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產業
“給氫能源一點時間磨礪，給市場一些時間沉澱。”
2018 年 5 月初，在日本首相安倍晉三的陪同下，中國總理參觀了豐田（Toyota, 7203-JP）北海道生產線的一台 Mirai 氫燃料電池車。照片中，總理一臉凝重。
加氫 3 分鐘，續航 600 公里。對比飽受白名單呵護與資本青睞的動力電池：“快充 20 分鐘，續航 300 公里” 已經是業內翹楚。“被騙了！動力電池是大煽動，氫燃料電池才是終極能源方案！” 這樣的報導鋪天蓋地而來。配著總理的表情，一時掀翻了中國輿論。
宇宙第一元素，終極的清潔能源–身負盛名，氫是救世主？是炸碎動力電池統治的重磅炸彈？又或者，難成大器，如鋼鐵俠 Elon Musk 所言：“氫燃料電池的投資非常愚蠢”。
純電動一路狂飆，氫能源暗自磨刀
2017 年，全球純電動車銷量 122 萬輛，相比 2016 年成長近五成。得益於政府的鼓勵政策，中國的純電動車銷量 65.2 萬輛，撐起了半個地球。反觀氫燃料電池車，2013 年到 2018 年，累計銷量 6,475 輛，其中 75% 的銷量由豐田貢獻。
“產業化落後了不止十年！” 看衰氫能源車的人聲稱。然而，主流動力電池的局限，業內人都一清二楚。即使是 Model 3 所採用的，目前能量密度最高的三元鋰電池 21700，能量密度也不過是 300Wh／kg，快充 30 分鐘，續航 210 公里。
可是充滿氫燃料電池車的兩個儲氫罐只需 3 分鐘，續航里程達 600 公里。單純從用戶體驗和擺脫里程焦慮的角度，氫燃料電池有碾壓優勢。
雖然純電車的急先鋒馬斯克號稱，下一代的 Tesla將會擁有長達 800 公里續航能力的電池，但是業內人一清二楚，目前高鎳三元鋰電池如 811 尚且面臨多種技術挑戰，鎳的用量增加之後，會導致相應的電極材料的結構穩定性降低，從而導致電池循環壽命和安全性大幅降低。
打嘴炮沒用，還是要看數據。氫氣 1 個標準大氣壓密度為 0.0899克／升，熱值為 1.4 億焦／kg，也就是大約 1 公斤氫氣完全釋放能量有 39 度電，轉換效率最高 60%，按 500 公里 80 度電算需要 3.45 公斤氫氣（以 Mirai 為例），大約 38,375 升，用 60 升高壓罐裝需要加壓到 639 個大氣壓。目前豐田和本田（Honda, 7267-JP）已經將 70 MPa 的高壓儲氫罐應用於量產，氫燃料電池車一口氣跑 500 公里不是個問題，背一個儲氫罐就能搞定。
事實上，身為化學元素週期表上的第一元素，氫生來是種“宇宙黑科技”。雖然在地球上易於逃逸，常以化合物的身份存在，但在廣袤宇宙之中，氫是含量最豐富的元素——太陽就日以繼夜地進行氫聚合反應，釋放出巨大的能量，為太陽系帶來光明與生命。
而地球之上，所有人類活動都建立在能源之上，人類生活水平的提高，必須以人均消耗能源的提升為基礎。人類歷史上每一次成功的能源變革，都有一個清晰的主線邏輯，就是能量密度（或者說熱值）出現數量級上的躍升。
如煤炭能量密度是木柴的 160 倍，石油約為煤炭的 2 倍。這類似英特爾（Intel, INTC-US）創辦人葛洛夫（Grove）在 IT 領域提出的 10 倍速原理，即能夠成功顛覆（10 倍提升）的新技術一旦出現，便會星火燎原，摧枯拉朽。這反映在煤炭替代柴薪，石油替代煤炭之上。
各類能源能量密度約為上表，氫氣表現出了“一騎絕塵”的高能量密度： （三元鋰電替代汽油機的過程如此費勁，也怪能量密度的先天不足啊！）
而除去能量密度，更清潔亦是能源發展的線索：從伐薪燒炭到發現煤炭，再到利用石油，利用天然氣，能源的進化史事實上是一場 “脫碳的革命”–如果薪柴的碳元素含量是一百個碳單位，煤炭的碳含量是十個碳單位，石油的碳含量減少到了一個碳單位。煤炭相比薪柴更清潔，石油相比煤炭更清潔；到了氫，由於不含碳，燃燒後的產物是水，因此可看作是 “零碳排放” 的高畫質潔能源。
縱觀能源史，從能量密度和含碳量的歷史規律上，氫燃料電池給了人們許多的想像空間——動力電池難堪能源變革的重任，氫能源才是終極能源？難怪動力電池一路狂飆背後，以豐田為首的企業暗暗磨刀，準備為開拓氫燃料電池而披荊斬棘。
而馬斯克等人為什麼會輕視氫燃料電池車是種“傻瓜能源”呢？加州的 ZEV 法案（類似於中國的雙積分），讓做出零排放的 Model S 的 Tesla 從通用（GM-US）等傳統汽車公司手裡賺了不少積分錢，而豐田、本田 FCV 的推出顯然是來“砸場子”的。
早在 2013 年，特斯拉（Tesla, TSLA-US）通過賣 Model S 的積分就大賺 1.4 億美金，一度實現盈利。而氫燃料電池由於超高的續航里程和 0 排放量，積分超過 BEV。馬斯克看到有人搶他生意，怎能不急？
宇宙黑科技受到質疑
氫燃料電池的工作原理遠沒有“宇宙黑科技”的名頭那麼複雜。說白了，就是氫氣和氧氣化合反應生成水、電，放出熱量。所以原料一邊是空氣，一邊是用各種方式提取出來的高純度氫氣。
氫分子又小又活潑。它透過質子膜時，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質子通過，氫質子被吸引到薄膜另一側的電極與氧分子結合。電解質薄膜兩側的電極板將氫氣拆分成氫離子（正電）和電子、將氧氣拆分成氧離子（負電）和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個氫離子和一個氧離子結合成為水，是反應的唯一廢物。
整個過程可以理解成蚊子無法穿過紗窗，但是更小的灰塵卻可以。那麼“紗窗”——質子交換膜就是這一過程中最核心的技術。質子交換膜中又以鉑金（Pt）為催化劑，Mirai 用了約 100 克鉑，按照現在 181 元／克計算，催化劑就用了近 2 萬塊。
質子交換膜以杜邦（DuPont, DD-US）（EI Du Pont De Nemours And Co, DD-US）的 Nafion 為例，約為一平方公分 10 元人民幣，按照用量一平方米計算，光是質子交換膜的成本就在 10 萬元左右。另外還需高壓儲氫罐成本 6 萬。
橫向比較，傳統汽油車 2L 發動機的成本約為 3 萬元，鋰電池成本約 1.2元／Wh, Tesla 主流配置的 75 KWh 三元鋰電池成本約為 9 萬。兩相對比，氫燃料電池的成本還是高出不少，現階段不靠政府補貼很難走下去。
另一方面，氫的製備技術雖然較為成熟，但全世界 96% 的氫都來源於化石能源的產業鏈條。可是顯然，依賴石油化工是沒有未來的，氫的製備若要真的綠色環保，還是要大力發展那 4% 的電解水方式——特別是生物製氫和太陽能電解水。
安全，則是另一個重大問題。對於氫，人類曾經有過非常痛苦的記憶。1937 年，曾經成功 12 次往返大西洋兩岸的德國豪華氫氣飛艇 “興登堡” 號，即將降落在美國紐澤西州萊克赫斯特鎮。
由於這是一艘世界最豪華的飛艇，豪華程度碾壓鐵達尼號。它滿載著名流，現場有 22 架攝像機和眾多記者迎接“興登堡”號的降落。誰知在降落過程中飛艇突然著火，尾部爆炸，頓時在空中燃成了一團火球，造成 37 人死亡。鏡頭被直播給了全世界，造成巨大的震動。儘管至今對於事故成因依然爭論不休，但氫氣易燃易爆卻是不爭的事實。此世故結束了飛艇的歷史使命，更為氫的安全性蒙上陰影。
然而氫氣超高的能量效率依然吸引著人們探索。航天探索中，長征三號系列的三級發動機、長征五號一級二級主推進發動機，都採用了氫氧火箭發動機。航天技術中廣為應用的液氫儲存技術也逐漸向民用領域推進。
能量效率高，成本也高；清潔，卻存在安全隱憂。身為 “宇宙黑科技”，想要落地並不容易。降低成本、儲存、和加氫站建設是最核心的三個突破點。
日本–氫能源的天時地利
氫能的利用，目前走在世界前列的是日本。日本提出了 “氫能社會” 的構想，豐田量產了第一輛性能優越的氫電池車 Mirai，本田也推出了 Clarity，加氫三分鐘，續航 750 公里。日本至今建設了 92 座加氫站。其他國家或堅守燃油，或大力發展純電的時候，日本“朝氫走”走得特別堅定。
說是天時地利，其實背後是一把辛酸淚。日本這個島國資源特別匱乏，也就剩下能捕點金槍魚了。明治維新之後，為了保證國內經濟的高速成長必須搶資源，就到處侵略別人。戰敗以後，就靠著美國老大哥開路，從中東運石油。也許是因為資源底子薄，日本人的危機意識也就特別強，努力尋找不必依賴別人的能量來源。
前些年日本的核電很厲害，占到所有發電量的 30%，可是 2011 年福島事件後，日本政府不得不將一系列核電站關閉。到了今天，日本的核能發電只佔全國發電量的 2.7%，產生了巨大的空白等待填補。
同樣資源匱乏，懼怕核能也排斥火電的台灣，去年頻頻爆出電荒，更是造成了 815 停電事件等影響惡劣的事件。日本可不想學台灣 “用愛發電”，有沒有替代的辦法？
氫能於是走進規劃。日本看重的不僅是氫能源的高效與清潔，在煤炭和石油時代，人們早已發現了氫可作為煉製化石能源的副產品，因此氫的製備多種多樣，還可以很好地利用起石油時代的基礎設施和產業鏈。
以中國比較成熟的氯鹼法制氫為例，2015 年，中國氯鹼廠產量為 3,028.1 萬噸。根據氯鹼平衡表，燒鹼與氫氣的產量配比為 40：1，理論上將產生氫氣 75.7 萬噸，即 85 億立方米氫氣，理論上可以供 243 萬輛乘用車使用。但考慮氯鹼廠區域分佈、運輸距離、期間損耗及不同車型的耗氫量，供應幾十萬輛燃料電池車的規模問題不大。
還有一個因素就是寒冷。鋰電池的低溫性能到今天都得不到很好的解決，而日本緯度較高，最溫暖的地區也不過和山東的溫度近似，跟溫暖的加州和純電跑得最多的華東華（1418-TW）南實在沒法類比。氫燃料電池不受溫度的制約，這在日本看來有不小的吸引力。
而且日本是個非常狹長的島國，主島本州的寬度在 50～230 公里之間。一個加氫站涵蓋 100 平方公里左右的面積，就算僅僅將加氫站在日本沿海佈局，好像戴一串珍珠項鍊一樣，也基本可以滿足日本加氫的需求了。
想及中國廣袤無垠的內蒙古、青海、西藏和新疆，每個加氫站的成本 1,500 萬人民幣，額，不敢再想下去了⋯⋯是因為天時地利，也是因為無可奈何，日本成為了全球氫能利用的急先鋒。藉 2020 年東京奧運會，日本計劃全面展示氫能社會的建設成果，包括 4 萬輛氫燃料汽車的全國保有量。而這一數字在 2025 年和 2030 年將分別達到 25 萬台和 80 萬台。日本為氫能源的利用畫下了充滿希望的藍圖，這或許為與日本非常類似的國家地區指了一條能源明路。
再看看韓國。今年的美國 CES，韓國現代（005380-KR）展出了第五代氫燃料電池車 Nexo–續航里程高達 805 km，百公里加速僅 9.9 秒。目前，韓國共有加氫站 11 座，計劃到 2020 年達到 100 座。到 2020 年計劃將有 1 萬輛氫燃料電池轎車上路。
此外，美國的加州也在積極探索氫能源，目前美國有 1,800 輛氫能源車在路上跑，基本上是大巴和堆高機，約 30 座加氫站沿著美國西海岸分佈在加州。目前美國的加氫站約 55 座，在建的 65 座，絕大部分在為氫燃料大巴或堆高機服務。豐田賣到美國去的千餘輛 Mirai 顯然會進一步推動加氫基礎設施區域化的建設。
從日本、韓國、加州的例子可以看出，氫燃料電池車或許是一種非常具有地域特色的解決方案，尤其適合狹窄，人口稠密，能源匱乏以及高度要求環保的地點。如同各國目前的能源獲取有各種各樣的方式，煤炭多的例如中國，火力發電佔比在 40%；核能發達的例如法國，核能發電佔總發電量的 70%；風能呢？在大部分國家佔比 1%，可是在適宜風能的荷蘭就占到發電量的 6% 以上。
與能源的多樣共存一樣，氫能也將成為一個重要的汽車動力來源，在未來的一段時間，在適宜的地區發展。與純電動車一起，徹底顛覆燃油車的時代。
氫能在中國
在中國推展純電，致力於顛覆發動機的百年累積之時，氫能一直是一個劍走偏鋒的選擇。劍走偏鋒的選擇未必不是一個好選擇。別忘記，我們說的是一個年銷量 2,000 多萬輛，存量達 3 億輛的市場。新能源車將燃油車逐步替代的過程，無疑會打亂現有格局，好的產品，都有機會分一杯羹。
2018 年 6 月 28 日，北京天氣燥熱。中國電動汽車百人會與國際氫能委員會在清華大學舉辦的“氫能產業發展創新論壇”的熱度甚至更勝過天氣。
氫能產業、汽車、能源等各方專家人士擠滿了會場。清華大學校長邱勇、中國電動汽車百人會理事長陳清泰為論壇致辭；全國政協副主席萬鋼，中科院院士、清華大學教授歐陽明（2609-TW）高，中國工程院院士乾勇，國家能源集團總經理、中國工程院院士凌文，液化空氣董事長、國際氫能委員會聯席主席 Benoit Potier，現代汽車集團副會長、國際氫能委員會聯席主席 Yang Woong-Chul 等嘉賓發表了精彩演講。
事實上，在純電世界賺得了成長紅利的寧德時代（300750-CN）等企業之外，早有產學研的專家默默耕耘在氫能領域。當動力電池的能量密度為這一技術的應用前景蒙上陰霾的時候，中國早有一些企業開始佈局氫能。或許，他們博取的不是一個巨大的主流市場，但只要產品對路，一樣可以有光明前景。
就是這樣，有兩股氫能勢力悄然崛起。在山海關之北，有一家大連的企業名叫新源動力。 2000 年初，這家企業脫胎於中科院大連化學物理研究所。之前提到的氫燃料電池的核心技術是質子交換膜，新源動力就選用了這一領域世界領先的供應商戈爾戰略合作。
2006 年，“燃料電池及氫源技術國家工程研究中心” 在新源動力掛牌，這裡開始承接國家重點項目，2007 年，上汽（600104-CN）悄然入股新源動力 1.17 億元，這在當時並未引人注目，直到今年總理參觀豐田北海道工廠之時，才又被人提起。
在造車新勢力在純電領域拼得刺刀見紅之時，上汽大通搭載新源動力 HYMOD®-300 型車用燃料電池電堆的榮威 750 推出。並赫然名列工信部最新發布的白名單目錄。這一車型成功進行了歷時三個月，途徑 14 省 25 市，行程 10,000 公里的旅行。無疑，上汽在深度電動化的同時，也沒放棄另闢蹊徑。
而嶺南之南的佛山，有一個叫做雲浮的小鎮，這裡也即將發起一場新能源和新出行的革命。國鴻氫能科技有限公司與氫燃料電堆技術的全球領導者巴拉德（BLDP-US）於 2016 年 7 月成立合資公司，國鴻氫能佔股 90%，巴拉德佔股 10%。
同時，巴拉德將成為合資企業生產的每個燃料電池堆的膜電極組件（MEA）的唯一供應商；在 “採購或付款” 協議中規定，在 2017 年至 2021 年的最初五年期間， MEA 最低採購量超過 1.5 億美元。在運行測試後，合資企業將擁有在中國製造和銷售 FCveloCity®-9SSL 電堆的獨家權利。
中國這個具有巨大潛能的市場令巴拉德雀躍。事實上，巴拉德的燃料電池野心一直志在全球。包括賓士（Mercedes-Benz, Daimler AG-DE）、福特（FORD, F-US）、豐田、大眾和本田在內的眾多汽車公司均是基於加拿大巴拉德公司燃料電池電堆（Mark 900）開發了自己的第一代燃料電池汽車，其中賓士和福特還參股巴拉德 18% 和 20% 的股份。
而通過定向增發持有巴拉德 9.9% 股權的大洋（5907-TW）電機（002249-CN）也與國鴻氫能簽訂了一萬輛氫能大巴的大單。自 2016 年起，雲浮佛山之間就開始有國鴻氫能生產出的氫能大巴往返兩地。
小結
儘管還沒有寧德時代這樣的頭部企業，但是氫燃料領域無疑已經開始湧入玩家佈局。面對中國商用車、乘用車這個天量市場，我們不應忽視任何一種可能性。
當別國發展氫能源最大的阻礙是天價的加氫站建設費的時候，天朝笑了。基礎設施？這向來不是一個問題。在純電動一路狂飆之時，氫能源暗自磨刀。當質子交換膜、鉑用量顯著降低、氫的清潔製備、低溫儲存氫技術得到突破之時，或許就是氫能廣泛落地之日。
當我們放眼一個 10 年，對於汽車來講是兩個世代更替，而對於人類在能源革命上的探索，不過歷史的一瞬。氫燃料電池或許是終極解決方案，但這仍需時光來證實。但從眾多國家與企業的深度佈局上看，說是大煽動實在太過武斷。新能源車是個不斷在擴充的天量市場，可以容納下眾多的產品。
百花齊放，勝過孤注一擲。何況這是對於全人類能源消費方式的升級探索。相信科技，為人類留了不止一個好選項。
《車云網》授權轉載
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