扬州城市论坛 科技 氢能卷土重来:新能源没有新故事丨TECH TUESDAY

氢能卷土重来:新能源没有新故事丨TECH TUESDAY

在锂电池难以覆盖的领域,寻找存在的意义。



文丨潘俊田

编辑丨贺乾明 黄俊杰



氢能的两种未来,都落在了北京西北五环外的海淀区永丰产业园里,相隔不到两公里。


东边是亿华通加氢站,每天 24 小时营业,最忙的时候,来加氢的车能排到两个红绿灯路口外。


未来到这里加氢的车还会更多。今年 3 月,氢能在中国有了更明确的政策支持,政府部门调高补贴力度,今年一辆氢能车补贴最高 65 万元,是一年前的 1.5 倍。上半年氢能车卖出 1379 辆,是去年同期的三倍。


嗅到机会的公司冲了进来,丰田和现代要把氢能车运到中国卖,长安也发布了氢能车。企查查统计,今年前十个月氢能相关的创业公司今年多了 445 家。


投资人也没落下。不乏有人能背下政策原文,说 “这是前所未有的支持”。投资多家氢能企业的险峰长青投资人叶展旗将氢能比作 10~15 年前的锂电。据企名片 Pro 统计,今年上半年,中国氢能行业融资超过 50 亿元 ,而前年全年只有约 1 亿元。


氢能常被描述为终极环保能源。一辆车加满气不到十分钟,就能连续开上 300 公里甚至更远,期间唯一排放物是水,不为大气层多增加一个碳原子。乐观的投资人觉得,全球各个国家迫切想减少空气中的二氧化碳,氢会是万亿能源市场变革中的重要部分。但这一波热潮也有另一种可能。


西边的加氢站已荒废多年,大门生锈,门口停着几辆落满灰尘的汽车,加氢设备早已搬走,只剩下被风和雨侵蚀过的安全提示和墙壁上隐约可见的 “加氢制氢” 字迹,以及前来觅食的鸡和狗。


这座加氢站建于 2011 年,是上一轮氢能热的遗留物。当时政府出台多个政策,要扶持新能源汽车——那时的新能源说的不只是锂电池汽车,也包括氢能驱动的汽车。但它没能发展壮大,到 2015 年,中国只有 10 辆氢能汽车。


两座加氢站,不同的境遇,是氢能可能会面临的两种结果:它有巨大潜力,能成为新一轮能源革命核心;它也有巨大的不确定性,如果技术没有突破,很可能就和之前一样,政策扶持终止之时就是行业熄火的时候。



用铂金炼 “油”,每个环节都比主流能源昂贵



制造氢气不难,把煤炭加热到汽化与水蒸气混合在一起,就会产生氢气。这么做也不贵,1 立方米氢气只需要 1 元钱。只是每造 1 立方米氢气,也会排放同等的二氧化碳。这就不是清洁能源。


九合创投合伙人谢振亮接受《晚点 LatePost》采访时说,“灰氢(煤气制氢)虽然经济,但不是增量市场。”


清洁的办法是特定的催化剂和电解液将水中的氢原子和氧原子分开。正在流行的是质子交换膜(PEM)电解槽技术,清洁、高效,主要的问题是它用的催化剂是铂金、铱等贵金属——基本相当于用铂金炼油。


伦敦期货交易所数据显示,一克铂金 226 元,一克铱 920 元,如果使用效果更好的钯,成本会更高。天风证券计算,质子交换膜方式生产 1 立方米氢气,需要 3.56 元。


听上去不是很贵,但氢气密度太低。一般汽车的油箱只有 50L(0.05 立方米),如果全灌满氢气,只够丰田的氢能车 Mirai 轿车开 600 多米。


丰田的氢能车 Mirai,来自丰田微信公众号


Mirai 要用高度压缩的氢气,用燃料电池转化成电,让车动起来。根据科技和政策咨询公司 Strategic Analysis 测算,每辆车光燃料电池的造价就超过 10 万元人民币。


不只是车用燃料电池贵,日常存储也很贵。很少有罐子能够承受压缩状态下氢气产生的压力。因此储氢罐通常由碳纤维制造,一个存放 4~8 千克氢气的罐子得 12 万元。作为对比,100L 油桶只需要 1000 多块钱。


不只是存储贵,运输也很昂贵。国联证券测算,氢气罐运输 1 千克氢气前进 1 公里,成本约 4~20 元。一名氢能创业者说,广东一个地级市将氢气从外地运到现场,每千克花了 60~70 元。而一辆 Mirai 一次就得装 5.65 千克氢气。


每个环节的成本叠加导致氢能相对锂电池的成本毫无优势。尽管锂矿价格现在已经涨到了 60 万元 / 吨。


丰田的氢能车 Mirai 售价超过 70 万人民币(补贴前),跟一辆奥迪 Q7 大中型豪华 SUV 价格差不多。用起来又贵又麻烦,行驶百公里消耗的氢气约 0.66kg,百公里燃料成本(补贴前)约 62.51 元,是相似尺寸电车的 3.38 倍,油车的 1.19 倍。


补贴后燃料成本接近电动车,但持续多少时间还是未知数。



就算到了最后的使用终端——加氢站,困难还不会结束。建一个加氢站比加油站或者充电桩贵多了,只有 2~3 个加氢枪的加氢站,要投入近千万元——这些钱能买上百个直流充电桩。


运营起来要求也更多。氢气是一种危险的气体,不用需要碰上什么火星子,泄露到空气中(浓度达到 4%)遇到静电就会爆炸,威力是 TNT 炸药的 5 倍。


我们探访的加氢站,里面到处都是警示牌,写着各种注意事项,例如不让工作人员抽烟、玩手机。离加氢处 5 米远的地方,专门设置了静电杆,用来消除静电。加氢的司机也需要去一个 10 米外的屋子里等候。


一位在加氢站工作三年多的人士说,加氢站不会存放太多的氢气,快用完的时候,会打电话让人来送氢。“(加氢站)一旦着火,就没救”。


截止去年底,全球能给汽车加这种昂贵燃料的地方不到 1000 个。如果在北京,车主得去西北六环或者西南六环附近。


《晚点 LatePost》 了解到,现在成本划算的氢能项目都尽可能避开运输和存储。比如研发氢燃料电池管理系统的公司溯驭技术的一个项目,有低于市场价的电力供应,能够低成本制氢,再配合附近的使用场景,比如物流园区的运输车使用等。


“3~4 年就能回本”,溯驭技术创始人董震说。他认为这是氢能最现实的发展路径,先从点做起,能收回成本后,再发展到更多地方。



在锂电池难以覆盖的领域,寻找存在的意义



丰田是氢能车最坚定的支持者,2014 年就发布 Mirai,先在日本本土和美国加州借助政府补贴建设加氢站、售卖汽车。


今年 8 月,丰田投资约 56 亿美元(约合人民币 400 亿)建设锂电池基地。这一笔投资就超过了丰田、壳牌等十几家车企也能源公司组建的氢能委员会 2018 年以来的全部氢能投资之和。


《晚点 LatePost》 采访的多位氢能领域的投资人和创业者的潜在共识是,当前氢能存在的意义是,能做到锂电池能力范围之外的事。


比如氢气比锂电池轻。让一个重一吨多的汽车跑 600 公里,需要 100 千克的锂电池,可以接受。但如果要让载货 19 吨、自重 12 吨的重型卡车跑 200 公里,电池就有 3 吨重。完全不经济,这还没算给电池充满电需要消耗大量时间。


这是许多氢能创业公司打算从卡车或者大巴进入市场的原因之一。类似的场景还有长途运货的船。也有不少公司在研发氢能驱动的飞行器,毕竟带着氢气上天比带着锂电池负担轻多了。


氢能的另一个可能的优势场景是储能。2017 年,比亚迪创始人王传福在一档公开节目中说:“中国的沙漠的面积百分之一,如果铺上太阳能电池板,我们中国十三亿人民的用电,就解决掉了。”


王传福说得夸张了一些,但没差太多。在中国 1% 的沙漠上铺满光伏板,的确有一年供应 3.52 万亿度电的能力,相当于 2/5 个中国的用电量。


主要问题是如何输送和存储电能。现在中国最常用的储能方式是蓄水——电力供不应求时,用太阳能发电把水抽到高处,电网缺电时放水转动水轮机发电。但在沙漠里,水是稀缺资源。用锂电池也不现实,制造能存下来这么多电的锂电池,暂且不考虑成本,地球上的锂矿都不一定够用。


氢没有这些麻烦。澳大利亚墨尔本大学等机构的科学家 9 月发布在《自然·通讯》上的研究,展示了一种从沙漠的空气中吸取水蒸气再电解制氢的方法,研究人员称,“只要有电,在世界上最干旱的地区也能制造氢气”。


在这些领域使用氢能的前提是降低成本。人们正在寻找新的催化剂,降低铂的用量,在保证效率的同时,压低制氢的成本。比如加州大学洛杉矶分校的研究人员发现一种铂镍氧合金,铂金使用量减少 97%,催化效率是以前的 8 倍。


还有公司正在寻找新的方法便宜制氢。一家澳大利亚的公司 Hysata 今年 3 月宣布,它新研究的电解水技术用了海绵状的交换膜,未来能将氢气生产成本降低到约 0.63 元 / 立方米,比用煤气制氢还便宜。


科学家们还在找各种办法降低储存、运输氢的成本和危险。美国西北大学的研究人员把氢与其他元素结合生成容易运输的液体,比如氨水或者甲醇运输。


类似的研究还有很多,但大都在实验室里,距离实用还有距离。


这不是第一轮氢能热。1976 年,赶上石油危机,美国国会通过 1.6 亿美元(算上通胀约合目前 10 亿美元)的法案,扶持氢能汽车和电动汽车,之后欧盟、日本纷纷跟上。


直到 2002 年,时任美国总统乔治·沃克·布什(George Walker Bush)还将发展氢能作为很重要的能源战略,提出 12 亿美元的投资计划。他说是用氢能最重要的结果是能源独立,摆脱石油上瘾,“如果充分开发氢能的潜力,到 2040 年,美国每天可以减少 1100 万桶的石油需求。”


但最后帮美国实现能源独立的是北美大陆丰富的页岩气等能源。因为制造、储存、运输、使用氢能都十分昂贵。当政府的补贴停止,美国汽车企业、能源巨头的氢能研究也基本停下。美国科学杂志《The New Atlantis》2007 年因此批评氢是 “骗局”。


过去这十五年,世界上的大多数的目光被锂电池吸走,氢能的价格和基础设施建设,并没有获得多大发展。氢还是不够便宜,不够方便和不够安全。


在各国政府大力补贴后。去年底,全球有加氢站 685 个,是加油站的 1/445,充电桩的 1/2627 。氢能驱动车只有 5 万辆,只占全球机动车的 1/30000。


现在又有一轮能源危机。各国迫切希望降低碳排,但欧洲的战乱让天然气供给大幅缩减、锂矿的开采也越来越是一个地缘政治问题。氢能又一次被提为解决一切问题的候选者。


国际能源署发布的《2050 净零排放》文件将氢能视为 2050 年实现全球零排放二氧化碳的关键部分,他们认为按照现在的热情推广氢和氢基燃料,能在未来 30 年避免排放 60 亿吨二氧化碳,与 4 亿辆燃油车跑十万公里排出的二氧化碳相当。


但最终决定氢能是否普及的,它是否便宜、安全、方便。如果基础技术没有突破,产业政策并不能让一个新技术真正落地。

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