锂电向左，氢能向右？

行业 发布于：2021-12-14 00:15:05

2022北京东奥会临近，引起热议的竟然是140台丰田氢能源车。

有新闻报道，首批进口的140辆丰田第二代Mirai氢能源车将成为本届冬奥会工作车，承担延庆等山地赛区观众或工作人员的运输任务。此外，福田与丰田合作推出的氢燃料电池客车也会为冬奥会提供服务。

还记得2008年北京奥运，多个品牌的纯电动车穿梭于各场馆与奥运村之间，10多年过去，电动车已经在神州大地遍地开花。一份数据显示，今年前8个月国内新能源车产销量分别为181.3万辆/179.9万辆，渗透率已经达到11%。

关于氢是风口还是泡沫，网上对此的争论就一直没停过。而此次冬奥会用上了丰田Mirai，是否意味着氢能源的春天真要来呢？

「电动车开不进大东北」

在全国大力发展新能源车，助力实现双碳目标的时候，北方的盆友们可谓“心有余而力不足”。

2020年全年东北地区新能源车销量只有9943辆，仅占全国销量的0.92%，而造成这个囧况的原因归根到底还是续航问题，众所周知锂电活性取决于工作温度，气温太低会造成电池可用容量变小，从而带来续航缩水。南方的冬季基本在10度以上问题不大，但北方就惨了，根本没法用。

为此，国内也有媒体对市面上主流的电动车进行过冬季续航实测，得出结论如下：“20℃左右是电动车最理想的工作温度，低于5℃电池就开始出现明显衰减，考虑到北方冬季温度多在5℃以下，所以建议大家将实际路程控制在表显续航里程的40%左右。”

(温度越低，容量越少)

主流550km续航的车，冬季只剩220km，那还开个P哦？

当然解决方案也是有的，例如给电池加个柴油加热器，但这个骚操作实在“丢脸”，而第二个方案就是“弃电从氢”，刚好东北地区有大量的工业副产氢，在存储、运输成本上和南方地区相比占先天优势。

这也就不难理解为什么首批氢能源电池车试点城市大部分都集中在北方了。

「氢产业化陷入恶性循环」

氢燃料电池车主要由燃料电池堆栈、堆栈升压器、高压储氢罐、动力电池、驱动电机以及相关控制单元组成，核心是消耗氢气的燃料电池堆栈。

把氢气作为汽车燃料，其实已经存在了一段相当长的历史，只不过最初它的作用和汽油相似：灌进内燃机压缩爆炸，再输出功率。但因为安全以及效率等问题，这种“氢气车”没成为市场主流。

现在氢燃料电池当中的氢气并不直接参与燃烧，而是和氧气反应转化为电能，就像“心脏”一样，为动力电池提供源源不断的“血液”。

在反应堆中，氢气在催化剂（铂）的作用下分解成电子和质子（氢离子），其中质子通过交换膜到达负极与氧气反应生成水并产生热量，而电子就由外电路流回正极，产生电流。

多个氢燃料电池堆叠在一起就能输出足够的功率给动力电池充电。

作为承担了核心电化学反应的质子交换膜，占据了整个电池堆栈总成本的60%以上，目前有技术能生产这种交换膜的主要是国外大企业，例如丰田、巴拉德，至于国内没人做、做不大的原因，归根到底还是市场没需求，没需求自然就实现不了规模生产，成本就降不下来，成本降不下来就更加没人愿意做，周而复始，恶性循环。

（电池堆是氢燃料系统的成本大头，而质子交换膜又是电池堆的成本大头）

正如2014年中国新能源车尚未迎来爆发，主流三元锂电均价还要2700元/kWh，现在市场做大了，均价也降到了1000元上下。

（锂电价格走势，除了近2年钴上涨导致价格上涨之外，整体呈下降趋势）

分析机构Strategic Analysis Inc就曾经拿丰田Mirai做过推测，当其年产能仅为1000台时，燃料电池系统占整车总成本的30.7%；年产能达到3000台时，成本占比就能降低到28.2%，要是这个数字成数十倍甚至数百倍那样增长，那燃料电池成本就能得以大幅平摊。至于初期的需求增长必然得依靠政策驱动，不然谁也不想自告奋勇趟这滩浑水。

那在推进氢能发展方面，全球各国又有什么举措呢？

「中国氢能源三部曲」

新兴产业的发展，历来与政策结合紧密。从早期的推广阶段，到2019年首次被政府报告提及，再到“十四五”规划出现在“五年规划”当中，氢能源行业的政策发展实现了“从无到有”的快速变化，可见该领域正越来越受国家重视。

仅自2019年以来，我国就颁布了25个与氢相关的政策，涉及到上游氢气制备、交换膜、高压储氢罐生产企业扶持；中游车企补贴、新建加氢站补贴；到下游用户在购车、用车过程中的补贴、路权放开等方方面面。

其中《节能与新能源汽车技术路线图》就对燃料电池汽车总体规模进行了规划：

2020年，在特定地区公共服务用车领域，进行小规模示范应用，达到5000辆规模。

2025年，在城市私人用车、公共服务用车领域大批量使用，达到5万辆的规模。

2030年，在私人乘用车、大型商用车领域大规模商用化推广，达到百万辆规模。

截至目前，京津冀、上海、广东已经被国家五部委批准为首批氢燃料电池汽车示范城市，各省市自己的政策细节也在制定当中，以笔者所在的广东为例，佛山近日率先发布了全国首个氢能源车更新置换补贴，支持氢能源车辆在市政、物流等特定场景使用。按照规划，到2025年，所有新增/更新的市政工程车辆应均为氢能源车。

（佛山置换补贴细则）

另外，目前全国已经有超过20个城市参与了氢能源示范城市申办。由此可见，从中央到地方各层级，中国版的《氢能三部曲》正如火如荼地进行着。

那其他国家又如何呢？

「欧盟、韩国、俄罗斯」

一直以来，氢能都是欧盟降低碳排放的发力领域，在全球已宣布的228个氢能项目当中，有126个都位于欧洲。早在2019年12月，欧盟就发布了《欧洲绿色协议》，构建了氢能长期发展的总框架，而2020年7月发布的《欧盟氢能战略》，则分三个阶段描绘了欧盟地区氢社会发展目标。

第一阶段：2020～2023年，欧盟将安装至少6吉瓦的可再生氢能电解槽，并生产多达100万吨的可再生氢能。

第二阶段：2025～2030年，可再生氢能电解槽容量达到40吉瓦，具备生产1000万吨可再生氢的能力。

第三阶段：2030～2050年，可再生氢能技术实现大规模部署，并且覆盖所有难以脱碳的领域。

《欧盟氢能战略》描绘了欧洲未来三十年的投资计划，包括制氢（电解槽就能制备“绿氢”）、储氢以及氢能运输的全产业链，还包括天然气基建、碳捕集以及封存等环节。

在未来25年内，欧盟也会投入4700亿欧元用于发展氢燃料等清洁能源，以实现2050年碳中和目标。其中德国、法国分别投资90亿元、72亿元用于氢能研发。至于加氢站的规划欧盟各国也给出了明确的目标，例如德国计划到2023年建成400座加氢站，法国2028年至少建成400座。

(欧洲车企大本营也在积极plan加氢站)

和中国一样，喝“头啖汤”的同样是运输业。

为了顺应政策，欧洲氢能卡车的部署计划也细分三个阶段，具体不再展开细说，要是真能实现，那在5年后就能看到一定规模的氢能卡车往返于欧洲各国之间了。

目前很多欧洲大型卡车制造商都承诺在2040年前停止销售传统燃油卡车，并研发对应的氢能车型，例如戴姆勒与沃尔沃在上年4月成立了新公司，以研发和生产用于重型商用车的燃料电池系统，与此同时也和壳牌合作，后者将为戴姆勒建设加氢站。

当然除了中国、欧盟两大经济体之外，不少国家也在打着自己的“小算盘”，例如俄罗斯就从氢气的生产动刀，旨在建设以出口为导向的氢能源产业，从现在的天然气出口大国转型为氢气出口大国。

还有韩国，计划到2025年建立年产能达到10万辆的氢燃料电池汽车生产体系，到2040年将有4万辆氢燃料电池公交车投入使用，届时加氢站的数量也从现在的14个增加到1200个。作为韩国最大的汽车制造商现代汽车集团也在今年9月发布了“氢能愿景2040”，并发布了包括XCIENT Fuel Cell燃料电池重卡、Trailer Drone燃料电池无人运输车、Vision FK燃料电池跑车等等，值得一提的是现代还在我国广州建设了首个海外氢燃料电池系统生产销售基地。

那问题又来了，为什么尝鲜的总是运输业？

「急需深度脱碳的运输业」

抛开什么破除专利技术封锁，弯道超车这些大道理不说，搞绿色的核心诉求是深度脱碳。根据生态环境局的一份数据，在2017年各行业碳排放占比中，电力供应占比最大，其次是金属冶炼，交通运输则排第三。

（左：2017年各行业碳排放占比；右：运输业碳排放占比，部分数据来自生态环境部）

火力发电占比高，碳排放超标是老大难问题了，一时半刻解决不了。金属冶炼排碳主要是因为用电厉害，而且是我国重工业的根基，因此也动不了。排第三的运输业自然成为那只最软的柿子。

而在交通运输碳排放总量里面，重型商用车的占比高达47%，妥妥的排碳大户，不找它开刀找谁呢…

那为什么电动重卡行不通呢？首先因为电池太重，电动重卡相比传统燃油重卡整备质量普遍高2.5～3吨，每次都少运几吨货自然不划算，其次是电池大，造价贵，因此短期内电动重型商用车基本没有实用性，而换电模式没有企业牵头做标准，不实际，固态电池也暂时看不到希望，不提也罢。

环顾四周，可能就只有氢可以委以重任，只是目前氢气在制取层面还存在争议，而且购车、用车成本也未达到让普罗大众接受的水平。

「 “绿氢”不脱碳、TOC成本高」

在氢气制取上，目前主流的方法有三种，分别是电解水制氢（绿氢）、化石燃料重整制氢（蓝氢）以及工业副产制氢（灰氢）。

“蓝氢”通过煤炭裂解获得氢气，而“灰氢”则通用对焦炭、纯碱等工业副产物进行提纯再获得氢气，这两种方法本质都通过化石燃料转化而来，其过程都产生了碳排放，只有“绿氢”，也就是电解水制备的氢气才能实现真正的零碳排放。

但问题是现在蓝氢和灰氢是大头，根据一份海外调查报告，目前全球仅有4%的氢气属于绿氢。而我国更少，只有2%。

（我国氢气来源）

制约绿氢发展的原因，归根到底还是成本与能源结构的问题，目前“绿氢”制取成本主要由电解槽、电价两大部分构成（分别占总成本的40%与50%），每kg氢气的成本高达48元，和煤制氢相比完全没优势，而且我国发电主要靠煤炭，电解水的碳排放同样超标，因此目前谈发展“绿氢”就失去意义了。

(氢气制取成本以及碳排放)

而制氢的成本，同样影响到氢燃料电池车在全生命周期的拥有成本（TOC）。TOC包括购车成本以及使用成本，从消费角度看，氢燃料电池车的渗透率能不能提升，关键还得看其TOC何时能做到和锂电池车同一水平。一份研究报告表明，氢客车、重卡的TCO有望在2030年追上同款锂电车型。而乘用车则稍迟一点，要到2040年。

（资料来源：课题组、车百智库）

随着电解槽、质子交换膜技术的迭代更新，绿氢的制取成本将大幅下降，产量也随之提升，目前我国氢气年产量约为2600万吨，预计到2060年能达到6000万吨水平，其中绿氢占比也会达到70%。另外，国内最大的燃料电池质子交换膜生产基地（国家电投华中生产基地）也将在明年投入使用，预计到2024年能生产10万平方米质子交换膜，供1万套燃料电池堆使用。当然除了国家队之外，还有许多民企也参与到质子交换膜的生产当中，例如东岳氢能150万平米生产线第一期工程已经投产、东材科技年产50万平米的生产线也在投建当中。

上游产业蓬勃发展的背后，都是为了争取燃料电池车TOC能早一日与电动车持平。

那作为下游的车企，又有谁在做，做什么呢？

「氢能商用车，谁在做？」

据不完全统计，目前参与到氢燃料电池客车、重卡研发、生产的车企包括宇通客车、江铃重汽、北汽福田、东风商用车、飞驰汽车等等。

宇通客车在2009年就开始了燃料电池汽车的研发，它也是我国首家通过燃料电池商用车资质认证的企业，目前其燃料电池车型已经发展到第四代，内置了60kW燃料电池系统，10分钟补氢便能换来500km的续航。值得一提的是，宇通客车交付给河南郑州的223辆氢燃料电池公交车已经累计安全行驶超过600万公里，这也是国内目前为止最好的记录。

（100辆宇通氢能巴士在冬奥会期间投入运营）

江铃重汽在2020年年初与海智迪汽车有限公司签下订单，为后者交付20辆江铃威龙氢燃料重卡。这款重卡配备95kW燃料电池组，满载情况下续航里程达到400km以上，而且补氢时间也在10分钟以内。

北汽福田上年年中发布了32吨氢能重卡，其燃料电池输出功率达到109kW，电堆为国内自主研发。还有欧辉BJ6852氢能客车，具备500km的续航里程。

东风汽车自主研发的12吨氢物流车在今年9月正式登陆工信部《道路机动车辆生产企业及产品》（第346批），这款车搭载了东风自主研发的80kW燃料电池，满氢状态下能实现600km的续航，目前12吨版本已经投入运营，8吨、18吨也陆续投入运营。