[原創(chuàng)而生：為行業(yè)提供價(jià)值思考]

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5月22日晚6時(shí)54分的南陽(yáng)日?qǐng)?bào)網(wǎng)和次日的南陽(yáng)日?qǐng)?bào)頭版先后刊發(fā)了同一條內(nèi)容——《水氫發(fā)動(dòng)機(jī)在南陽(yáng)下線，市委書(shū)記點(diǎn)贊！》，令南陽(yáng)日?qǐng)?bào)沒(méi)想到的是這條頭版消息居然演變成了全民科普和證偽的熱門(mén)事件，把原本只在諸葛村夫《出師表》中出現(xiàn)的南陽(yáng)成為全國(guó)“網(wǎng)紅城市”。

中國(guó)國(guó)人再次被征收了一次智商稅，龐青年之流手段的確高明。

如此火熱引人關(guān)注的氫能源究竟是什么？氫能源真的能夠拯救未來(lái)？

早在1869年，科幻大神儒勒·凡爾納（也是大劉的科幻啟蒙）長(zhǎng)篇小說(shuō)《海底兩萬(wàn)里》中，氫氣便是可怕的“鸚鵡螺”號(hào)潛艇用之不竭的燃料。整整150年后，氫能源再次踏上能源變革的風(fēng)口浪尖。氫能源真的能成為能源變革的末日英雄嗎？

邏輯陷阱：最清潔的二次能源

至少?gòu)?/span>儒勒·凡爾納開(kāi)始，許多人都將氫能源作為最清潔最友好的終極能源選擇。

他們一般都會(huì)描繪這樣的完美場(chǎng)景。

請(qǐng)想象一下，一種新燃料幾乎可以取代我們所有的能源造火方式。他能驅(qū)動(dòng)各種發(fā)動(dòng)機(jī)，能以不同規(guī)模發(fā)電，還能加熱制冷，同時(shí)可以廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸、工業(yè)、家庭等各種領(lǐng)域。另外，不管聽(tīng)起來(lái)多么不真實(shí)，這種燃料燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何有害排放，沒(méi)有大氣污染物、顆粒物、輻射等等。震撼力還不夠，這種燃料來(lái)源幾乎無(wú)處不在，而且在地球任何地方都儲(chǔ)量豐富。借助于他，每個(gè)國(guó)家都擁有自己充足的能源供應(yīng)，與能源衍生出的貪婪、地緣政治甚至戰(zhàn)爭(zhēng)將一去不返。

這樣的夢(mèng)想能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？回答這個(gè)問(wèn)題前，先需要研究下氫能源的本質(zhì)。

氫是一種化學(xué)元素，元素符號(hào)H，在元素周期表中位于第一位，只有一個(gè)質(zhì)子和電子，是最輕的元素，也是宇宙中含量最多的元素，大約占據(jù)宇宙質(zhì)量的75%。主星序上恒星（包括前面提到的木星）的主要成分都是等離子態(tài)的氫。

氫氣無(wú)色無(wú)味無(wú)毒，燃燒時(shí)溫度高于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，并且只產(chǎn)生熱量和水蒸氣。

2H₂+O₂=2H₂O，這個(gè)化學(xué)方程式仿佛巴赫的二部創(chuàng)意曲一樣簡(jiǎn)潔，但卻蘊(yùn)含巨大的能量。當(dāng)氫以游離氣體形式存在時(shí)，按重量計(jì)算的能量密度讓任何化石燃料都自慚形穢。

由于化學(xué)性質(zhì)極其活躍，氫在地球上很少以游離狀態(tài)存在，基本上都存在于化合物中，最常見(jiàn)的是水或者碳?xì)浠衔铩?/span>

換句話說(shuō)，我們所謂的氫能源也即是純度較高的氫氣，是無(wú)法像石油天然氣一樣直接從地球上開(kāi)采獲取，必須從氫的化合物中進(jìn)行分離，也即氫氣不是一次能源，而僅是二次能源，或者說(shuō)氫僅僅是一種能量載體。從化合物中生產(chǎn)提取氫氣必須消耗其他物質(zhì)及能量。

第一個(gè)邏輯陷阱：所謂氫能源取之不盡、用之不竭。這在字面上沒(méi)有問(wèn)題，但氫能源的制備需要依賴其他能源燃料，他的可持續(xù)性根本取決于其他燃料。

目前，生產(chǎn)提取氫氣已有多種成熟的工藝。

不管是天然氣重整還是煤炭氣化等，上面的每一個(gè)工藝在制氫的過(guò)程中都伴隨著碳排放，電解制氫中的電基本也是化石燃料發(fā)電，當(dāng)然一直都有提法用可再生能源發(fā)電（風(fēng)電、光伏等）制氫，但理想很豐滿現(xiàn)實(shí)很骨感，目前全球大部分氫都是化石燃料重整而來(lái)。

第二個(gè)邏輯陷阱：氫能源是最清潔、最友好的能源選擇。這在字面上也沒(méi)有問(wèn)題，但氫能源的制備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多碳排放，全產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看氫能源就不是所謂“零排放”。

這就像新能源汽車(chē)，包括政府在內(nèi)的很多人一直提新能源汽車(chē)清潔無(wú)污染零排放，但新能源汽車(chē)沖的電從何而來(lái)？絕大部分還是化石燃料發(fā)電而來(lái)，全產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看新能源汽車(chē)的排放并不比汽油車(chē)少，所謂清潔無(wú)污染同樣是邏輯陷阱。

上述的邏輯陷阱并不影響氫能源應(yīng)用的不斷推進(jìn)，至少到目前為止，氫能源仍是人類(lèi)理想中的能量載體之一，氫能源在燃料電池和分布式電堆等領(lǐng)域已經(jīng)初露鋒芒。

上帝不會(huì)輕易制造完美

上帝可以拿完美來(lái)誘惑我們，但他不會(huì)輕易制造完美。

氫氣的制備目前來(lái)說(shuō)已不成問(wèn)題，只是如何采用最低的成本和最清潔的方式來(lái)制備還需要進(jìn)一步的科技進(jìn)步。

氫能源利用最大的挑戰(zhàn)其實(shí)源自氫氣極低的分子量和密度。

他基本可以從任何普通容器中逸出，也可以擴(kuò)散到任何封裝材料中并與之相互作用。因此，氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成為關(guān)鍵問(wèn)題。

氫氣會(huì)讓某些金屬（包括鋼鐵）發(fā)生所謂“脆化”現(xiàn)象，這使得他不能簡(jiǎn)單的用管道來(lái)運(yùn)輸。

低密度使得氫氣按重量算是高能，但按體積計(jì)算則不然，室溫下，氫氣能力密度僅為天然氣的三分之一。

故而氫能源高效利用最顯而易見(jiàn)的辦法便是將氫氣壓縮甚至液化。不過(guò)，常壓下氫氣需降溫到-217℃才變成液體，而氫氣液化能耗占其本身能力的三分之一，這直接導(dǎo)致液氫根本不具備經(jīng)濟(jì)性，所以液氫目前應(yīng)用最廣泛的是燒錢(qián)不計(jì)代價(jià)的航天領(lǐng)域火箭燃料。

百年應(yīng)用探索之路

除了最簡(jiǎn)單應(yīng)用氫氣球外，氫氣作為能源得到應(yīng)用是走了兩種不同的路徑，一個(gè)是作為燃料，利用燃燒后產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)機(jī)械，一個(gè)則是廣為人知的氫燃料電池。

在《海底兩萬(wàn)里》的指引下，20世紀(jì)30年代，德國(guó)工程師魯?shù)婪虬l(fā)明了一種氫氣內(nèi)燃機(jī)原型機(jī)，并用它實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)驅(qū)動(dòng)。不過(guò)二戰(zhàn)爆發(fā)后，這個(gè)項(xiàng)目也隨著希特勒隕落。

20世紀(jì)50年代，美國(guó)空軍開(kāi)始在高空遠(yuǎn)程偵察機(jī)（B-57改裝版）上試驗(yàn)氫氣燃料，利用液氫來(lái)實(shí)現(xiàn)航程的倍增。

不過(guò)隨著蘇聯(lián)在1957年發(fā)射了第一課人造衛(wèi)星后，美國(guó)和蘇聯(lián)的目光都轉(zhuǎn)向了火箭推進(jìn)上，液氫作為燃料在航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在航空領(lǐng)域也戛然而止。

氫燃料電池可以追溯到更早時(shí)期。

1839年，英國(guó)律師兼業(yè)余科學(xué)家（業(yè)余二字顯示其多么優(yōu)秀）格羅夫發(fā)明了燃料電池，使得氫氣有機(jī)會(huì)進(jìn)入運(yùn)輸領(lǐng)域的電力來(lái)源。

20世紀(jì)60年代，美國(guó)NASA開(kāi)始利用氫燃料電池為宇宙飛船及航天器提供動(dòng)力支持。最為著名的當(dāng)然是阿波羅登月。

20世紀(jì)80年代，加拿大地球物理學(xué)家杰弗里.巴拉德認(rèn)為氫燃料電池將會(huì)是未來(lái)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的終極選擇。他于1989年創(chuàng)立了巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司，這家公司制造出了全球第一臺(tái)氫燃料電池巴士，最高時(shí)速72公里，一舉引爆了全球燃料電池汽車(chē)研究開(kāi)發(fā)熱潮。

不過(guò)，眾多周知，氫燃料電池在過(guò)去幾十年里并未得到廣泛的推廣與應(yīng)用，巴拉德公司也過(guò)得比較凄慘，到2007年，巴拉德虧損嚴(yán)重，四處找買(mǎi)家，準(zhǔn)備出售整個(gè)汽車(chē)燃料電池業(yè)務(wù)。2018年11月濰柴動(dòng)力斥資1.63億美元完成收購(gòu)巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司19.9%股份。至此，濰柴動(dòng)力已成為國(guó)際PEM燃料電池行業(yè)巨頭巴拉德最大的控股股東。不過(guò)，巴拉德仍將燃料電池最核心的膜電極組件（MEA）握在手中。

請(qǐng)記住巴拉德這哥們和他的公司，人類(lèi)進(jìn)步乃至毀滅需要這樣的偏執(zhí)狂。

最現(xiàn)實(shí)的商業(yè)應(yīng)用：氫燃料電池汽車(chē)

2019年1月28日，有消息說(shuō)，氫燃料電池汽車(chē)有望在2019年正式實(shí)施“十城千輛”推廣計(jì)劃。目前，國(guó)內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好的城市如北京、上海、張家口、成都、鄭州、如皋、佛山、濰坊、蘇州、大連等城市都有可能入選。“至于最后哪些城市入選還不能確定，要看各地政府之間的協(xié)調(diào)?！?/span>

在汽車(chē)低碳化、電動(dòng)化的大背景下，氫燃料電池汽車(chē)成為氫能源商業(yè)應(yīng)用最現(xiàn)實(shí)也是最有前景的方向。

燃料電池是把燃料中的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。按其電解質(zhì)不同，常用的燃料電池包括質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、磷酸燃料電池（PAFC）和堿性燃料電池（AFC）等。

其中質(zhì)子交換膜燃料電池操作溫度低、啟動(dòng)速度快，是車(chē)用燃料電池的首選。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）電池通過(guò)氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水，在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生電能。其核心部件包括電催化劑（一般用貴金屬鉑金）、膜電極組件MEA、氣體擴(kuò)散層和雙極板。

氫燃料電池主要應(yīng)用于三大領(lǐng)域：固定領(lǐng)域、運(yùn)輸領(lǐng)域、便攜式領(lǐng)域，其中最被看好市場(chǎng)容量最大的當(dāng)然是車(chē)用運(yùn)輸領(lǐng)域。

氫燃料電池清潔無(wú)污染，排放出的只有水。與傳統(tǒng)鋰電池相比，氫燃料電池?fù)碛袩o(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)：

1、能量密度優(yōu)勢(shì)。目前動(dòng)力鋰電池在能量密度方面，特斯拉最高能量密度為300Wh/kg左右，未來(lái)提升空間相對(duì)有限，而燃料電池的能量密度已達(dá)350Wh/kg，預(yù)計(jì)幾年內(nèi)能量密度將達(dá)500Wh/kg以上，且功率密度達(dá)到3.1kW/L,具備絕對(duì)壓倒性優(yōu)勢(shì)。

2、充裝時(shí)間優(yōu)勢(shì)。具備絕對(duì)壓倒性優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，動(dòng)力鋰電池雖能承受一定程度的高倍率快速充電，但充電時(shí)長(zhǎng)，充滿80%以上一般需要30-180分鐘以上，且快速充電在一定程度上犧牲電池的循環(huán)壽命，而燃料電池汽車(chē)只需3-5分鐘左右便可完成加氫，循環(huán)壽命在4000次以上，性能優(yōu)勢(shì)不言而喻。

3、續(xù)航里程優(yōu)勢(shì)。目前鋰電池或三元電池汽車(chē)?yán)m(xù)航里程一般在200-300公里左右，特斯拉宣稱能達(dá)到500公里（？）。而2014年豐田推出的mirai氫燃料電池汽車(chē)加氫3分鐘續(xù)航500km，本田的Clarity也達(dá)到了589KM。全球燃料電池按功率出貨規(guī)模

既然氫燃料電池汽車(chē)如此完美，那為何三十年過(guò)去了，目前還是還處于商業(yè)推廣階段？

再次重溫，上帝不會(huì)輕易制造完美。

成本問(wèn)題是制約氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展的最主要因素，燃料電池的成本主要體現(xiàn)在電池系統(tǒng)的造價(jià)和氫氣的成本上。

燃料電池成本占比最高的是電堆，電堆中占比最大的是催化劑，而目前催化劑采用的是貴金屬Pt。

技術(shù)復(fù)雜、材料昂貴加之生產(chǎn)規(guī)模較小，導(dǎo)致燃料電池成本非常高達(dá)120美元/kw（目前應(yīng)該比這個(gè)低不少），遠(yuǎn)高于鋰電池和一般燃油車(chē)。

在日本市場(chǎng)，Mirai的售價(jià)為723.6萬(wàn)日元，另可獲得200萬(wàn)日元的補(bǔ)貼，終端售價(jià)523.6萬(wàn)日元（約30.7萬(wàn)人民幣），而Mirai本身不是高級(jí)別車(chē)型，應(yīng)該相當(dāng)于豐田雷凌或者更低級(jí)別的威馳。

不過(guò)隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，氫燃料電池成本有望持續(xù)降低。

美國(guó)能源部對(duì)燃料電池汽車(chē)的成本進(jìn)行了預(yù)估，當(dāng)年產(chǎn)量為10萬(wàn)臺(tái)是，成本在60美元/kw，當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到50萬(wàn)臺(tái)時(shí)，成本可降低至53美元/kw。同樣，在年產(chǎn)量2萬(wàn)臺(tái)時(shí)，整車(chē)成本在4.8萬(wàn)美元，當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到20萬(wàn)臺(tái)，整車(chē)成本可下降至3.7萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到2020年，鄭晨成本降至3萬(wàn)美元左右，不過(guò)3萬(wàn)美元/臺(tái)這一推斷值得懷疑。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈包含制氫、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加注等環(huán)節(jié)，由于氫密度極低，導(dǎo)致各個(gè)環(huán)節(jié)成本都比較高，其中最核心的便是制氫成本。

從制氫方式來(lái)看，各類(lèi)制氫生產(chǎn)成本差距比較大。

再加上運(yùn)輸和加注成本，加注到汽車(chē)上的氫成本已非常高，綜合測(cè)算下來(lái)，百公里氫成本比燃油車(chē)還要高。

目前，在國(guó)內(nèi)處于推廣商用階段的各類(lèi)氫能源汽車(chē)的氫氣最主要來(lái)源是工業(yè)副產(chǎn)氫，這種氫成本相對(duì)較低，但氫氣不是最重要的產(chǎn)物，無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)，僅僅適用于各地試點(diǎn)試驗(yàn)。

由于中國(guó)先天的煤炭資源優(yōu)勢(shì)，隨著氫能源的火熱，各個(gè)煤炭企業(yè)也坐不住，想分得一杯羹。僅在2018年，就有國(guó)家能源集團(tuán)、同煤、兗礦、晉煤等多家煤企以不同方式參與氫能源中。

可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著各大公司和大額資金的進(jìn)入與競(jìng)爭(zhēng)，技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)步，規(guī)模也將同步擴(kuò)大，成本劣勢(shì)有可能被抹去甚至成為成本優(yōu)勢(shì)。

燃油汽車(chē)淘汰是大勢(shì)所趨，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，氫燃料電池汽車(chē)和鋰電三元等純電動(dòng)汽車(chē)有望共分天下。

中國(guó)氫燃料電池差距

從成本控制和技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，國(guó)內(nèi)燃料電池與海外先進(jìn)國(guó)家相比差距較大：

價(jià)格差距：由于國(guó)內(nèi)還未有大規(guī)模批量生產(chǎn)，因此燃料電池價(jià)格預(yù)計(jì)仍高達(dá)約300-500美元/kW左右；而美國(guó)通過(guò)規(guī)?；慨a(chǎn)，2015年便已將燃料電池價(jià)格降到55美元/kW，并且朝DOE制定的2020年40美元/kW，遠(yuǎn)期30美元/kW的目標(biāo)快速下降。

功率密度差距：目前國(guó)內(nèi)燃料電池功率密度約為1.5-2.5kW/L，而美國(guó)已達(dá)3.1kW/L，提前完成DOE的規(guī)劃目標(biāo)。

電池壽命差距：目前國(guó)內(nèi)燃料電池乘用車(chē)壽命在2000小時(shí)以下，而燃料電池客車(chē)壽命也僅為3000小時(shí)，主要受到膜電極、雙極板等電池核心材料性能限制；而美國(guó)兩種車(chē)型壽命已分別達(dá)到4500小時(shí)和19000小時(shí)，完全可以滿足用戶正常的使用需求。同時(shí)，根據(jù)DOE規(guī)劃，未來(lái)燃料電池汽車(chē)壽命仍將繼續(xù)顯著提升。

中國(guó)氫能之旅任重而道遠(yuǎn)。

天然氣之于氫能源：不可或缺

作為天然氣觀察的“良心”公號(hào)狗，在文末還是得滿是求生欲的回扯一下天然氣的事。

目前全球氫氣大部分來(lái)源于化石燃料（煤、天然氣、石油等）重整制備。中國(guó)制氫來(lái)源主要是化石燃料，約占97%，其中煤占三分之二，天然氣及石油制氫約占20%。

而隨著氫能源應(yīng)用尤其是氫燃料電池汽車(chē)的不斷深入，氫氣的需求將可能出現(xiàn)急劇的提升。從目前已成熟的制氫工藝而言，煤制氫、天然氣制氫和電解水制氫仍是最主要的大規(guī)模制氫工藝。

考慮到電解水制氫的高昂成本，煤制氫和天然氣制氫成為優(yōu)選。當(dāng)然就國(guó)內(nèi)資源稟賦以及能源價(jià)格而言，煤制氫是最優(yōu)選擇，這也是各大煤企蠢蠢欲動(dòng)的原因之一。

相比而言，天然氣重整在設(shè)備規(guī)模靈活性和管道輸送的穩(wěn)定性具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，如加氫站可以靈活配置一套專用的天然氣重整制氫設(shè)備，未來(lái)天然氣在氫能源領(lǐng)域可能無(wú)法占據(jù)霸主地位，但依然不可或缺。

從本質(zhì)上來(lái)看，氫能源無(wú)法成為人類(lèi)能源變革中可持續(xù)一次能源的終極選擇，無(wú)法從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)化石燃料的替代，僅能作為一種清潔無(wú)污染的能量載體，不過(guò)隨著能源轉(zhuǎn)型的深入尤其是汽車(chē)交通領(lǐng)域的不斷低碳化，氫能源勢(shì)必將在人類(lèi)發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮重要的作用。

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延伸閱讀：

1、《氫能碰瓷戰(zhàn)，不止龐青年！天然氣巨頭公司為何紛紛搶灘氫能源？》

（以下為推廣內(nèi)容）