在我国“碳中和,碳达峰”的大背景下,新能源产业的发展已经逐渐成为市场关注的热点,作为新能源产业的一个细分领域,氢能被认为是未来能源变革的重要组成部分。
据国际氢能委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》显示,预计到2030年,全球燃料电池乘用车将达到1000万辆至1500万辆,到2050年,氢能源需求量将是目前的10倍。
然而,氢能源的商业化利用是否能大面积铺展开来,这就关系到氢能源核心技术的攻关,这最终将会落脚于能源成本是否便宜,未来如何看待氢能源发展?
氢能源为何能替代化石燃料
氢作为宇宙中含量最多的元素,在地球所有元素储量中排名第三,大部分氢元素是以水的形式存在于大自然中,因此确保了能源供给的充足性和获取的便易性;其次,氢气在与氧气反应后只产生水,并释放化学能,因此整个反应过程中并无其他中间产物,无浪费、无污染;最后,根据氢气的化学性质,可以发现它的热值很高,是石油燃烧的3倍,煤炭燃烧的4.5倍,这也意味着如果消耗相同质量的燃料,氢气所提供的能量是最大的。
这些氢气的理化性能决定了氢能源将成为化石燃料的理想替代品。
对于氢能产业链来说,可分为制氢、储运、加氢站、氢燃料电池应用等多个环节,相比于锂电池产业链来说,氢能产业链更长,复杂程度更高。
就拿制氢环节来说,一般现有的制氢方式都是通过电解水,但根据电能产生途径不同,可分为由可再生能源供电得到的氢气称之为“绿氢”,由化石能源燃烧供电得到氢气称之为“灰氢”,因此,“灰氢”制造过程中不可避免的又有大量的碳排放问题,这又和我们发展氢能源的初衷相背离。其次就是通过收集含氢工业尾气中的工业副产氢,由于利用效率低,有较高比例的富余,工业副产氢可能是短期内最为经济的制氢方式。
对于储氢环节而言,现有的氢气储存手段主要为气态储氢、液态储氢和固态储氢这三种。现在只有高压液态储氢已经广泛应用,液态储氢和固态储氢还处于研究和示范阶段。氢的运输按其形态可分为气态运输、液态运输和固态运输,其中气态和液态是目前主流运输方式,目前氢气运输以高压气态运输短期长管拖车为主,但其加压与运力仍待提高;液态氢运输在国外技术成熟地区广泛运用,我国尚未达到民用水平。
而加氢站的技术路线主要分为站内制氢技术和外供氢技术,中国加氢站的氢源绝大部分来自于外供高压氢气。据OFweek统计,当前国内正在运营的加氢站中,仅少部分地区加氢站具备站内制氢能力,其余加氢站的氢气主要来源于外部供氢。站内制氢技术为大多数的欧洲加氢站所采用。
由此可见,在整个氢能源的产业链中还有很多技术攻关待突破,毕竟就连氢燃料电池最重要的支持者之一本田,宣布从8月起终结氢燃料电池车Clarity Fuel Cell.另一大支持者,也是最为人熟知的“氢阵营”成员丰田,预热了好几年的2020东京奥运会展示计划,在奥运前夜随着放弃赞助而告吹。所以我们不得不怀疑在短期内的氢能源运用问题。
制氢成本高企成为首要挑战
除了对氢能源核心技术的攻关问题,制运成本也是我国氢能源面临的首要挑战。根据能链数据显示,当前德国的氢价为9.5欧/kg(74.4元/kg),而油价则为1.53美金/升(10.85元/升);美国氢价为15美金/kg(106.35元/kg),油价为0.77美金/升(5.46元/升);日本氢价为70元/kg.当前国内氢气售价为60-70元/kg(无补贴情况下),公交车跑100公里,则需要8公斤氢气,也就是480-560元,对比使用柴油的100公里油耗220元,使用氢气的成本仍然很高;而普通乘用车100公里需要1公斤氢气来讲,与普通汽油车成本差不多。
其次,运氢成本是中国加氢站成本的重要一环,也是降低加氢价格的关键。根据 《International Journal of Hydrogen Energy》对上海加氢站成本的研究,站内制氢的加氢站与外供高压氢气的加氢站相比,加氢的成本更低,主要原因是运送到加氢站的“原料”工业氢卡车的成本相对较高,这也是发达国家加氢价格较低的原因之一。由于中国大部分加氢站没有站内制氢的能力,因此充分利用长管拖车的运输能力变得十分重要。降低运氢成本可以弥补与发达国家的成本差距,使加氢的价格降低。
由此可见,制运成本也是氢能源发展过程中的瓶颈,短期内氢能源作为燃油车、混动车、纯电动车(乘用车)的补充选择,以及商用车领域的主流选择之一,氢燃料电池车是完全具备充足潜力的;但指望氢燃料电池车像今天的纯电动车一般,跻身乘用车市场的主流之一,至少在可预见的未来、在短期乃至中期,这种可能性实在很小。
因此,氢燃料电池作为乘用车补充与后备角色、商用车新能源重点之一的地位,不应因为暂无可能成为乘用车主流而被贬低;氢燃料电池在乘用车领域不具备“下一个电动车”的现实条件,也不应因为它仍有继续研究价值、在商用车领域大有可为而被高估。
结论
可见,政策性扶持在氢能源发展的未来道路上是不可或缺。
我国氢能产业链正处于导入期,政策扶持显得尤为重要,政策扶持下产业进入“规模化-降本-开拓市场”的量价循环。此外,持续的技术进步也将反哺解决各环节核心技术的成本制约,进一步提升商业化竞争力。
原标题:氢能源发展展望