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日本的氢能信仰

作者:中国储能网新闻中心 来源:智见能源 发布时间:2022-09-19 浏览:

中国储能网讯:在15 年前,氢能源和新能源类别里锂电池、光伏太阳能电池的应用,有大致相当的困难和希望;但 15 年过后,氢能已经渐渐边缘化。在这条赛道上,还有最后一位选手没有放弃,那就是日本。

2022年 5 月份,马斯克接受《金融时报》采访时,被问到氢能源是否可以加速从化石能源转型到清洁能源。马斯克的回复斩钉截铁,他说:我已经被问过一两百次对于氢能源的看法了,从存储到制备,它都不是一种好的选择,我不会参与氢燃料电池的辩论,因为我觉得这极端愚蠢。

和马斯克有类似看法的还有大众汽车的CEO。他说,尽管钢铁行业、化工行业和航空业都需要绿氢,但它不应该出现在汽车行业中,绿氢成本太高且难以运输。

但丰田的董事长丰田章男认为,氢能才是终极能源,不只是在汽车领域,而是在整个能源领域。

尽管发言的都是业界大佬,但马斯克本来就以纯电动汽车起家,丰田章男也在氢燃料电池汽车上开发了20 年,双方都属于利益相关者,我们还是要更客观的看看氢能源的现状。

氢能源的优劣

氢能源的优势有以下几点:

第一,消耗能源阶段的反应的副产物只有水,没有温室气体。

第二,资源丰富。因为水中就有氢,而地球表面70%是海洋。

第三,作为气体,运输和储藏方式可以参考天然气。

但是,一旦氢能源落实到工程实施上,困难就远比优势多多了:

氢能源最大的困难就是制备成本高。

今天,全球96% 的氢是通过化石能源加工而来的。而一旦使用这样的氢驱动其他设备,效率当然还会有损失,不如直接使用化石能源更节约。

而且,这还没有算制造氢能的过程中额外增加的碳排放。具体来说,氢气都需要加压到700个大气压左右,压缩过程需要消耗的能量大约是燃烧这些氢所产生的总能量的 3% 左右。

其次,一个很尴尬的事实是,氢气瓶子太贵了。

有点像娃哈哈矿泉水那样,其实瓶子的价格比水要贵。这一点对高压氢气来说更是如此。高压氢气比高压其他气体更不容易存储,原因是氢气会钻入金属的化学结构的缝隙里,导致金属断裂,在行业中叫作“氢脆”。所以,存储氢就不能像存储高压氧一样使用钢,而是要用到致密的碳纤维材料。这东西非常贵。

今天,氢燃料电池车里的储氢瓶主要有两种压力规格,一种是350 个大气压的,一种是 700 个大气压的。咱们以占比最多的 700 个大气压的储氢瓶来看,瓶子的价格,一个是 3500 美元,合算成人民币是23000 多块。

而一个瓶子里装的氢气大约是5 公斤。在日本,每公斤绿氢的生产成本大约是 15 元人民币,哪怕按中国每公斤绿氢生产成本 38 块钱来算,瓶子里的东西也才不到 200 块钱。可瓶子已经 2 万多块钱了。

所以,氢能源的成本不得不考虑高昂的容器价格。

而除了制备成本高之外,氢能源的运输成本也高。

今天,绝大部分氢气的运输都采用200 公里内运输车灌装运输。而这样的车拉的其实是什么东西呢?典型的比例是这样:

一辆重载卡车,货物重量50 吨,实际上只拉了 500 公斤氢气。之所以专门拉氢气的车上货物只有 1% 是氢气,是因为装氢气的瓶子太沉了,占了 99% 的重量。马斯克所说的愚蠢就是指这一点。这个过程浪费了大量汽油、柴油自不必说。

如果为了多拉一些,比如提高比例,让货物中有5% 是氢,还有 95%是瓶子的重量,虽然听着也离马斯克所说的“愚蠢”不太远,但也成倍提高了运输效率。这样行吗?

不行。因为这需要把储氢瓶的压力从700 个大气压提升到 3500 个大气压,换用更沉、更贵的瓶子自不必说,只算加压过程耗费的电能就已经无法承受了。因为加压到 3500 个大气压的过程耗费的能量,大约是燃烧这些氢气产生的总能量的 1/3。

唯一可以考虑的是使用管道运输,利用现有天然气管道,在里面混入氢气。这样可以避免氢脆问题,但却要改造天然气管道的出口,在加氢站把氢气单独分离出来。这需要前期投入数以亿计的费用。

日本押宝错误

其实在20 年前,锂电池、太阳能光伏电池、氢燃料电池面临着差不多的困难,仔细分析一下,都是希望无限、困难多多。当时各国的选择决定了今天的新能源方向。我们分别看:

欧洲和美国是类似的,超过一半的力量是企业贡献的,它们各自依照自身优势搞创新,哪个方向的都有。与此同时,还有一小半力量是政府主导的。政府依照国家科学院和智库组织选择其中一些发展方向,作为重点补贴对象。政府的补贴,再加上企业自身的努力,锂电池和太阳能电池在初期获得了优势,后来逐渐成长为主流。

中国的情况有所不同,绝大部分的发展方向都是由政府补贴推进的,只不过各种方向上都有补贴。由于欧美在新能源技术上推进更早,经验可以直接借鉴,于是造就了中国在新能源方向上的补贴也是以锂电池和太阳能电池为主。

而日本和欧美、中国都不一样。日本的科技发展是由几家巨型公司推进的,政府的政策跟着这些企业的选择走。

这个进程是这样的:

1990年代初,丰田、日产、本田都启动了氢燃料电池的研发。这引起了日本新能源产业技术综合开发机构的重视,并在 1993 年设立了“氢能源系统技术研究开发”项目,维持十年,十年后日本车企开始制造出了氢燃料电池车。之后,日本的新能源发展方向就顺着氢能源走了下去。

在2013 年安倍执政时期提出的《日本再复兴战略》里,发展氢能源被提升为国策,提出“氢能源社会”的概念,将“氢电、氢车、氢家”定义为日本社会的三大支柱。也就是能源结构上,全社会层面切换到氢。

日本的科技发展模式和欧美不同,它在多样性上的规模类似于美国十几分之一的体量。凭实力而言,在那些日本深耕的领域,实力和欧美顶尖企业不相上下,比如七十年代的经济适用型汽车和八九十年代的消费类电子产品,日本都押对了宝。但不利因素是,一旦押错了宝,那就是巨大的损失。

而在新能源领域,日本从规划的一开始就押注氢气,而且后来也真的在氢燃料电池相关领域做到了非常棒的水平。今天,全球超过一半的氢燃料电池的专利是日本公司的。作为对比我们可以看看5G 标准的专利,华为是不折不扣的重要厂商,但也只有 20% 的专利。

所以,一旦今后世界真的是以氢能源为主流,那全球所有和能源相关的设备大都要给日本公司交技术授权费。仅此一项,就能让日本摆脱90 年代持续至今的衰退,成为能源强国,甚至经济逆势增长。

但是,哪种能源可以成为主流并不是老天在冥冥之中注定的,而是所有参与者各自施加影响后生长出来的结果。当绝大部分参与者都没有把氢能源当作主力去施加历史影响的时候,氢能源生长的速度就是不如锂电池、太阳能电池快,于是日本赌赢的概率就会很小。

在锂电池和太阳能电池领域,上下游的每一个角落都有公司和科学家试图解决困难、分一杯羹。十五年前,很多业界专家预测取消补贴根本无法维持的方向,今天都已经可以在零补贴的情况下自我造血了。

而日本在氢能源方面,确实也解决了不少问题。如果在另外一个平行世界里,在1990 年代,欧美也选择了氢能源这条赛道的话,估计今天氢能源的发展会比锂电池和太阳能电池更好。但可惜,今天我们存在的这个世界上,只有日本一家在氢能源领域深耕,其他国家今天即便发展这些技术,也大多是直接从日本引进的。

局势发展到现在,甚至一些日本企业也放弃了最初的信仰。本田和日产都纷纷宣布暂停氢燃料车的研发,仅剩丰田一家苦苦支撑。

对于氢能源社会三大支柱的提法来说,氢车这根支柱已经削弱了一半,而氢电和氢家的成熟还遥遥无期。当然,日本在氢能源上积累的技术也不会白白浪费掉。对其他国家来说,作为能源补充角色的氢能源技术,也许会在十几年或者几十年后终于进展到和日本今天旗鼓相当的水平。而那时,绝大部分专利已经过了20 年保护期。

从氢能源在日本的发展我们可以看到,多样性演化对社会的重要性。日本企业的规模本身就很大,又影响国家政策向自己倾斜,于是必然挤压其他可能性的生长。

世界上比日本的技术水平还要高的国家并不多,要求每个国家都实现技术的多样性发展并不现实,于是技术的多样性发展就只能来自开放与合作。而实现开放与合作的前提是,遵守大家都认可的游戏规则。

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关键字:氢能

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