氢能:进一步终极能源,退一步智商收税?

日本汽车工业协会会长丰田章男一直认为,氢能是终极能源。而特斯拉创始人埃隆·马斯克却多次嘲讽氢燃料电池“愚蠢到令人难以置信”。可他们都是利益相关者,说的话不可尽信。


2022年4月1日,马斯克推文“特斯拉正在研发氢能源汽车 Model H”作为愚人节玩笑


#先定一个小目标:

5万辆保有量


那么,我们国家是怎么对待氢能产业发展的?2022年3月发改委下发的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》 文件中,为氢能产业定好了如下发展目标:“到 2025 年,……燃料电池车辆保有量约 5 万辆,部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10-20万吨/年,成为新增氢能消费的重要组成部分,实现二氧化碳减排 100-200 万吨/年。”


与截至目前远超1000万辆的,早已满大街跑的锂电池新能源汽车相比,“5万辆” 实在算不得什么宏伟目标,但是个略有难度的第一步。


(回复“氢能”查看《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》全文)


#我国发展氢能产业,

难在哪?


“发展了,但没完全发展。”中国的氢能源产业进度跟不上舆论热度,客观地说,存在以下几个方面的桎梏:


1.日本专利垄断:众所周知,日本由于研发早(1981年就开始了研究氢能项目)、力度强(2013年推出的《日本再复兴战略》将发展氢能定为国策)、决心大(计划于2030年扩大商用氢能流通,2050年实现氢能源汽车普及),早早抢滩了氢能产业链上的大部分专利。据《日经亚洲》报道,2011年至2022年期间,日本企业共计申请了34624项与氢技术相关的专利,排名世界第一。若想发展氢能,日本掌握的专利技术绝对绕不开,估计这也是为什么12月6日第二次中日碳减排政策对话是围绕着“氢能”展开的。


2.“绿氢”价格高昂,“蓝氢”、“灰氢”与碳减排的伦理基础相悖:自然界中几乎是不存在氢气的,要获得氢气必须经过人工冶炼制取。根据制取方式“含碳量”的不同,氢气被分为绿氢、蓝氢、灰氢。来自可再生能源电解水产生的才能叫绿氢。根据上海环境能源交易所最新发布的中国氢价指数体系价格信息(2022.12.5)长三角清洁氢价格为34.16元/公斤(此为售价),由于电解水制取一公斤氢气需要56度电,这意味着长三角清洁氢每度电成本已经控制在0.61元/千瓦时以内。当光伏发电制氢电价控制在0.25元/千瓦时以下时(也就是绿氢成本低于14元/公斤时),光伏发电制氢成本与化石能源制氢成本接近,目前日本和欧美都能做到这价格。最近一条轰动氢圈的新闻说,埃及生产绿氢价格可以低于1美元/公斤,不过它的大前提是“埃及拥有丰富的风能和太阳能以及公用事业规模可再生能源的空间”。


灰氢

通过化石燃料(例如石油、天然气、煤炭等)燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等排放。目前,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%左右。

蓝氢

将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成。虽然天然气也属于化石燃料,在生产蓝氢时也会产生温室气体,但由于使用了碳捕捉、利用与储存(CCUS)等先进技术,温室气体被捕获,减轻了对地球环境的影响,实现了低排放生产。

绿氢

通过使用再生能源(例如太阳能、风能、核能等)制造的氢气,例如通过可再生能源发电进行电解水制氢,在生产绿氢的过程中,完全没有碳排放。


在终端售氢价格减去制取绿氢成本之差中,还有多少可以分配给运输和存储?它们同样是富有挑战的环节。


3.储运困难:由于标准状态下氢气的体积能量密度很低,是汽油的1/3000,这大大增加了氢气储存和运输的难度。目前,氢的储存技术可以分为气态储氢(高压存储)、液态储氢(液化存储)以及固态储氢(材料储氢、氢化物储氢)。另外还有一些新兴的储氢技术,如地下存储和液态有机氢载体储氢。


由于设备结构和工艺简单、充装和排放速度快,气态高压储氢技术在各类储氢技术路线中占据主导地位,但是气态高压储氢技术的储运环节折损非常大。在实现规模化运输的条件下,当运输半径为100公里时,高压气氢的运营成本为7元/公斤。当运输半径扩大到300公里,高压气氢的运营成本上升至21元/公斤。在500公里运输距离时,高压气氢的运营成本已经增加到35元/公斤。另外,车载高压储氢瓶的造价也十分昂贵,单瓶储氢瓶售价在2万以上,“椟”比“珠”贵,而且,压缩氢气本身就要消耗很大能量。


那么运输液态氢气不行吗?要知道液态氢的运输范围在400-1000公里,运送温度保持在-253摄氏度。过程损耗高达30%,目前还没有成熟的技术路线,我国已建成的输氢管道里程数也不长,很难民用。至于固态储氢,更是在小规模试验阶段。


4.氢燃料电池相关问题:其一,氢燃料电池使用的催化剂是贵金属铂,而且它对氢气的纯度要求特别高。其二,氢燃料电池比较重,氢能轿车比同类型内燃机车重200多公斤,贵5倍以上,因此只能通过加大运载容量,加长里程来保障利润。


5.安全性亟待加强:储氢罐就像一个潜在的火药桶,一旦储氢罐被刺破,密度较轻的氢气会向上逃逸,此时起火,火焰会喷射至5米高度左右,在密闭空间内,泄露的氢气更容易聚集,高能量密度的氢气(是汽油能量密度的3倍)更容易引发严重的消防灾害。


#既如此,

放弃氢能源不行吗?


看到这里你可能会问,“我国发展氢能的难点那么多,氢能似乎只是碳中和的可选项,放弃它不行吗?”


在我们看来,氢能有着科学理论支持,但是仍然比较小众,目前来看,对比锂电池这条线路,已经落在了后头。当锂电池路线的生态网络完善后,转变主路线的希望就更小了。


但如果我们彻底放弃氢能源不作技术迭代跟进,当他国在氢能源方面有了重大突破,我们就只能俯首称臣。在能源革命的进程中,用“锂电池进攻,氢能源防守”来形容可能更加贴切。

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页面更新:2024-04-27

标签:能源   气态   氢气   液态   日本   锂电池   密度   智商   成本   价格   技术

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