作者： 主木
2008年北京奧運會，穿梭在各場館以及奧運村之間的純電電動車成了一道靚麗的風景線，10多年過後，電動車遍地開花，成為見怪不怪的存在。
事實上，近些年隨著純電電車普及開了，不少問題也接踵而至，居高不下的電池成本、無法開進東北的尷尬等等。只是在全球市場對新能源的追逐，以及國內大力倡導新能源等朝陽產業的發展下，純電電動車作為一種技術門檻相對較低的產品，快速走進尋常百姓家，鋰電池也隨之迎來「狂歡」。
但是2021年市場似乎迎來轉折。為減少對化石能源的依賴，國家提出2030年碳達峰和2060年碳中和的雙碳目標，中國能源結構轉型正在奔跑加速。
氫能源不出意外地站上風口，並且在2022年北京冬奧會上，氫能源汽車也成功上位。消息稱，承擔賽事交通運輸保障任務的北京公交集團將啟用一批氫能源公交車，為冬奧會賽事全力做好用車準備。
關於氫能源的風其實2019年就已經吹起一陣，當時氫能源首次被寫入《政府工作報告》，報告提出要推進充電、加氫等基礎設施建設。氫能源相關的話題一次次佔據輿論。
但是包括美錦能源在內的一眾氫能源企業在炒作概念多年後仍舊無法拿出業績，導致風口淪為泡沫。
不過要知道，鋰電產業也有過類似經歷。2016年，在國家大力補貼下，不少A股企業玩起「騙補」的把戲，投機者也趁機進入，但「瘋狂」過後不少投資者也被「埋」了進去。好在如今的鋰電產業已經成熟許多，企業價值也在一步步兌現。
為此，不少專家機構認為，現在的氫能源與10幾年前的鋰電很像，有前景，更有錢景，行業兌現價值只是時間問題。那麼，在未來，氫能源是否能夠「幹掉」鋰電呢？
01氫能源的優勢
氫（H）作為元素周期表的第一位，是最常見的元素之一。氫的應用也極度廣泛，可作為燃料應用於汽車、軌道交通、船舶等交通領域，亦可作為原料、還原劑或者熱源應用於煉化、鋼鐵、冶金等行業，還可應用於分散式發電，為家庭住宅、商業建築等供電取暖，且可成為儲能工具。
而氫能作為清潔、高效、安全、可持續的二次能源，是實現「碳達峰、碳中和」的重要手段，也將是能源結構調整和產業升級轉型的重要方向。
氫能源與目前主流的鋰電相比，優勢也非常明顯：1.?氫能源更加環保
一直以來，因為鋰電池含有重金屬鎳、鈷、砷等有毒污染物，必須要進行回收處理，所以市場對於鋰電產業鏈污染以及電池回收存在巨大爭議。
坦白講，當下採用鋰電池的新能源汽車只是在使用階段實現零碳排放，但是縱觀整個產業鏈以及生命周期，鋰電並沒有實現零碳排放。
例如上游原材料供應鏈環節中碳排放就佔到70%以上，所以從原材料和整個產業鏈角度來考察的話，鋰電新能源汽車並不是零排放的，氫燃料電池反而可以實現接近零排放。
而在生產上，我國在大力發展風電、光伏等清潔可再生一次能源，結合水電解制氫技術，制出所謂的綠氫（還有灰氫、藍氫），可實現全生命周期的清潔低碳，使氫能成為連接不同能源形式的橋樑。
從這一層面來看，鋰電終究只是過渡產物，氫能源似乎才更有潛力成為21世紀能源解決最有力的方案之一。
2.?氫能源更加實用
除了環保外，其實氫能源最大的優勢還是在實用性上。
眾所周知，當下鋰電最大的痛點在於續航。鋰電池中的電解液在低溫狀態下粘度會變大，離子傳導速度變慢，造成外電路電子遷移速度不匹配，電池出現嚴重極化，充放電容量出現急劇降低。
機構數據顯示，普通鋰電池在-20°C時的放電容量僅為室溫下的31.5％，並且有些鋰電池在低溫環境下甚至無法進行充電，所以這就造成純電汽車無法進入東北的尷尬。當然，作為能源，使用範圍遠不止汽車，在航空航天，軍事工業和電動汽車領域，要求在-40°C下正常工作，鋰電顯然無法承擔重任。
（鋰電池放電量與溫度的關係）
並且鋰電在應用上更多表現形式是一種儲能裝置，就是先把電能貯存起來，需要時再釋放出來；而氫燃料電池嚴格地說是一種發電裝置，像發電廠一樣，是把化學能直接轉化為電能的電化學發電裝置，沒有熱能和機械能（發電機）的中間轉換，自然不會存在能量損失的問題。
而且一定程度上也意味著，氫燃料電池只需要考慮如何將氫能源儲備下來即可，在使用時如現在加油一般，省去電動汽車長時間充電的耗時環節。
此外，氫氣熱值是常見燃料中最高的，可達142KJ/g，這一水平大約是石油的3倍、煤炭的4.5倍，做成電池的話，氫電池能量密度也會更大，大約在40kWh/kg，遠高於普通鋰離子電池0.25kWh/kg左右及燃油車12kWh/kg左右的能量密度。
這就意味著，消耗相同質量的能源，氫氣所提供的能量是最大的，動力更足，2008年波音公司甚至成功測試由氫燃料電池驅動的小型飛機。
通過對比，我們明顯可以看到氫能源具有碾壓性的優勢，並且也更能順應能源發展的大趨勢。
3.?氫儲能優勢
隨著光伏、風電等可再生能源發展迅速，如何將這些發出來的電存儲下來成了難題。當今的主要解決方案一個是用大量電池組儲存電能，另一個是抽水蓄能。
但是，上述情況都存在成本高、技術難度大等弊端。以儲能電池為例，主要適用於小功率、短周期、分散式儲能，時間很短，最多一個星期，並且儲能電池儲存的電量越多，佔用的空間也越大，因此並不適合電站這種大規模儲能場景。而抽水蓄能則需要靠近水源，也有條件限制。
氫儲能則帶來另一種解決方案。廣義上的氫儲能是指把任意形式的能量轉換成氫氣的化學能，以氫氣的形式進行存儲。狹義上的氫儲能是指將太陽能、風能等清潔能源發出的電能或夜間電網的過剩電能，通過電解水制取氫氣，通過儲氫罐存儲，之後由燃料電池發電技術等實現氫氣的利用。
要知道氫氣是一種極佳的能量存儲介質，既能以氣、液態的形式存儲在高壓罐中，也能以固相的形式儲存在儲氫材料中，除此之外，氫儲能的能量密度高，是少有的能夠儲存百GWh以上的能量儲備技術，而且可同時適用於極短或極長時間供電。
所以相對於電池儲能和其他傳統儲能方式，具有一定比較優勢，尤其是在大規模儲能方面，氫儲能相對於電池儲能的成本優勢明顯。
理論上講，氫能源的爆發似乎就在眼前，但現實卻並非如此。在發展氫能源、運用氫能源的路上，還存在許多障礙。
02氫能源還在初期
對於能源的運用本質上只有三個問題，如何製造，如何存儲以及如何運輸，氫能源也不例外，只有解決這三個問題才有可能大規模發展，然而目前氫能源在這三個方面都存在一定的技術問題。
首先是制氫：當前我國氫氣生產結構以化石燃料制氫為主，也就是所謂的「煤制氫」，佔比高達62%；其次是天然氣制氫，佔比為18%；工業副產氫佔比18%；電解水制氫也就是「綠氫」佔比僅1%。
幾種制氫各有優劣。化石燃料制氫過程會產生CO2等溫室氣體，且制得的氫氣含有雜質，後續對氫氣的提純和排碳的處理有較高要求，但是這種制氫方式成本較低。
工業副產提純制氫是將富含氫的工業尾氣作為原料，能避免氫氣浪費，但長遠來看還存在純度較低、受主產物產能約束等問題，無法作為大規模集中化的氫供應來源。
而電解水制氫雖然純度高，雜質少，易於與可再生能源結合，制氫過程不排放溫室氣體等眾多優點，但其成本相對其他制氫方式要高出許多。
據測算，煤制氫的成本僅在10元/kg左右，電解水制氫的成本則在50元/kg左右。
不過隨著雙碳目標臨近，結合CCUS（碳捕獲、利用與封存）后的煤制氫成本將大幅上升。而電解水制氫成本主要與電費相關，隨著光伏、風力發電成本逐漸降低，電解水制氫成本有望得到進一步控制。
測算來看，當電價低於0.3元/千瓦時，電解水制氫才具備較好經濟性。而根據預計，2025年，我國60%地區的光伏上網電價將在度電0.13元左右，風電度電成本將控制在0.15元左右，屆時氫能的成本或將比汽油更有優勢。
所以綜合來看，短期內煤制氫仍為我國氫氣的主要來源；中期來看，工業副產制氫有望成為供氫主要工藝，但存在的問題也致使其無法長久採用；長期來看，隨著可再生能源電價下降，清潔、高效的綠氫將成為制氫主流工藝，只是這個時間需要多久，目前來看還是未知。
儲氫問題：當然，除了制氫外，儲氫也是氫能源產業鏈中最重要的部分之一。
目前儲氫技術可分為物理儲氫和化學儲氫兩大類。物理儲氫主要有高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、活性炭吸附儲氫、碳纖維和碳納米管儲氫以及地下儲氫等；化學儲氫主要有金屬氫化物儲氫、液態有機氫載體儲氫、無機物儲氫、液氨儲氫等。
目前比較常用的為高壓氣態儲氫，具有技術成熟、充放氫速度快、容器結構簡單、發展成熟等優點，但同時存在體積儲氫密度低、容器耐壓要求高的缺點。
而長遠來看，比較有發展潛力的為低溫液態儲氫以及固態儲氫，但目前兩者均有不同的技術難題還有待攻克。
低溫液態儲氫可以將氫氣冷卻至-253℃，存於低溫絕熱液氫罐中，因為其存儲密度高，液態氫的純度也較高，所以低溫液態儲氫為理想的儲氫方式，但是存在兩大技術難題，一是液氫儲存容器的絕熱問題；二是氫液化能耗高，在工程液化過程中會造成一定損失。
固態儲氫利用金屬合金等對氫的吸附和釋放可逆反應實現，具有安全性高、儲存壓力低、放氫純度高、運輸方便的特點，但是成本高、壽命短等這些也是不得不面對的難題。所以目前固態儲氫大多處於研發試驗階段。
當然除了上述提到的儲氫方式，有機液體儲氫、無機物儲氫等都是理論上更為完備的儲氫解決方案，但目前都僅處於攻克研發階段，距離商業化大規模使用尚遠。
運氫問題：最後還有運氫問題，氫能源想要大規模ToC，運輸問題不容忽視。
氫作為元素周期表中的首位元素，氣體狀態下密度極小，並且氫和氧能形成爆炸混合物，因此在大規模運輸過程中，必須加以壓縮儲存，讓氫呈現高密度氣態或者固態、有機態的形式。
目前氫能的運輸通常根據儲氫狀態的不同和運輸量的不同有所調整，主要有氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送3種方式。
氣態氫氣通常採用長管拖車和管道運輸；液態氫氣通常用槽車運輸；固態氫氣運輸可直接運輸儲氫金屬。
分別來看，長管拖車靈活便捷，但在長距離大容量輸送時，成本會更高；管道運輸雖然輸氫量大、能耗低，但是在建造管道時的一次性投資也更大，即便將氫氣逐步引入天然氣網路，也不能輕鬆解決高成本問題。
因為一般天然氣都是使用鋼管運輸，而溶於鋼中的氫分子會產生氫脆，超出鋼的強度極限。所以如果要採用管道運輸氫，需要採用含碳量極低的材料，而這種材料成本一般是正常天然氣管道材料的兩倍。
當然也可以採用天然氣和氫氣混合運輸的方式，但這種方式對氫氣的含量佔比要求嚴格，最高不得超過20%。另外，將昂貴的氫氣混入廉價的天然氣也會造成價值的損失。
而液氫槽車運輸，這是一種既能滿足較大輸氫量，又比較快速、經濟的運氫方法。只是如上述所說，在將氫能液化過程中，將會耗費較大成本，並且也會損失大量能耗。國內目前僅應用於航空航天、軍工等領域，尚無民用案例。
固態儲氫中技術較為成熟的方式為合金儲氫，主要包括鎂系合金、稀土系合金等。儲氫合金與氫氣發生化學反應，生成金屬氫化物，實現氫氣的存儲。這也導致對儲氫材料性能要求較高，部分金屬氫化物充放氫速率低、某些金屬合金成本過高等。
最後回歸到氫能的應用問題上。從當前需求結構來看，氫能應用場景的工業色彩依然很濃，氫氣主要應用於合成氨、石油煉化等領域。而民用氫氣比例極低，目前可以想象的最大的應用場景便是氫燃料電池車。
但氫能想要ToC除了解決制儲運這三個問題外，制約乘用車推廣的重要因素還在於氫燃料電池車最初的推廣便是車規級，缺少其他低層級消費品的消費鋪墊，也缺少加氫站等基礎設施的支撐。
未來乘用車用氫成本或許會下降到與鋰電相近的水平，但短期來看鋰電還是發展（新能源）的「主力軍」。
縱觀大局，氫能發展的政策以及補貼逐漸被提上日程，從制氫到儲運氫再到應用，有望迎來大範圍更新與成長。前途是光明的，但道路也一定是曲折的，氫能距離大規模市場化，還有很長一段路要走。
正如2008年奧運會一樣，今年冬奧會全世界將會看到我國在新能源領域的發展，只是這次的主角，從LI變成了H。
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來源：財經新知
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