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一波三折的東京奧運(yùn)會終于在7月23日正式拉開帷幕。早在2016年，當(dāng)時(shí)的東京市長舛添要一就宣稱“東京奧運(yùn)會將留下一個(gè)氫社會作為遺產(chǎn)”，就像新干線高速一樣。
今年的奧運(yùn)火炬平臺和部分奧運(yùn)火炬使用氫氣作為燃料，這在奧運(yùn)歷史上尚屬首次；奧運(yùn)村的熱水系統(tǒng)也完全由氫燃料提供動力；運(yùn)動員甚至乘坐氫燃料電池巴士前往比賽場地。用于生產(chǎn)氫氣的電力來自福島縣的太陽能電池板。從制氫、儲氫、氫運(yùn)輸?shù)浇K端應(yīng)用，整個(gè)過程不使用任何化石燃料，這是日本第一個(gè)完整的氫能基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，也代表了日本向世界展示氫能戰(zhàn)略的雄心。
那么，氫能有哪些特點(diǎn)和價(jià)值呢？氫能將如何在解決全球變暖問題的過程中占有一席之地？
氫能的特點(diǎn)和價(jià)值
氫能是一種清潔的、高能量密度的二次能源。氫氣的燃燒只產(chǎn)生水蒸氣，不產(chǎn)生溫室氣體。如果在制氫過程中確保零碳排放，氫是一種理想的清潔能源。
氫具有更高的能量密度。每公斤氫燃料的能量至少是每公斤鋰電池的130倍；體積能量密度（單位體積所能儲存的能量）是鋰電池的兩倍，未來有望達(dá)到5倍。如下圖所示，對于氫燃料電池汽車而言，每增加一英里里程，所需氫燃料的重量幾乎可以忽略不計(jì)，但相比之下，鋰電池汽車需要大幅增加電池的重量和體積。勢必對電動汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電機(jī)性能提出更高的要求。再加上氫燃料電池汽車在寒冷環(huán)境下的啟動和續(xù)航方面的技術(shù)突破，氫能在長途運(yùn)輸、航空、航運(yùn)、重工業(yè)等需要高能量、長續(xù)航和燃料的行業(yè)中占據(jù)巨大優(yōu)勢?？梢詰?yīng)對極端天氣。
此外，氫能的生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、使用等方面非常多樣化，是實(shí)現(xiàn)電能、熱能、液體燃料等能量轉(zhuǎn)換的媒介。與電力類似，氫可以從太陽能、風(fēng)能、核能和傳統(tǒng)化石能源等一次能源中轉(zhuǎn)化而來。在儲運(yùn)方面，氣氫或液氫可通過天然氣管道或LNG船運(yùn)輸；氫能可以更高的轉(zhuǎn)換效率被轉(zhuǎn)換成電能或熱能，由此產(chǎn)生的應(yīng)用場景非常廣泛，包括作為偏遠(yuǎn)地區(qū)分布式清潔能源系統(tǒng)的儲能解決方案。
當(dāng)然，氫能在碳中和戰(zhàn)略下發(fā)揮重要作用的前提是制氫過程必須使用清潔的一次能源。氫一般分為：灰氫、藍(lán)氫和綠氫。
灰氫由化石能源制成。目前，世界上95%以上的氫是灰氫?；覛涑杀究傻椭?美元/公斤，并已大規(guī)模生產(chǎn)，廣泛用于煉油和制氨（主要用于化肥）。
藍(lán)氫也由化石能源制成，但需要在制造過程中的每個(gè)碳排放環(huán)節(jié)使用碳捕獲技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)可以捕獲約90%的碳排放。按最低灰氫價(jià)格計(jì)算，目前藍(lán)氫成本可低至1.5美元/公斤。
綠色氫由零碳排放的清潔能源轉(zhuǎn)化而來。由于制氫技術(shù)不成熟，特別是目前電解水技術(shù)的成本和材料，目前綠氫成本在2.5-6美元/kg之間。彭博新能源財(cái)經(jīng)（BNEF）和國際能源署（IEA）預(yù)測，到2030年左右，綠氫的成本將與藍(lán)氫相當(dāng)。
日本氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)踐
氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫（Production）、儲氫（Storage）、氫運(yùn)輸（Distribution）和終端使用（End Use）。
從綠色氫制造到東京奧運(yùn)會終端應(yīng)用的完整氫能基礎(chǔ)設(shè)施體系，在全球尚屬罕見。這很大程度上得益于日本政府過去十年的長期投資（今年正好是福島核事故十周年）。目前政府的研發(fā)預(yù)算是世界第二，僅次于歐盟。
日本在福島縣建成了世界上最大的太陽能制氫基地之一；家用氫燃料電池設(shè)備Ene-Farm已售出14萬臺；至少有4萬輛氫燃料電池汽車投入使用；至少已建成135座加氫站是全球最大的加氫站網(wǎng)絡(luò)。
日本的氫儲運(yùn)技術(shù)和實(shí)踐也走在世界前列。今年上半年，由日本川崎重工建造的全球首艘液化氫運(yùn)輸船Suiso Frontier已投入試運(yùn)行。氫氣的沸點(diǎn)/液化溫度比液化天然氣的儲存溫度低100°C。這艘船將從9000公里外的澳大利亞運(yùn)送液態(tài)氫到日本。這條氫運(yùn)輸路線將在2030年將日本氫燃料的CIF價(jià)格降低4倍。
但是，日本氫能產(chǎn)業(yè)鏈的成本仍然很高。東京奧運(yùn)會使用的氫燃料電池公交車的價(jià)格是柴油公交車的4倍。同等條件下，氫燃料的成本至少是柴油的2.6倍。與鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈相比，氫能源和氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈更長、更復(fù)雜，很多環(huán)節(jié)還需要技術(shù)突破和商業(yè)化探索。
面對氫能的未來，業(yè)內(nèi)專家眾說紛紜。有人認(rèn)為液氫和氣氫將成為主流，也有人認(rèn)為以甲醇或氨為代表的儲氫運(yùn)氫載體將成為主流。就重要性而言，有人認(rèn)為氫能是世界各國實(shí)現(xiàn)2050年（發(fā)達(dá)國家）和2060年（中國）碳中和目標(biāo)的最后一塊拼圖，是深度脫碳的關(guān)鍵能源；甚至有人認(rèn)為氫能能源是“21世紀(jì)的終極能源”，世界經(jīng)濟(jì)和能源結(jié)構(gòu)也將隨之發(fā)生變化。無論如何，政府、國際智庫和市場對解決上述氫能技術(shù)問題普遍持樂觀態(tài)度。
各國政府為氫能產(chǎn)業(yè)設(shè)定了目標(biāo)
近十年來，國內(nèi)外政府從行業(yè)倡導(dǎo)轉(zhuǎn)向制定行業(yè)規(guī)范和具體的行業(yè)支持。其中，交通相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈將受到各國政府政策的青睞。目前，資本市場普遍看好氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？梢哉f，氫能產(chǎn)業(yè)在整個(gè)能源行業(yè)中的地位已經(jīng)逐步提升。
截至2021年初，全球已有30多個(gè)國家發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖，并承諾提供公共資金支持氫能應(yīng)用。日本和歐盟都公布了氫能戰(zhàn)略，分別制定了2030年和2050年綠色制氫和氫能源汽車普及率的具體目標(biāo)。國際氫能委員會預(yù)測，到2050年，氫能將占全球的18%。世界能源終端需求。此外，氫燃料電池汽車將占全球汽車的20%至25%，每年為交通運(yùn)輸業(yè)貢獻(xiàn)至少三分之一的碳減排量。
去年，國務(wù)院辦公廳、國家能源局出臺《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》、《關(guān)于建立健全清潔能源消納長效機(jī)制的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》等配套政策，鼓勵(lì)推動綠色氫、分布式能源、燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和商業(yè)應(yīng)用，氫能產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入商業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展的新階段。
今年，國務(wù)院國資委在總結(jié)上半年央企經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況時(shí)表示，超過三分之一的央企已經(jīng)在制定整體氫能產(chǎn)業(yè)鏈布局。
工信部預(yù)測，到2035年，新能源汽車銷量將占新車總銷量的50%以上。商用車將實(shí)現(xiàn)氫動力轉(zhuǎn)型。氫燃料電池汽車保有量達(dá)到100萬輛左右，建設(shè)加氫站5000座。中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2050年，氫能將占中國能源系統(tǒng)的10%，對氫的需求量將接近6000萬噸，年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值至少達(dá)到10萬億元。綠色氫的規(guī)模將達(dá)到4000萬噸，占比最高。其中，交通部門使用氫氣2458萬噸，占交通部門整體能源消耗的19%，減少碳排放3.56億噸；氫燃料電池汽車年產(chǎn)量達(dá)到520萬輛。
在資本層面，近期大量政府引導(dǎo)基金和能源產(chǎn)業(yè)資本紛紛聚焦氫能。截至2021年6月，全球大型氫能項(xiàng)目和投資事件已達(dá)359個(gè)，其中至少三分之一發(fā)生在今年上半年，且增速較快。各國政府累計(jì)承諾投入至少700億美元公共資金投資氫能產(chǎn)業(yè)。預(yù)計(jì)到2030年，各國政府、資本和企業(yè)至少將在氫能產(chǎn)業(yè)投資5000億美元。
氫能產(chǎn)業(yè)的未來與投資機(jī)會
我們相信氫能產(chǎn)業(yè)將在世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)一席之地。由于其發(fā)展尚處于起步階段，投資機(jī)構(gòu)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注國內(nèi)外支持補(bǔ)貼政策和市場反應(yīng)。
在終端應(yīng)用方面，氫能和電能同為二次能源，既互補(bǔ)又競爭。投資機(jī)構(gòu)可重點(diǎn)關(guān)注：1）氫能在電動化、脫碳困難的行業(yè)中的應(yīng)用，包括長途運(yùn)輸、航空、船舶、重工業(yè)等； 2）氫能在分布式能源系統(tǒng)中的應(yīng)用，緩解清潔能源穩(wěn)定性差、利用效率低、吸收壓力大等問題。
這種互補(bǔ)與競爭的動態(tài)平衡，需要投資機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)了解氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)路徑選擇和技術(shù)發(fā)展。重點(diǎn)關(guān)注液氫、氣氫與甲醇或氨等氫能載體之間的路徑選擇。在上游制氫環(huán)節(jié)，重點(diǎn)是電解水技術(shù)與材料、碳捕集技術(shù)的創(chuàng)新；儲氫環(huán)節(jié)需要重點(diǎn)關(guān)注氫燃料電池的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、貴金屬開采和成本，以及大規(guī)模量產(chǎn)的機(jī)會；此外，儲氫在成本和安全運(yùn)輸方面還有很大的提升空間。需要實(shí)時(shí)了解氫能行業(yè)對汽油和液化天然氣管道、運(yùn)輸港口、加油站、加氣站等現(xiàn)有能源系統(tǒng)的有效利用情況。
同時(shí)，我們還應(yīng)該關(guān)注具有直接競爭性的蓄電池（包括鋰電池）技術(shù)在體積和質(zhì)量能量密度方面是否有革命性的突破。
與工業(yè)革命前相比，全球平均氣溫上升了約1°C。但是，我們現(xiàn)在擁有的清潔技術(shù)無法達(dá)到聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）設(shè)定的將溫度提高到 1.5°C 以下的目標(biāo)。這需要前所未有的技術(shù)創(chuàng)新和能源革命。
縱觀人類能源革命的歷史，是一部能源效率從高碳到低碳，從低能量密度到高能量密度不斷提升的歷史，每一次革命都最終在安全、可靠和高效之間取得平衡。那么，2020年東京奧運(yùn)會能否真正為世界打開氫能社會的大門，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在多大程度上有助于解決全球變暖問題，引領(lǐng)全球能源革命，我們充滿信心期望。
