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发展氢能源，实际上是在下“一盘大棋”
愚人节这天，马斯克又搞事了。他在推特上说，经过多年的怀疑，他将在2024年将特斯拉从电池转向氢能。
众所周知，马斯克一贯非常不赞同氢能源路线的。他此前曾将氢燃料电池称为“傻瓜电池”，并称这项技术“令人难以置信的愚蠢”。明显，这又是一个愚人节的玩笑和嘲讽。
不过，马斯克之所以在这个节点发推特，恐怕是因为两个原因。一个是作为可再生能源，氢能最近引发了巨大的投资热情。
另一个，3月23日国家发改委和能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》（以下简称“《规划》”）等一系列政策出台，氢能源战略首次升级为国家战略。
其实很早以前就讨论过，氢能源方面，主要还是看国家政策导向。而这次氢能产业又成为炙手可热的行业热点，专家们也发表着不同意见，特别是1月份，国家能源局表示，2022年将加快推进能源科技创新，重点推动氢能领域技术攻关，可以说到了一个新的节点。
01、产业化的短板
首先，我们需要理清氢能源的发展现状和思路。
在最近的电动汽车百人会论坛上，持有限支持态度的中国工程院院士陈清泉表示，虽然我国氢能资源丰富，但杂质含量高，燃料电池用量不足1%。为实现碳达峰碳中和目标，应提高太阳能、风能、水力能等可再生能源的利用率。
同时他也指出，氢能源利用的关键材料方面，我国质子交换膜材料技术和大型化方面还是有短板，产业化速度应该尽快提升。
这也是很多学者和专家质疑氢能源的地方。这里面包括成本高昂和储存高风险的问题。说到底，是氢能产业链的完备问题：
一是，制氢成本高，且不易储存；而且，氢的运输、容器密封技术和抗压力技术都有风险；
二是，氢燃料电池汽车续航与纯电动汽车没有明显优势，加氢站安全性不易保障。
而在氢能产业链发展上，行业人士也认为，率先完成碳达峰的国家领先于中国。
比如，上世纪90年代初，欧盟等国家和地区普遍完成碳达峰。2007年，美国完成碳达峰。2013年日本完成碳达峰。而且，这些国家都先后在2021年左右制定了相应的国家战略。
当然，这些差距并非不可逾越，目前也没有明显的技术鸿沟和专利限制。比如，2015年丰田宣布将5680项有关氢燃料电池专利，包括氢燃料电池汽车Mirai的1970项关键技术专利开放。这也加快了氢能源领域的技术发展。
同时，国外的氢能源加氢站近两年也频繁发生爆炸事故，说明技术成熟还有很长的路要走。所以，中国2022年明确了氢能源战略成为国家战略的做法，“集中力量办大事”的模式，是有能够超越对手并领先机会的。
不过，氢能源发展还是存在悖论。虽说氢来源广泛，可以通过多种途径制取，并且可以二次再生，比以往的常规石油资源的不可再生更有未来。但是，制取氢气的过程，是要先耗费能源的（就是所谓的氢气很“高能”）。
那么，我们国家为什么要这么“吃力不讨好”地上升到国家战略来发展氢能源呢？这是一个很难回答的问题。直到了解到另一条发展路径，才找出了其中的关联。
02、可再生能源的“魔法”
让人意想不到的，是氢能源的另一个用途。
先说，中国科学技术大学的校长包信和院士，在一场主题“碳中和与能源革命”的报告中讲到新能源战略的四点：化石能源是基础，可再生能源是根本，氢能替代是关键，二氧化碳处理是未来。
如果再结合包信和院士荣获国家自然科学奖一等奖的“纳米限域催化”技术，我们对国家大力推行包含氢能源在内的新能源战略，就大体可以猜个七七八八了。
为什么？这要说到，去年有一个爆炸性的新闻：中国科学院天津工业生物技术研究所首次实现了二氧化碳合成淀粉。
换句话说，是真正的实现了“熵减”，变二氧化碳为粮食。在粮食安全成为焦点的当下，无疑是绝对领先的技术。
而且，去年10月30日，有消息称，中国农业科学院饲料研究所实现从一氧化碳到蛋白质的合成并形成万吨级工业产能。
关键之处在于，二氧化碳合成淀粉，它的原料是二氧化碳和氢气，从这些出发经过若干步化学反应，完全不用生物体系，只用化学催化剂就能合成淀粉。这是非常了不起的“无中生有”般的成果。
▲ 一氧化碳合成蛋白质流程图
毕竟，一氧化碳合成蛋白质的过程中，制备一氧化碳也需要消耗很多能量。而且，它的合成方法不是纯粹化学的，而是要用生物菌种，也就是俗称的“发酵”。
从这个意义来说，它就远远不如脱离生物体系的二氧化碳合成淀粉了。
然而，氢气是一种很高能量的物质。除非有廉价的能源，能够制备廉价的氢气，这个技术才能派上大用。
就像前面说的，目前氢气都是用化石燃料制备的，成本很高，所以这个技术的成本要比大自然的光合作用如玉米生产淀粉高得多。
可以说，这个技术“科学上非常重要，技术上离实用还远。”但可以预见的是，随着光伏、风电等新能源的成本大幅下降，二氧化碳合成淀粉可能会进入实用。
我们知道，一旦进入实用，那就是千万吨级别的。这里用到的氢气量级就非常高了。
重点来了，那么，怎么能降低氢能源的成本呢？那就可以首先通过发展氢动力汽车的应用来扩大产业规模。
当然，这背后是非常宏大的国家战略，所谓的“一盘大棋”，我只是妄自揣测一下，但是我们可以畅想一下，随着氢动力汽车的发展，氢气的制备成本以“肉眼可见”的速度下降。
这个时候，两个领域都能同时发力，这对于超越欧美给我们设置的百年“技术封印”，保证粮食安全战略的实施，以及摆脱对单一的化石能源的依赖等，无疑是非常有帮助的。
03、氢能从哪里来？
回到氢能的获得方面，我们知道来源有三种，一种是化石燃料制备的灰氢（Grey Hydrogen），一种是绿氢（Green Hydrogen），也就是通过可再生能源制造的氢气。还有一种是蓝氢（Blue Hydrogen），主要来源是天然气。
而在氢气制备方面，虽然中国已是世界上最大的制氢国，但“主要由化石能源制氢和工业副产氢构成，煤制氢和天然气制氢占比近八成，氯碱、焦炉煤气、丙烷脱氢等工业副产氢占比约两成，可再生能源制氢规模还很小”。
也就是基本都是灰氢，绿氢小到什么程度？中国氢能联盟表示，2019年电解水制氢产量仅约为50万吨。
而且，电解水制氢成本高得吓人。不过，中科院院士、清华大学教授欧阳明高认为，可再生能源制氢是坚持绿色低碳发展道路的必然选择。
而说到目前我们国内可再生能源制氢路线（绿氢路线），主要有两条：
一是，通过太阳能、风能、通过光伏，来电解制氢；
二是，来自氢气储存的植物、生物发酵乙醇重整制氢。
不过，这些都还在初期探索阶段。限于篇幅，本文对此不做展开了。而彭博社NEF则很乐观，认为随着不断创新和规模的扩大，这些成本应该会下降。
也就是说，随着可再生能源装机不断扩大，效率问题可转化为成本问题。
彭博社NEF还测算，随着技术规模的扩大和分配效率的提高，2050年之前，世界大部分地区可再生氢的生产成本可降至0.70~1.60美元/公斤，使其在价格上可以与中国、印度、德国和斯堪的纳维亚半岛的天然气价格相竞争。
更为乐观的，像国际氢能委员会（Hydrogen Council）的说法，到2030年，氢气对终端用户的成本下降将达到60%，在个别应用领域，该技术将成为传统燃料的替代品。也就是前面包信和院士所说的，“氢能替代是关键”。
04、商业应用为主
氢燃料电池车方面，按照去年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，到2025年，氢燃料电池汽车保有量将达到10万辆左右。到2035年，氢燃料电池汽车保有量将达到约100万辆。
不过，这次《规划》的目标倒是老实地降了一半，到2025年，初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系，氢燃料电池车辆保有量约5万辆，并部署建设一批加氢站。
此外，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100万-200万吨/年。
而且，氢能源在商用车领域的“多场景”应用（比如长途客运、长途货运、物流、码头、矿山等长途重载的领域）正在更快速地展开。就像这次北京冬奥会、冬残奥会上，示范一共用了近1200辆氢燃料电池汽车，累计减碳2200吨，保障了整个北京冬奥会和冬残奥会的碳中和、零碳排放。
全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢就表示，从各地示范运行的场景来看，氢能和燃料电池汽车综合发展，已经进入商用车“多场景”的示范应用。
燃料电池的寿命普遍达到一万小时以上，在运行的燃料电池汽车系统有的已经达到三万小时。
不过我们还是要清醒地认识到，中短期內，我国氢能源汽车仍将以商用车为主。截至2021年，国内燃料电池汽车保有量仅为8936辆。而《规划》中所列2025年5万辆的保有量也并不激进，相比今年新能源汽车500~600万辆的预期目标，差距一目了然。
欧阳明高也表示，我国燃料电池汽车目前仍处于产品导入期，正在进入应用成本快速下降的成长期。他也建议，我国氢燃料电池在技术储备等方面较为薄弱，应该尽快建立氢能创新平台，开展关键核心技术攻关和人才培养，打造自立自强的科技体系。
不管怎么说，氢能源战略都已经成为和以电动为主的新能源战略并肩的国家战略。而且，从市场空间来看，中国氢能联盟在《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中测算，到2050年，预计氢能在中国能源体系中的占比约为10%，氢气需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元。
理想是相当丰满，但我们也要警惕氢能产业再次发生过热的乱象。仅从地域的角度来看，我国至今已有20多个省份、40多个地级市发布了氢能规划，并已建成30多个氢能产业园区，规划的产业规模达到了上万亿元。
“一放就乱，一统就死”，这些历史的经验教训一再发生，我觉得氢能源产业发展大概率地避不开这个“坑”。
但是从长远来说，既然方向是对的，代价难免，入局的且行且珍惜吧。
作者丨王小西
责编丨崔力文
编辑丨别 致
