全球熱資訊！21世紀“終極能源”：日本賭輸了，但賭對了

去年，全球新能源領域經歷了一場巨大的動蕩。

【資料圖】

日本汽車巨頭日產首先在年初宣布，暫停與戴姆勒及福特合作開發燃料電池車的計劃，將力量集中于發展電動汽車;

年中7月，另一家巨頭本田汽車也宣布，終止以氫氣為燃料的氫燃料電池汽車的生產;

最震撼的事發生在年前最后幾周：全球氫能源汽車“頭號推手”、20多年來一直押寶氫能源的豐田，也“背刺”了氫能源路線。

曾經在2020年12月炮轟“純電動車被過度炒作”的豐田章男，1年后來了個180度大轉身，在發布會上毫無預兆地公布了豐田的電動車轉型計劃

——一口氣發布了16款電動車，并宣布未來10年要投入350億美金用于相關的研發和設備投資。

媒體紛紛高呼，日本押注氫能的“國運之戰”已經全面失敗!

而作為氫能源路線最堅定的擁護者，也是探索的急先鋒，日本的劇變，在很多人看來意味著氫能路線的失敗。

然而，事實并非如此。

近年來，不計其數的科學家和汗牛充棟的研究文獻越發確定，人類社會工業化帶來的巨量溫室氣體排放，是氣候變化的罪魁禍首，也是人類社會未來的最大威脅。

從《聯合國氣候變化框架公約》，到《京都議定書》，再到《巴黎協定》，在聯合國這個全球框架的協調和約定下，控制氣候變化已經確認為人類社會的共同目標，低碳減排正從上到下，逐漸成為全球事務的基礎價值觀之一。

對于全人類，這是命運的轉折點。

對于國家而言，誰能在碳中和上做得更好，不僅在具體事務上有了更大的話事權，對于國際聲望的提升也意義非凡。

而就個人而言，宏大敘事的影響或許一時半會還傳遞不到自己身上，但在接下來無論是社會輿論還是經濟活動上，都會逐漸感受到其影響。

因此，“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和，”第七十五屆聯合國大會上，我國領導人斬釘截鐵的承諾落下，打響了“雙碳”戰略的發令槍。

“雙碳”的第一槍，打的是化石能源。

顧名思義，化石能源來自于古生物化石沉積。地球上的生物都是碳基生物，它們的化石也都是含碳的。化石能源燃燒過程中，里面的碳不可避免地會釋放出來，就成了碳排放。

國際碳行動伙伴組織統計數據顯示，2020年我國碳排放中，來自能源領域的碳排放占比高達77%，其余的不到四分之一來自工業過程碳排放、農業碳排放及廢棄物碳排放。實現碳達峰、碳中和，能源領域的變革勢在必行。

能源轉型的過程，實質上就是擺脫化石能源的過程。

但是對于怎么擺脫化石能源，一直存在爭議。其中最典型的，就是氫能和電能的“路線之爭”。

實際上說二者是路線之爭并不貼切，因為氫能實際上并不完全脫離電能而存在。論來源，綠色氫氣的制備需要電能，論使用，氫能最后也要轉化為電能，二者并不排斥。

然而，大眾為什么會產生二者對立的誤解，甚至認為“氫能被電能擊敗”了呢?

首先，二者確實在部分環節存在差異，這點放在后面細說。

其次，從現實來看，在汽車這個新能源產業里大眾關注度最高的領域，以日本為代表的氫能源汽車路線和其他國家的電動路線發生了對立，使得大眾加劇了誤解。

在新能源時代，電的地位是毋庸置疑的。電能可以方便地充當不同能源轉化的媒介，使用普遍。

與此同時，電本身還是信息的載體，以電流和電磁波為基礎的通訊系統，是全球民眾日常生活不可或缺的一部分。

更重要的是，人類自從發現電磁之間互相轉換的關系之后，沿著這個科技發展路線已經走了很遠，形成了依賴于電磁技術的科技樹和龐大工業集群。

現在所有國家都將使用核能、光伏等清潔能源發電，作為能源轉型的主流路線。

但是，電能并非是各方各面各個環節完美無缺的。

電能的最大缺點在于，電不能儲存。電本質上是一種正負電荷間存在電位差而形成的一種勢能，如果不能即時使用，不僅只能浪費，還會對電網產生沖擊。

因此，電能的生產、輸配和使用必須保持動態平衡。如果電能供需出現不平衡，需要由控制設備及時調節發電機的出力，以維持電能的供需平衡。

在過去，這個問題相對好解決。燃燒化石能源的火力發電，無論是燒煤、燒油或是燒氣，調節發電功率相對靈活，而且還有更靈活的水力發電作為補充。

但在新能源時代，問題出現了。在主流新能源發電方案中，由于風的間歇性的特點，風力發電輸出的電能也具有間歇性;

陽光與氣候、季節、區域強烈相關，甚至一日內的變化也極度明顯，導致光伏發電具有極強的隨機性。這些電接入后便會對電網產生沖擊，帶來潛在不安全因素。

水電雖然穩定，但周期長，對地理條件要求高，不可能無限制擴張，甚至有可能對地質環境有影響。

因此在新能源時代，如何把電能轉換成其他能源形式儲存起來，成為了新的問題。而這個問題，就是純電和氫能“路線之爭”的實質。

按照直觀的認知，電池作為人類發展最久，原理最明白，產業鏈最完備的儲能項目，將其延伸下去就好了啊?

想法很好，但是沒有那么簡單。

首先，電池的能量密度太小了。

目前國內主流的磷酸鐵鋰電池，能量密度在150Wh/kg左右，三元鋰電池則達到200Wh/kg，而特斯拉Model 3使用的2170鋰電池能量密度可達300Wh/kg，但也僅僅為汽油能量密度的1/40。

從物質特性和產業發展規律來看，電池能量密度在未來或許還有增長空間，但取得突破性進展——比如提升一個數量級，追上傳統化石燃料，可能性不大。

在需要高能量密度的使用場景下，使用電能完全取代現有的化石燃料存在瓶頸，因而需要另外的方案作為補充。

更重要的一點，是資源問題。從長遠來看，使用基于鋰離子電池的儲能方案，會面臨鋰資源不足的困局。

諾貝爾化學獎得主、“鋰電池之父”惠廷厄姆也在去年未來能源發展論壇上向全世界發出了警告：“5到10年之后，目前用于生產鋰離子電池的原材料就會被消耗殆盡。”

對于中國來說，鋰資源還有一重隱患。

2020年全球鋰資源地區分布相當不均，中國只占7%，智利和澳大利亞鋰資源最為豐富，鋰資源儲量分別為920萬噸和470萬噸鋰金屬當量，合計占到全球的66%。

這些鋰資源的使用受制于其他國家，極端情況下還有被切斷的風險，極大威脅著國家能源安全。

事實上，這2年國內已經感受到了鋰資源帶來的震蕩。

2020年下半年起，國內新能源汽車銷售火爆，帶動鋰需求激增，然而此前鋰價低迷，礦山紛紛減產停產，一時間拿不出這么多產量。于是在一夜間，全球碳酸鋰市場從供過于求變成了嚴重的供不應求。

從2021年以來，碳酸鋰價格走出了一波瘋狂的上漲行情。國內碳酸鋰現貨市場報價從年初的5萬/噸左右，漲到了年末的超過25萬元/噸，僅1年時間就漲了約4倍。今年以來，碳酸鋰繼續上漲，目前已經突破50萬元/噸關口。

這種情況傳遞到下游，近幾年電動汽車市場的多次集體漲價，已經讓消費者苦不堪言。

這正是氫能的機會所在。

從很多方面看，氫氣是絕佳的低碳乃至零碳能源方案，亦或者說，是人類的“終極能源”。

第一也是最重要的原因是，氫氣很多。氫是世界上最多的元素，氫氣來源極其廣泛并且是可再生資源。如果能用氫氣作為“燃料”，那人類將徹底擺脫對能源的焦慮。

其次，從理論上來說，氫氣的制備和使用過程是可以完全脫碳的。只需要朝水中通電，就能發生2H20→2H2+O2的反應，產生氫氣和氧氣，沒有化石能源參與，也不會產生碳。

而在使用時，以最常見的質子交換膜燃料電池來看，氫氣進入電池負極后，在催化劑的作用下分解成氫離子和電子2H2 → 4H+ +4e-。氫離子穿過薄膜，同時電子經過外部電路到達陰極，氫離子、電子和氧原子在催化劑作用下反應成水分子O2+4e-+4H+=2H2O。

這個過程的總反應就是2H2+O2 → 2H2O，反應結果也只有水，不產生任何碳排放。

第三，能量密度大。如果以質量能量密度比較，氫氣高達39000Wh/kg，比汽油的12000Wh/kg高出2倍有多，可以在任何場景提供澎湃充足的能量。只要幾公斤的氫氣，就足以支持一輛汽車行駛數百公里。

固然，氫能目前存在技術不成熟，產業鏈不完備，各環節成本高企等問題，但從大趨勢看，氫能是未來能源的不二之選。

從學術圈到產業界，不少人都認為，“氫能是21世紀的終極能源”。

可能看多了對新能源汽車產業競爭的演義化解讀，很多人有著“純電路線壓倒氫能源”的印象，但在國家看來，事實相反

——純電動汽車產業成熟，正是氫能源產業發展的起點。

以政策為基準，國家對于純電動汽車產業分為3個階段：

2009-2012年，產業尚不成熟，需要大量的補貼和扶持政策;

2013-2015年，產業格局雛形初現，形成一定規模，補貼開始小幅度退坡;

2016至今，產業爆發已成定局，補貼大幅退坡，門檻大幅提高，引導產業升級。

隨著純電動汽車產業步入成熟升級階段，也是在2016年，國家首次提出氫能發展路線圖，將“氫能和燃料電池技術創新”列為重點任務。

2019年，氫能首次寫進《政府工作報告》。此后，從國家到地方，關于支持和規范氫能產業發展的政策密集出臺。

今年初，國內氫能產業迎來一項重大利好。

3月23日，國家發改委、國家能源局聯合重磅印發《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》，使得國內氫能產業第一次有了頂層設計。同時，這份文件規格和內容超出預期，使氫能產業發展有了更明確的方向和節奏。

對此，國際能源署在《2021年全球氫能評論》中指出：“利用氫能對可再生能源系統的潛在貢獻的時機已經成熟;氫能的使用范圍將被擴大;各國政府需要擴大雄心壯志擴大對氫能的需求;而低碳氫在未來10年會變得更有競爭力。”

轉頭看同一時間日本氫能產業的變故，他們實際上并沒有賭錯技術路線，只是步子邁大了傷了身體，過早押注了過于超前的技術，卻沒有國力參與后續競爭。賭輸了，卻也賭對了。

前瞻經濟學人APP 產業觀察組

更多行業研究分析詳見：

[1]《2022-2027年中國氫能源行業深度調研與投資戰略規劃分析報告》，前瞻產業研究院

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參考資料：

[1]《國際能源署發布《2021年全球氫能評論》提出五大建議》，國際能源網

[2]《碳酸鋰“向上飆” 新能源車“往哪走”?》，電池中國網

[3]《鋰電池的原料會在近年內耗盡?》，中國粉體網

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