看日本氢能源发展：2023年中国会迎来新能源突破吗？

日本电动车

为何“押注”氢能源

近些年，特斯拉等一系列纯电汽车开始迅猛发展，普及速度也得到迅猛提高。最近这些年来出现了很多全新的电车企业，而很多传统的燃油车企业也在逐步地转型，可以说最近几年来纯电汽车非常强势。但作为汽车强国的日本却对纯电汽车表现出冷漠的态度，而是选择押注氢能源，为什么？为何欧洲车企、美国车企及咱们众多自主车企都在不遗余力地研发、制造纯电汽车，而日系车企偏偏要搞氢动力汽车呢？说到底就是日本的能源结构所导致的。实际上并不是日系车企有多看好氢动力，只是日本的能源结构决定了未来的日系车只能向着氢动力过渡。

但其本质却在于取代或逐渐取代传统能源，而对于一个国家而言却是可以改变能源结构的理想方式。比如我们煤炭资源丰富以及拥有众多水利、风力、太阳能发电设施。但我们的石油资源却并不丰富，所以我们每年会进口大量的原油。

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最近几年我们每年进口原油占比已经达到了70%以上，所以摆脱对进口能源的依赖对我们很重要，这实际上就是这么些年来我们大力发展新能源的原因。新能源的意义并不是指能源本身有多新，而是在于替代传统的能源。日本能源对外依存度非常高，包括原油、煤炭、天然气，以及镍、钴、锂等贵金属都依赖进口。而日本能源整体对外依存度高达90%以上，简单说就是只要能想到的能源、资源，日本都需要进口。所以日本对于新能源同样非常迫切，但日本却把宝押在了氢能源上而非电能。实际上早在上世纪80年代初，日本就已经开始布局氢能源，因为氢能源可以说是日本摆脱对进口能源依赖最理想、也是最有效的方式，但实现这个构想最重要的条件就是核电的支撑。

所以日本很早就确定大力发展氢能源。构想很简单，先是全力发展核电站，利用核电的经济优势满足日常需求之后，再利用富余的核电去电解海水获得氢能源。因为早在上世纪80年代日本就是全球掌握氢能源专利最多的国家，如果能获得充足的周期来缓冲，一旦氢能源技术全面成熟，日本车企同样能用氢能源汽车占领全球新能源汽车市场，实现收割。

大力发展氢能源

是对还是错

如此制氢成本还是会提高很多，毕竟涉及氢气的存储、运输等多个环节。所以日本的氢动力战略究竟能走多远犹未可知，即便在未来实现了氢能源的全面商用化，但氢动力汽却已彻底失去占领全球新能源市场的机会，因为电动汽车会先一步成熟，先一步普及并控制市场。所以吃了多年专利、产品红利的日系车企在未来却很难吃到新能源汽车领域的红利。

以丰田的氢燃料电池车“Mirai”为例，Mirai是丰田在2014年底推出的量产型氢能源车，被当作接棒混动车普锐斯的主力产品。由于氢燃料电池车在行驶中只排出水，因此被视为新能源车的“终极方案”。不过，马斯克显然不认同这一点，Mirai公布后，他将“燃料电池（Fuel Cell）”讽刺为“傻子电池（Fool Cell）”。并称，“氢燃料适合火箭，但不适合汽车”。

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放在2014年，Mirai其实是个技术杰作，不仅在续航里程（500公里）上超过当时的Model S售价也远低于后者，并且加氢速度远远超过充电。考虑到当时特斯拉饱受质疑，氢能源车是个极具竞争力的方案。2015年10月21日，Mirai在美国加州开售，丰田专门把时间选在了电影《回到未来2》中30年后“未来”的时间点，但Mirai和整个氢能源车的走向却远远没能达到丰田的预期。

日本对氢燃料电池车的系统性探索始于2008年前后，并在2013年通过《日本再复兴战略》确立了氢能源车的地位。后续的一系列政策表明，日本把氢能源车视作燃油车唯一的替代方案，并力图在2050年实现氢能源车的全面普及。在当时看，氢是最适合日本的一条技术路线。日本国内资源极度匮乏，其中就包括锂电池的关键材料锂、镍和钴。氢能源车虽然也需要稀有金属，但主要消耗的是电，日本彼时大力发展的核能可以解决这个问题。在日本政府的构想中，氢会帮助日本实现能源自主。氢能源车是撬动它的杠杆，丰田则是开路先锋。Mirai是个昂贵的赌注，它要么成为汽车业的未来，要么成为反噬日本汽车工业的技术陷阱。

氢燃料电池的优点

各国都在布局

我们现在都知道，氢燃料电池汽车是有很多优点的：环保性、能源效高、资源丰富、基于燃料电池工作原理的科学、合理性，氢燃料电池汽车就从根本上避免了纯电动汽车的若干重大缺陷，例如续航里程局限和易发烧的安全隐患等。氢能量的密度大约是汽柴油的2-3倍，现在电动车锂离子的10倍，5公斤的氢储量可以支持氢燃料电池车跑400公里，而达到相同的里程数的纯电动汽车，电池都半吨重了，相比之下，氢燃料电池车堆则要轻很多：目前日本、韩国、美国和欧盟等在氢能和燃料电池发展方面走在世界前列，定位于积极探索国家氢能发展，制定具体的激励政策，促进技术进步，引领产业发展。氢能汽车作为氢能利用的重要终端，随整体战略推进，已进入降低成本、提高性能和准备大规模商业化推广的阶段。

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2019年，韩国氢能汽车销售量（约4100辆）位居全球第二，仅次于中国；韩国氢能汽车保有量位居全球第四位，仅次于美国、中国和日本。2019年，韩国新建加氢站20座，加氢站累计数量（34座）位居全球第五。2019年2月，FCH 2 JU发布了《欧洲氢能路线图：欧洲能源转型的可持续发展路径》，提出面向2030年、2050年的氢能发展路线图。

而近年来，我国燃料电池汽车领域发展迅速。根据IEA数据显示，截至 2019年底，我国氢燃料电池汽车保有量位居全球第二，加氢站数量（61座）位居全球第四。其中，氢燃料电池公交车的保有量接近4300辆，氢燃料电池轻卡的保有量超过1800辆，分别占对应车型全球保有量的97％和98％。根据中国汽车工业协会统计数据，2019年，全国共销售2737辆氢燃料电池汽车，同比增长79％。在售车辆以中型货车及大中型公交车为主。

北京氢燃料电池发动机工程技术研究中心数据显示，2016—2019年间，中国共有1752辆氢燃料电池客车投入运营，其中上海以轻型客车为主，北京以团体客车为主，其他省份均以公交车为主。货车以8~9吨中型货车为主，其累计销售量为3348辆，涉及10个省份~

中国的氢电池计划

2020年，科技部启动了国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项，将重点突破质子交换膜、气体扩散层碳纸、车用燃料电池催化剂批量制备技术、空压机耐久性、高可靠性电堆等共性关键技术。研究表明，氢能及氢燃料电池技术有望大规模应用在汽车、便携式发电和固定发电站等领域，也是航空航天飞行器、船舶推进系统的重要技术备选方案，但面临低生产成本（电解质、催化剂等基础材料）、结构紧凑性、耐久性及寿命三大挑战。

美国能源部燃料电池技术项目研究认为，燃料电池电动汽车是减少温室气体排放、降低石油使用量的最有效路径之一，随着技术进步，全过程生产成本和氢燃料成本将与其他类型车辆及燃料相当。优化系统控制策略、开发催化剂及其抗腐蚀载体等新型基础材料，是提高系统耐久性和寿命、进而促成氢燃料电池技术大规模商业化应用的有效路径。近期的综述性研究工作，报道了氢燃料电池系统在双极板、气体扩散层、催化剂、膜电极、流场设计与分析等材料或组件方面的新进展。

近年来，我国的氢燃料电池技术基础研究较为活跃，在一些技术方向具备了与发达国家“比肩”的条件；但整体来看，所掌握的核心技术水平、综合技术体系尚不及具有领先地位的国家，如我国在1998年才出现首个氢燃料电池发明专利，目前相关核心专利数仅占世界的1%左右。

先发国家在氢燃料电池系统、组件、控制技术、电极等方面发展相对均衡，一些国际性企业在燃料电池系统、电池组件与加工、控制技术等方面居于世界领先地位。在技术应用方面，从现阶段重点发展氢燃料电池客车、卡车等商用车，逐步推广到乘用车、有轨电车、船舶、工业建筑、分布式发电等领域。而相对于技术发展，更重要的是对于成本的控制；氢燃料电池系统的成本必然随着技术进步、生产规模的扩大而下降，预计未来10年生产成本将降低至目前的50%。

氢能源2050

在世界各国，各地区为满足乘用车及货车在同一年内的燃料需求，可根据行驶里程等实际情况进行推算。2015年，全世界的汽车保有量为12.6亿辆，到2050年这一数据将增加至25.0亿辆。根据全球氢能权威组织国际氢能委员会的预测，到2050年，氢能将占全球能源需求的18%，市场规模将达到2.5万亿美元。其中，载货量大、行驶距离远且使用频率高的商用车被认为是氢能源的最佳使用场景。

由于商用车大多载货量大、行驶距离远且使用频率高，目前受限于充电时长和续航里程的纯电动车很难满足商用车的使用需求。同时，此前在商用车领域占据相当地位的柴油车清洁技术已经“见顶”，无法满足更高要求的排放标准和电动化趋势。因此，氢能源目前被认为更适合应用于商用车领域。

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无论是什么材质的电池，进行规模化生产时对制备工艺和环境都有着很高的要求：干燥，洁净等等~为此，一般是需要使用真空手套箱来配合生产线进行生产的：手套箱是作为一个全密闭的腔体，把腔体内外的环境完全隔绝开，腔体的一面安装有视窗 和手套，操作人员通过手套对腔体内的物料进行操作：在操作前，对整个箱体抽真空，把箱体内空气完全抽出来，降低水氧含量至0.1ppm以下，然后填充惰性气体气体进行生产。

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