當前速讀：“氫能源自由”何時到來

看好它的人贊其為“擁有魔力的解決方案”。而在對它嗤之以鼻的人看來，相關研究都只是“年復一年的妄想”——這便是爭議不斷的、將氫氣作為燃料的可能性。

氫氣是一種豐富的、無污染的能源，被看作天然氣的清潔替代品。科幻小說之父儒勒·凡爾納（Jules Verne）曾經描述過“在未來，水如何被用作燃料”。在1874年的小說《神秘島》中，他寫道“氫氣和氧氣將提供無窮無盡的熱源和光源”。

(資料圖片僅供參考)

近150年后的今天，氫氣的應用已經不再局限于科幻小說。只不過，它能否改變整個社會的能源結構仍是未知數。

經過幾十年的試點項目和零星的部署，這個理想中的燃料似乎已經處于經濟可行性和廣泛采用的邊緣。美國能源部在2021年7月開啟了“氫能源地球計劃”（Hydrogen Energy Earthshot）,希望在10年內將清潔氫的成本降低80%，至每公斤1美元。

在氣候變化的全球挑戰和對能源獨立的更多渴望之下，美國政府和跨國公司們正在花費數十億美元，試圖開創氫氣時代。

全球供應商博世公司表示，到本10年末將在氫氣生產技術方面投資多達5.91億美元。

根據美國環保署的數據，運輸業占美國溫室氣體排放的27%，比任何其他行業都要高。美國應對交通領域碳排放的主要努力集中在電動汽車的推廣和政府對所有關聯領域的支持上。

但是，這可能還不夠。安永會計師事務所的全球移動性分析師克里斯汀·林格蘭德（Kristin Ringland）說：“有些東西是換電池無法解決的。”

雖然沒有達成共識，但越來越多的行業分析師和科學家認為，交通將需要鋰電池電動車和氫能源動力車的共同努力，以在2050年達到凈零碳排放目標。

“我們不認為兩者會是‘非此即彼’。”洛斯阿拉莫斯國家實驗室氫氣和燃料電池技術實驗室的項目經理羅德·博魯普（Rod Borup）說，“我們認為應該是‘和’。”

始于能源危機

如今，對于氫氣燃料電池的開發和部署越來越多，這些努力和成果都始于洛斯阿拉莫斯國家實驗室，該實驗室因開發氫彈而聲名鵲起，博魯普現在負責監督該實驗室耗時最長的非武器項目。

這些研究是在1973年和1974年經濟震蕩和汽油長線困擾美國之后開始的，當時石油輸出國組織禁止向特定國家出口石油并削減石油產量。

美國在1977年成立了能源部，部分原因正是為了應對這場能源危機。不同的研究項目被納入國家級別的管轄范圍，包括洛斯阿拉莫斯實驗室。彼時剛剛從亞利桑那大學畢業三年的年輕科學家拜倫·麥考密克（Byron McCormick）建立了氫氣和燃料電池技術實驗室。

就是這樣一個時機，美國能源部為后來的太陽能、風能、先進電池和燃料電池的研究埋下了種子。幾十年后，這些技術已經成熟。

現年76歲的麥考密克說：“所有這些東西從70年代就已經形成了。如果不是因為石油禁運，它可能根本不會開始。”

麥考密克后來成為通用汽車公司的高管，在2009年退休之前，他建立了該汽車公司的全球替代動力中心，專注于氫氣和燃料電池技術。

2021年6月，通用汽車啟動了一項350億美元的投資，開始雙重減碳戰略。除了正在推出一個完整的鋰電池電動車產品線，這些資金還支持開發用于卡車、火車和飛機的GM Hydrotec燃料電池。

解決卡車應用問題

業內共識是，鐵路和航運是氫燃料電池的首選。它在地面運輸中的應用目前還無法斷定。

地面運輸中最具有潛力的應該是長途卡車。根據美國環保署的數據，中型和重型卡車消耗了美國運輸燃料的26%。燃料電池在氫氣提供的能量密度方面被證明是有優勢的。與鋰電池電動卡車相比，它們有更短的加注燃料時間和較小的能量損失。

重型鋰電池會吸收有效載荷能力，這對于長途卡車的運輸來說是一個問題，因為它減少了利潤。北美貨運效率委員會執行主任邁克爾·羅斯（Michael Roeth）表示，由于重量不同，一輛燃料電池卡車在560公里的路程中可以攜帶大約17噸的貨物，而鋰電池卡車則為15噸。

他說，雖然它比傳統的內燃機卡車要重，但美國聯邦政府對零排放卡車發放近1噸的有效載荷補貼，使燃料電池卡車的貨運能力和成本能夠與柴油卡車相當。

燃料電池供應商Ballard估計，就總擁有成本而言，鋰電池卡車在區域性運輸中將花費434381美元；類似的燃料電池卡車將花費414367美元，這一價格與柴油相當。

美國國家可再生能源實驗室于2021年9月發布了一項分析，支持鋰電池和氫氣燃料電池兩種技術都具有發展空間。它表明，在特定的商業場景和路線距離中，每種動力系統都可能擁有成本優勢。燃料價格是一個重要的變量。

總的來說，這兩種技術最早在2025年就可以在成本上與柴油卡車競爭。

由現代汽車集團支持的新墨西哥州氫氣部件創業公司Pajarito Powder的聯合創始人湯姆·斯蒂芬森（Tom Stephenson）說：“如果類比的話，氫氣燃料電池車等于今天的柴油車，鋰電池電動車等于今天的汽油車。”

并非所有人都信服。

約翰·亨利·哈里斯（John Henry Harris）在2021年7月與合伙人創立了中型卡車初創公司Harbinger。在他從零開始造車的過程中，他很快就對氫氣從希望變成了失望。

他說：“當我們實際考察這兩種解決方案的成熟度時，我們只看到了一個巨大的鴻溝。”

與鋰電池相輔相成

在乘用車市場上，目前的燃料電池車型銷量都很低。

豐田在2014年面向日本市場推出了Mirai，根據咨詢公司Interact Analysis 2022年10月的一份報告，這款車的累計銷量約為4200輛。在韓國，盡管國家戰略認證了氫氣在去碳化努力中的核心作用， 2020年和2021年，現代Nexo等燃料電池乘用車的銷量僅為8500輛。

盡管如此，兩家汽車制造商都沒有失去對氫氣的興趣。

現代汽車公司打算在2028年前為整個車型陣容開發氫燃料電池版本，下一代系統將在2023年推出。它預計燃料電池將用于卡車、火車和海船。

除了Mirai，豐田在2022年8月與寶馬合作，設計和生產氫燃料電池車，預計最早在2025年銷售。豐田還在研究氫氣巴士，測試與肯沃斯公司在洛杉磯開發的8級燃料電池卡車，并計劃與五十鈴汽車公司和日野汽車公司合作開發中型燃料電池卡車。

這家日本公司在2021年12月表示，它計劃在鋰電池和氫燃料電池技術方面投資高達700億美元。

當大多數競爭者都更專注鋰電池電動車時，將目光望向另一種選擇在很多人看來是一個奇怪的決定。但是，豐田認為，不同的技術相結合，或許能夠最大限度地服務于不同的汽車細分市場和地理區域，現在做出判斷還為時尚早。此外，他還在探索氫氣內燃機。

“我們希望在這件事上保持謙遜，因為我們不知道未來會如何。”豐田汽車首席科學家兼豐田研究所所長吉爾·普拉特（Gill Pratt）說，“而事實是，在我們看來，其他人也不知道。”

Pajarito Power公司的斯蒂芬森說，關于什么技術最能降低碳排放的爭論讓人想起了之前風能和太陽能行業之間的爭吵。他預計，從長遠來看，鋰電池和氫燃料電池之間的互補將大于競爭。

德勤咨詢公司的一份新報告顯示：“現在看來，氫氣很可能將成為下一種規模化的能源。”2021年，與氫氣相關的風險投資活動達到了近20億美元的記錄。德勤預計2022年將超過這一數字。

基礎設施難關

盡管如此，現有的基礎設施并不足以支撐大規模采用。

根據能源部替代燃料數據中心2022年11月的數據，美國有48148個電動汽車充電站，而且得益于聯邦政府的大力補貼，充電站的數量正在迅速增長。

氫氣加注站呢？只有54個。

“當你問房地產行業的人什么是重要的，你會聽到‘位置、位置、位置’的答案。在氫氣這里，最重要的便是‘基礎設施、基礎設施、基礎設施’。” 吉爾·普拉特說。

當然，氫氣加注站也必須有足夠數量的用戶，才能實現經濟效益。根據國際清潔運輸委員會2017年的一份報告，從加注頻率和使用情況來看，每個加氫站可以支持100-400輛車。

商業卡車運輸網絡的基礎設施可以根據具體地點進行調整，而許多人懷疑氫燃料電池在輕型車應用中能否趕上鋰電池電動車的發展速度。

安永會計師事務所的林格蘭德說：“就氫氣的基礎設施而言，它還不具備這種能力。”

無論是用于卡車運輸還是更廣泛的用途，能源部正在開始為氫氣基礎設施打下根基。在為鋰電池電動車建立50萬個充電樁的同時，該部門正在花費80億美元，從《兩黨基建法案》中撥款，建立6-10個氫氣中心，選址在氫氣生產商、消費者和企業之間的關鍵樞紐區域。

能源部已于2022年9月開始為這筆資金開放申請，預計將在2023年春天做出決定。

更深層次的意義

盡管氫氣有可能只排放水，但它在實現零碳經濟的道路上仍有一個很大的路障。就像鋰電池可能依賴于來自燃煤電廠的電力一樣，氫燃料同樣是使用化石燃料制造的。

根據世界經濟論壇的數據，只用可再生能源生產的綠色氫氣只占當今氫氣總產量的0.1%。在業內專家看來，綠色氫氣想要成為主旋律，還有幾十年的路要走。

能源和氣候政策智囊團Energy Innovation的電氣化主管薩拉·鮑爾德溫（Sara Baldwin）說：“電動汽車花了差不多20年的時間達到如今的大規模生產水平，我預計，氫氣也需要同樣的時間。重點是要擺脫化石燃料。”

盡管難度肉眼可見，氫氣確實是在趕來的路上了。

歐盟已經開始實施一項計劃，以削減對俄羅斯石油的依賴。目前全球氫氣電解器項目的管道自2022年4月-10月已經增加了一倍多。

開創了燃料電池之路的麥考密克認為，還有另一個轉型正在進行中，并且，意義更加深遠。

他說：“人們談論石油的終結，我認為他們沒有抓住重點。重點是‘燃燒’的結束。從人類起源至今，燃燒，一直是我們賴以生存的技能。從這個角度來看，你就會真的領悟到氫氣劃時代的意義。”

（圖片來源：veer圖庫）

版權及免責聲明：

一、未經本網站授權，任何媒體、網站及個人不得轉載、復制、重制、改動、展示或使用中國能源產業發展網的局部或全部原創內容或服務。違反上述聲明者，本網站將追究其法律責任。

二、本網站摘錄或轉載的屬于第三方的信息，目的在于傳遞更多信息，內容僅供參考，并不代表本網站贊同其觀點和對其真實性負責。若不慎涉及侵權，請在相關內容刊發之日起30日內聯系我們，我們將第一時間進行刪除處理 。聯系電話：010-53526198 郵箱：zgnycyfznh@163.com

中國能源產業發展年會

環球網能源頻道

能源產業聚焦

新聞線索熱線：010-53526198

投稿郵箱：zgnycyfznh@163.com