量，你需要把壓強加到350個大氣壓，汽車輪胎也就5個大氣壓。一般儲氫罐所用材料為碳纖維，防止氫氣腐蝕滲透，這也無疑提升了成本。此外，氫燃料電池的催化劑材料是“鉑”。沒錯，就是鉑金項鏈的“鉑”，它的材料成本就占到了氫燃料電池的60%。

能源專家劉科曾評價道，液體能源體積能量密度高，可陸上管道輸送，也可跨海運輸，長期儲存，而氫氣均不具備以上優點。氫氣體積能量很低，同時氫氣是最小分子的氣體，容易發生泄露，存儲和運輸成本太高。

• 安全成本大

氫氣爆炸的濃度范圍很寬，在4%-74%的濃度之間，遇到火星即爆炸。

在開放空間還好，氫氣泄漏不大可能造成整車爆炸，若在地下停車場之類的密閉空間里，氫氣爆炸會造成巨大的損毀。如若連鎖反應，即在密閉空間里，一輛氫能車爆炸，并引爆了其他的氫能車，威力足以摧毀一棟大樓。

因此，帶高壓氫罐燃料電池車如若普及，需對已建成的地下停車場進行改造，這是一項巨大的社會成本。

• 加氫站的投資高昂

氫氣易泄露，易爆炸，加氫站要與居民區保證一定距離，其占地面積一般為5畝地。尤其對于寸土寸金的北上廣深杭而言，加氫站的商業化倍受阻礙。

據中國氫能聯盟數據，我國建設一座日加氫能力500kg、加注壓力為35MPa的加氫站投資成本接近1200萬元（不含土地費用），約相當于傳統加油站的3倍。其中設備成本占投資成本（不含土地費用）的80%以上，但每公斤氫氣毛利只有十幾元。

A面，是氫能的清潔性，高效燃燒“自己”，排出純凈水；B面，是氫氣制取、運輸和基礎設施的成本之踵。

 三個“五年規劃”

氫氣，像極了一位天才型的選手，發展潛力高，但性格暴躁，桀驁不馴，管理成本很高，氫能的發展，離不開政策層面的扶持。

在碳達峰、碳中和的“雙碳目標”之下，國內氫能產業發展規劃逐步明確。在《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》中，氫能產業在能源體系中的角色定位確立， 氫能是未來國家能源體系的重要組成部分、用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體、戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。

《規劃》為氫能產業擬定了三個五年發展計劃：

（1）到2025年，初步建成較完整供應鏈、產業體系，燃料電池車保有量約5萬輛（2021年，中國大陸市場出售約320萬輛電動車），可再生能源氫量達10萬噸-20萬噸/年，實現CO?減排100萬噸-200萬噸/年；

（2）到2030年，形成較為完備的氫能產業技術創新體系、清潔能源制氫及供應體系；

（3）到2035年，形成氫能產業體系，構建涵蓋交通、儲能、發電、工業等領域的多元氫能應用生態。

從制氫、儲運、加氫網絡，到儲能、分布式發電和工業領域等應用層面，再到加大對質子交換膜等核心材料技術的研發投入。《規劃》從頂層設計上，完善了氫能的發展方向。

我國對氫能的重視，離不開兩大原因：其一，服務于國家能源安全，我國石油能源并不豐富，以2021年數據為例，中國石油產量為499萬桶/日，石油消費量為1527萬桶/日，四分之三以上依賴進口；其二，解決環境污染和碳排放問題，當氫在能源中占比越高，排放的碳和其他污染物就越少。

要了解一個產業的現狀，就需要理解它的全貌，我將從生產、儲運和應用三個維度，去拆解分析氫能的現在和將來。

生產、儲運和應用 

氫能產業的源頭，便是氫氣的制取。

就像發電一樣，氫氣制取的過程，也是耗能的過程。

作為全球最大的產氫國，中國年產氫量為3300萬噸。如果從數字上來看，這是一個龐大的規模。但若換算成能量，3300萬噸氫約等于1.5億噸煤，產氫總量相當于年煤消耗量的4%。

在制氫方法當中，最大頭是化石能源制氫（如煤制氫、天然氣制氫），占比達到的80%，消耗化石能源制取出來的氫氣，稱作“灰氫”，它無法推動“雙碳目標”，后續會被嚴控；

其次是工業副產氫，顧名思義，就是在工業生產中，附帶產生的氫氣，也被稱之為“藍氫”。相較于會產生碳排放“灰氫”，以及制造成本高昂的“綠氫”，工業副產氫是更契合實際的產氫方式，諸如焦爐煤氣、煉廠氣和氯堿化工尾氣等氣體副產氫氣資源豐富。

在我國的能源結構中，呈現出“貧油少氣富煤”，焦爐煤氣資源豐富，焦爐煤氣年均產量在900億立方米左右（標準大氣壓下），其中的氫氣含量約為720萬噸，占到年總產氫量的21.82%。

例如，打造全產業鏈優勢的山西美錦能源，擁有儲量豐富的煤炭和煤層氣資源，現有煤炭焦化產能715萬噸/年。在2021年報及2022一季報中，受益于焦炭價格不斷走高，美錦能源2021年營收212.9 億元，同比增長66%，歸母凈利潤25.7 億元，同比增長269%。

其2022年業績或將受益于氫能產業發展，目前美錦能源擁有“煤-焦-氣-化”一體化的完整產業鏈。相較于天然氣、煤炭制氫等方式，焦爐氣副產氫成本更低。美錦能源副產品焦爐煤氣，富含55%氫氣，因此擁有了目前低成本、大規模制氫的重要途徑。美錦能源也正由傳統能源，向氫能源轉型升級，構成焦化主業與氫能板塊協同效應。 

此外，在中國的煤炭結構當中，高硫高灰的劣質煤，占總儲量比例達40%-50%。這類煤無法直接燃燒，加工成可燃煤的成本過高，卻是生產甲醇的重要原材料。

甲醇也是目前主流的制氫材料，正如氫能源專家劉科所說：“甲醇在線制氫比汽油制氫都要簡單很多。這樣做了以后，實際上甲醇和水重整，產生的氫氣直接通過電堆發電，電就可以驅動汽車。哪用電的時候哪去制氫，同時發電，這是氫能的未來。”

除了“灰氫”和“藍氫”之外，剩下的就是“綠氫”，即通過風光等可再生能源，來電解水制取氫氣。這一過程不會產生碳排放，也是最清潔的氫氣生產方式。正如上文所述，綠氫制取很高。在當下制氫組成結構上，綠氫占3300萬噸的總量比例，不到5%。只有當太陽能、風能發電便宜之后，電解水制氫才有商業化的可能。

作為全球最大的太陽能制綠氫企業，寶豐能源在2019年首次嘗試規模化生產綠氫，即利用太陽能光伏電站，電解水來制取氫氣，單臺電解槽產氫量達到1000m3/小時（標準大氣壓），當前總制氫規模達30000m3/小時（標準大氣壓），并沿著氫能交通和氫能全產業鏈的兩大方向，不斷深入發展氫能產業，構建起“制氫、補氫、儲氫、運氫、加氫、用氫”于一體的綠氫全產業鏈。

因此，在雙碳目標之下，中國氫能產業短期靠“藍氫”，中長期靠“綠氫”。誠然，綠氫的發展，還遇到很多現實問題，例如綠氫發電是直流電，若要上網，則需要轉化成交流電，而當企業需要用電時，又需要將交流電，變成直流電。轉化過程無疑會產生能量的損耗，能否將綠氫發電，直接應用于企業用電，減少上網帶來的損耗，這需要政策層面的配合。

回溯氫氣在中國的發展歷史，在很長一段時間里，氫氣主要承擔著工業生產原料的角色，例如在化工產業中，氫氣是合成氨和甲醇的重要原料，在石油中加注氫氣提升油的品質，尼龍塑料、農藥化肥和冶金中都有氫的身影。

當下，國家對氫能產業的規范和扶持，將氫推到了能源載體的屬性上來。業內人士預測道，到2030年，國內市場對氫能的需求，將接近4000萬噸，到了2050年，若煤炭發電占比降到20%以下，我們對氫能的需求超過6000萬噸，市場空間很大。

相較于制氫，氫氣的儲運成本更高。

以加氫站為例，業內人士估測，氫氣制取成本約為20元/kg，但加氫站終端售價達80元/kg，儲運成本占絕對的大頭，這限制了氫能的大規模普及。

據國聯證券分析，氫能發展初期，氫用量及半徑相對較小，此時高壓氣態儲運更具性價比；氫能發展中期，氫氣需求半徑將逐步提升，將以氣態和低溫液態為主；遠期來看，高密度、高安全管道輸氫將被實現。

總體而言，氫能儲運將按照“低壓到高壓”“氣態到多相態”的方向發展，由此逐步提高氫氣儲存和運輸的能力。

當下，氫能儲運有三類主流的嘗試。

其一，在太陽能、風能和水能充沛的地區，建立示范區，圍繞氫能生產建立配套產業，將棄風、棄光和棄水的能量利用起來，實現“當地開發，當地利用”。

例如四川豐水期的水電、東部海上風電和西北部的太陽能等，都可因地制宜。在張家口示范區，棄風發電的電價，控制在0.15元/度-0.2元/度，而電費占制氫成本的比例超過70%，這極大降低了氫氣的制取成本。張家口也圍繞氫能，將物流貨運車輛，置換為氫能汽車，并搭建了一個產業生態，由點及面地發展氫能產業。

讓能源產地和用能市場合為一處的示范區模式，能加速雙碳目標的實現。在我國碳排放的組成上，工業生產的碳排放占比70%，而大眾關注度更高的交通領域，實際占比只有10%左右。寧夏省寧東工業區正是利用當地豐富的太陽能資源，布局光電制氫，年綠氫需求量達124萬噸，二氧化碳排放量減少了3000萬噸。

其二，氫氣不像液體能源，難以從西部拉到東部，因此將氫能液態化，成為一種提升使用半徑的方式。

氫氣液態化有兩種方式，一是，低溫高壓制成液氫，進行遠距離運輸，這一模式尚在嘗試階段。日本川崎重工已試驗了液氫跨海運輸技術，通過全球第一艘液化氫運輸船，歷時三周半的時間，將澳大利亞的液氫海上運輸到日本；

更經濟的液化方式，還有將氫氣和氧氣混合，并加入一點碳源，通過化學反應將氫氣變成液體，比如說綠色甲醇，它可在常溫常壓下儲運，需要用氫氣時，再釋放出氫氣即可；

其三，便是管道運輸，這也是最便宜的輸氫方式之一，有“混氫管道”和“純氫管道”兩種方式。

混氫管道，即借助西氣東輸管道，在天然氣中摻入25%的氫氣，運輸到東部直接燃燒，也可以分離出氫氣，供燃料電池使用。純氫管道運輸的嘗試中，中石油在內蒙古自治區包頭市建了一條202公里的純氫管道，其運輸成本比特高壓送電還要低，特高壓送電的運輸成本是7分錢一度電，氫是三分錢一度電。

無論通過燃料電池發電上網，還是液體氫能的管網、氫氣的氣網，三網融合構建氫能輸送體系，才能高效地實現清潔能源的利用。

儲運之后，還有加氫網絡的建設。

當下加氫網絡的設計思路，是優先利用現有加油加氣站的場地設施，改擴建加氫站，嘗試站內制氫、儲氫和加氫一體化。到2035年，中國大陸市場的加氫站建設目標，至少達到5000座，2020-2035年的年復合增長率達28%。

可預見的是，隨著氫能布局的深入，必將拉動一波基建的規模投入。

在終端的應用層面，氫能有四大塊應用場景：交通、儲能、發電和工業。

若要普及氫能的應用，需要找到一定適合的場景先發展起來，形成規模化應用后，再倒推產業升級提效，進而降低氫氣的制造成本。而氫能汽車無疑是備受期待的應用場景。

要讓氫能汽車普及開來，離不開兩個靈魂拷問：買車成本、用車成本。

氫能源汽車行業尚處早期發展階段，遠未達到電動汽車的普及率，沒有形成規模效應，意味著買車成本高昂。其中，氫燃料電池及儲氫系統占據了氫能車總成本的65%，對比來看，鋰電池占電動汽車總成本的40%，并有望在2024年降低到10%。

若要降低氫能汽車購置門檻，除了規模化應用以外，國產化率也不可或缺。在儲氫瓶上，國際主流燃料電池乘用車批量使用的，是70MPaI V型儲氫瓶。此前，乘用車用儲氫瓶是塊小蛋糕，在國內處于空白期，而隨著燃料電池汽車站上了風口，國內企業也逐步攻克了儲氫瓶技術，例如沈陽斯林達安科、北京京城股份都已經在推進量產準備。

相較于國內市場的“破冰期”，國際企業已然形成了一條成熟的產業鏈，挪威Hexagon、日本豐田、法國佛吉亞等企業已實現量產，并應用在不同車型之上。此外在消費端，70MPa IV型儲氫瓶也受到質疑，在傳統認知當中，氣壓越高越危險，國內目前車載儲氫系統基本采用35MPa III型瓶，要發展70MPa儲氫瓶，還需要國家標準進一步明確，以及氫能汽車的加速普及。

在氫燃料電池上，其原理是通過氫氣和空氣中氧氣混合，在90°C左右的溫度下，將化學能轉化電能，進而驅動汽車運轉。雖然名字里帶“燃料”二字，但它是化學反應轉化為電能，轉化效率達到60-80%，為內燃機的2-3倍。

此外，氫能車核心材料大多數為二次材料、有機材料，隨著氫能車的逐漸普及，材料成本會下降，而非像電動汽車，受困于鈷鎳鋰等原材料價格上漲，而在回收方面，氫能車雖然也用貴金屬，但回收技術要求比電動汽車更低。

在燃料電池分型上，有七種類型，氫燃料電池汽車所采用的主要是質子交換膜燃料電池，這其中包含了十一項關鍵技術——電堆、膜電極、質子交換膜、催化劑、氣體擴散層、雙極板、燃料電池系統、空壓機、氫氣循環泵、DC/DC、加濕器。在下圖中可以清晰地看到，氫燃料電池技術裝備國產化，還有很長的一段路要走。

以質子交換膜技術為例，目前主流的材料為全氟質子交換膜。截至2020年，美國的科慕、比利時索爾維、日本旭化成三家，就壟斷了全球 90%以上的產能，國內對全氟磺酸樹脂進口依賴度高達99%。

因此，氫燃料電池核心技術攻關，國家會進行大力扶持，在形成逐步國產替代之后，氫燃料電池成本也會逐步下降。億華通公司常務副總經理于民曾對外闡述道，從2015年以來，氫能發動機成本每年都下降約30%

在最終的應用層面，目前先行推進的是氫能重型車輛，延伸到新能源客、貨汽車，以及在船舶、航空器等領域的應用，提升氫能在交通行業的應用。

以《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》的發展規劃為參考，2020-2030年，氫燃料電池汽車的保有量的增長空間達十年百倍。現階段燃料電池成本較高，其推廣應用依賴政策和補貼。

正如中國電動車產業崛起的背后，是國家自2010年開始的補貼政策，前后投入了上萬億元。截止2021年10月，中國成為全球新能源汽車第一大技術來源國，專利申請量占全球總量的66.79%。

氫能車的發展，是中國氫能產業的縮影，這是從0到1的過程，而任何一個新生產業，脫離了補貼，就難以發展起來。

 氫能的第四波浪潮 

1969年，美國的“阿波羅11號”宇宙飛船，載著三名宇航員登上月球，當阿姆斯特朗踏上月球表面，留下了那段流傳至今的名句——這只是我一個人的一小步，但卻是整個人類的一大步。

或許，這也像是一聲啼哭，代表著氫能產業呱呱墜地。阿波羅飛船登月時，攜帶的正是液氫液氧，氫能發電供飛船儀器使用，化學反應產生的純凈水，供宇航員飲用，這是氫能的第一波浪潮。

時間來到70年代，以阿戰爭和雙伊戰爭爆發，國際原油市場產生劇烈波動，隨之而來的兩次能源危機，沖擊著歐美經濟，也推動了氫能的第二波浪潮。美國在70年代首次提出“氫經濟”概念，將氫氣作為可能取代石油的未來能源，燃料電池技術快速發展，并在交通、航空航天和發電等領域推廣開來。

當環保意識和綠色經濟成為共識，始于90年代至今的氣候變化問題，推動了包含氫能在內的清潔能源的發展，這也是氫能的第三波浪潮。但這一波浪潮在頁巖氣技術突破，油價下行的背景下，偃旗息鼓。

隨著碳交易市場的建立，以及“雙碳”的游戲規則下，第四波氫能浪潮已鼓起大帆。它不僅是出于地球公民角色的踐行，更是未來企業競爭力的關鍵。2020 年，特斯拉公司實現盈利，年凈利潤為7.21 億美元，當年其電動汽車業務仍在虧損，但通過“賣碳”賺取了15.8 億美元，也就是在國際碳交易市場，賣出了用不完的碳排放額度。

第四波氫能浪潮已至，這一次浪潮的中心，來到了中國，無論是市場規模，還是“雙碳目標”下的能源轉型決心，中國氫能產業道阻且長，但也必將拉起一波主升浪。

部分內容參考自：

國際氫能戰略回顧分析｜海南省綠色金融研究院

氫能時代還有多遠？｜央視財經《對話》欄目

氫能及燃料電池專題研究｜天風證券

為什么氫能不是人類終極能源？｜能源專家劉科

氫能源市場發展藍圖｜國際能源署

中國氫能及燃料電池產業手冊｜中國氫能聯盟

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編輯：Mark