低於5℃鋰電池的續航直降60%！氫能源能出來當救世主？

2022北京冬奧會臨近，引起熱議的竟然是140台豐田氫能源車。

有新聞報道，首批進口的140輛豐田第二代Mirai氫能源車將成為本屆冬奧會工作車，承擔延慶等山地賽區觀眾或工作人員的運輸任務。此外，福田與豐田合作推出的氫燃料電池客車也會為冬奧會提供服務。

還記得2008年北京奧運，多個品牌的純電動車穿梭於各場館與奧運村之間，10多年過去，電動車已經在神州大地遍地開花。一份數據顯示，今年前8個月國內新能源車產銷量分別為181.3萬輛/179.9萬輛，滲透率已經達到11%。

關於氫是風口還是泡沫，網上對此的爭論就一直沒停過。而此次冬奧會用上了豐田Mirai，是否意味着氫能源的春天真要來呢？

電動車開不進大東北

在全國大力發展新能源車，助力實現雙碳目標的時候，北方的盆友們可謂“心有餘而力不足”。

2020年全年東北地區新能源車銷量只有9943輛，僅佔全國銷量的0.92%，而造成這個囧況的原因歸根到底還是續航問題，眾所周知鋰電活性取決於工作温度，氣温太低會造成電池可用容量變小，從而帶來續航縮水。南方的冬季基本在10度以上問題不大，但北方就慘了，根本沒法用。

為此，國內也有媒體對市面上主流的電動車進行過冬季續航實測，得出結論如下：“20℃左右是電動車最理想的工作温度，低於5℃電池就開始出現明顯衰減，考慮到北方冬季温度多在5℃以下，所以建議大家將實際路程控制在表顯續航里程的40%左右。”

(温度越低，容量越少)

主流550km續航的車，冬季只剩220km，那還開個P哦？

當然解決方案也是有的，例如給電池加個柴油加熱器，但這個騷操作實在“丟臉”，而第二個方案就是“棄電從氫”，剛好東北地區有大量的工業副產氫，在存儲、運輸成本上和南方地區相比佔先天優勢。

這也就不難理解為什麼首批氫能源電池車試點城市大部分都集中在北方了。

氫產業化陷入惡性循環

氫燃料電池車主要由燃料電池堆棧、堆棧升壓器、高壓儲氫罐、動力電池、驅動電機以及相關控制單元組成，核心是消耗氫氣的燃料電池堆棧。

把氫氣作為汽車燃料，其實已經存在了一段相當長的歷史，只不過最初它的作用和汽油相似：灌進內燃機壓縮爆炸，再輸出功率。但因為安全以及效率等問題，這種“氫氣車”沒成為市場主流。

現在氫燃料電池當中的氫氣並不直接參與燃燒，而是和氧氣反應轉化為電能，就像“心臟”一樣，為動力電池提供源源不斷的“血液”。

在反應堆中，氫氣在催化劑（鉑）的作用下分解成電子和質子（氫離子），其中質子通過交換膜到達負極與氧氣反應生成水併產生熱量，而電子就由外電路流回正極，產生電流。

多個氫燃料電池堆疊在一起就能輸出足夠的功率給動力電池充電。

作為承擔了核心電化學反應的質子交換膜，佔據了整個電池堆棧總成本的60%以上，目前有技術能生產這種交換膜的主要是國外大企業，例如豐田、巴拉德，至於國內沒人做、做不大的原因，歸根到底還是市場沒需求，沒需求自然就實現不了規模生產，成本就降不下來，成本降不下來就更加沒人願意做，週而復始，惡性循環。

（電池堆是氫燃料系統的成本大頭，而質子交換膜又是電池堆的成本大頭）

正如2014年中國新能源車尚未迎來爆發，主流三元鋰電均價還要2700元/kWh，現在市場做大了，均價也降到了1000元上下。

（鋰電價格走勢，除了近2年鈷上漲導致價格上漲之外，整體呈下降趨勢）

分析機構Strategic Analysis Inc就曾經拿豐田Mirai做過推測，當其年產能僅為1000台時，燃料電池系統佔整車總成本的30.7%；年產能達到3000台時，成本佔比就能降低到28.2%，要是這個數字成數十倍甚至數百倍那樣增長，那燃料電池成本就能得以大幅平攤。至於初期的需求增長必然得依靠政策驅動，不然誰也不想自告奮勇趟這灘渾水。

那在推進氫能發展方面，全球各國又有什麼舉措呢？

中國氫能源三部曲

新興產業的發展，歷來與政策結合緊密。從早期的推廣階段，到2019年首次被政府報告提及，再到“十四五”規劃出現在“五年規劃”當中，氫能源行業的政策發展實現了“從無到有”的快速變化，可見該領域正越來越受國家重視。

僅自2019年以來，我國就頒佈了25個與氫相關的政策，涉及到上游氫氣製備、交換膜、高壓儲氫罐生產企業扶持；中游車企補貼、新建加氫站補貼；到下游用户在購車、用車過程中的補貼、路權放開等方方面面。

其中《節能與新能源汽車技術路線圖》就對燃料電池汽車總體規模進行了規劃：

2020年，在特定地區公共服務用車領域，進行小規模示範應用，達到5000輛規模。

2025年，在城市私人用車、公共服務用車領域大批量使用，達到5萬輛的規模。

2030年，在私人乘用車、大型商用車領域大規模商用化推廣，達到百萬輛規模。

截至目前，京津冀、上海、廣東已經被國家五部委批准為首批氫燃料電池汽車示範城市，各省市自己的政策細節也在制定當中，以筆者所在的廣東為例，佛山近日率先發布了全國首個氫能源車更新置換補貼，支持氫能源車輛在市政、物流等特定場景使用。按照規劃，到2025年，所有新增/更新的市政工程車輛應均為氫能源車。

（佛山置換補貼細則）

另外，目前全國已經有超過20個城市參與了氫能源示範城市申辦。由此可見，從中央到地方各層級，中國版的《氫能三部曲》正如火如荼地進行着。

那其他國家又如何呢？

歐盟、韓國、俄羅斯

一直以來，氫能都是歐盟降低碳排放的發力領域，在全球已宣佈的228個氫能項目當中，有126個都位於歐洲。早在2019年12月，歐盟就發佈了《歐洲綠色協議》，構建了氫能長期發展的總框架，而2020年7月發佈的《歐盟氫能戰略》，則分三個階段描繪了歐盟地區氫社會發展目標。

第一階段：2020～2023年，歐盟將安裝至少6吉瓦的可再生氫能電解槽，並生產多達100萬噸的可再生氫能。

第二階段：2025～2030年，可再生氫能電解槽容量達到40吉瓦，具備生產1000萬噸可再生氫的能力。

第三階段：2030～2050年，可再生氫能技術實現大規模部署，並且覆蓋所有難以脱碳的領域。

《歐盟氫能戰略》描繪了歐洲未來三十年的投資計劃，包括制氫（電解槽就能製備“綠氫”）、儲氫以及氫能運輸的全產業鏈，還包括天然氣基建、碳捕集以及封存等環節。

在未來25年內，歐盟也會投入4700億歐元用於發展氫燃料等清潔能源，以實現2050年碳中和目標。其中德國、法國分別投資90億元、72億元用於氫能研發。至於加氫站的規劃歐盟各國也給出了明確的目標，例如德國計劃到2023年建成400座加氫站，法國2028年至少建成400座。

(歐洲車企大本營也在積極plan加氫站)

和中國一樣，喝“頭啖湯”的同樣是運輸業。

為了順應政策，歐洲氫能卡車的部署計劃也細分三個階段，具體不再展開細説，要是真能實現，那在5年後就能看到一定規模的氫能卡車往返於歐洲各國之間了。

目前很多歐洲大型卡車製造商都承諾在2040年前停止銷售傳統燃油卡車，並研發對應的氫能車型，例如戴姆勒與沃爾沃在上年4月成立了新公司，以研發和生產用於重型商用車的燃料電池系統，與此同時也和殼牌合作，後者將為戴姆勒建設加氫站。

當然除了中國、歐盟兩大經濟體之外，不少國家也在打着自己的“小算盤”，例如俄羅斯就從氫氣的生產動刀，旨在建設以出口為導向的氫能源產業，從現在的天然氣出口大國轉型為氫氣出口大國。

還有韓國，計劃到2025年建立年產能達到10萬輛的氫燃料電池汽車生產體系，到2040年將有4萬輛氫燃料電池公交車投入使用，屆時加氫站的數量也從現在的14個增加到1200個。作為韓國最大的汽車製造商現代汽車集團也在今年9月發佈了“氫能願景2040”，併發布了包括XCIENT Fuel Cell燃料電池重卡、Trailer Drone燃料電池無人運輸車、Vision FK燃料電池跑車等等，值得一提的是現代還在我國廣州建設了首個海外氫燃料電池系統生產銷售基地。

那問題又來了，為什麼嚐鮮的總是運輸業？

急需深度脱碳的運輸業

拋開什麼破除專利技術封鎖，彎道超車這些大道理不説，搞綠色的核心訴求是深度脱碳。根據生態環境局的一份數據，在2017年各行業碳排放佔比中，電力供應占比最大，其次是金屬冶煉，交通運輸則排第三。

（左：2017年各行業碳排放佔比；右：運輸業碳排放佔比，部分數據來自生態環境部）

火力發電佔比高，碳排放超標是老大難問題了，一時半刻解決不了。金屬冶煉排碳主要是因為用電厲害，而且是我國重工業的根基，因此也動不了。排第三的運輸業自然成為那隻最軟的柿子。

而在交通運輸碳排放總量裏面，重型商用車的佔比高達47%，妥妥的排碳大户，不找它開刀找誰呢…

那為什麼電動重卡行不通呢？首先因為電池太重，電動重卡相比傳統燃油重卡整備質量普遍高2.5～3噸，每次都少運幾噸貨自然不划算，其次是電池大，造價貴，因此短期內電動重型商用車基本沒有實用性，而換電模式沒有企業牽頭做標準，不實際，固態電池也暫時看不到希望，不提也罷。

環顧四周，可能就只有氫可以委以重任，只是目前氫氣在製取層面還存在爭議，而且購車、用車成本也未達到讓普羅大眾接受的水平。

“綠氫”不脱碳、TOC成本高

在氫氣製取上，目前主流的方法有三種，分別是電解水制氫（綠氫）、化石燃料重整制氫（藍氫）以及工業副產製氫（灰氫）。

“藍氫”通過煤炭裂解獲得氫氣，而“灰氫”則通用對焦炭、純鹼等工業副產物進行提純再獲得氫氣，這兩種方法本質都通過化石燃料轉化而來，其過程都產生了碳排放，只有“綠氫”，也就是電解水製備的氫氣才能實現真正的零碳排放。

但問題是現在藍氫和灰氫是大頭，根據一份海外調查報告，目前全球僅有4%的氫氣屬於綠氫。而我國更少，只有2%。

（我國氫氣來源）

制約綠氫發展的原因，歸根到底還是成本與能源結構的問題，目前“綠氫”製取成本主要由電解槽、電價兩大部分構成（分別佔總成本的40%與50%），每kg氫氣的成本高達48元，和煤制氫相比完全沒優勢，而且我國發電主要靠煤炭，電解水的碳排放同樣超標，因此目前談發展“綠氫”就失去意義了。

(氫氣製取成本以及碳排放)

而制氫的成本，同樣影響到氫燃料電池車在全生命週期的擁有成本（TOC）。TOC包括購車成本以及使用成本，從消費角度看，氫燃料電池車的滲透率能不能提升，關鍵還得看其TOC何時能做到和鋰電池車同一水平。一份研究報告表明，氫客車、重卡的TCO有望在2030年追上同款鋰電車型。而乘用車則稍遲一點，要到2040年。

（資料來源：課題組、車百智庫）

隨着電解槽、質子交換膜技術的迭代更新，綠氫的製取成本將大幅下降，產量也隨之提升，目前我國氫氣年產量約為2600萬噸，預計到2060年能達到6000萬噸水平，其中綠氫佔比也會達到70%。另外，國內最大的燃料電池質子交換膜生產基地（國家電投華中生產基地）也將在明年投入使用，預計到2024年能生產10萬平方米質子交換膜，供1萬套燃料電池堆使用。當然除了國家隊之外，還有許多民企也參與到質子交換膜的生產當中，例如東嶽氫能150萬平米生產線第一期工程已經投產、東材科技年產50萬平米的生產線也在投建當中。

上游產業蓬勃發展的背後，都是為了爭取燃料電池車TOC能早一日與電動車持平。

那作為下游的車企，又有誰在做，做什麼呢？

氫能商用車，誰在做？

據不完全統計，目前參與到氫燃料電池客車、重卡研發、生產的車企包括宇通客車、江鈴重汽、北汽福田、東風商用車、飛馳汽車等等。

宇通客車在2009年就開始了燃料電池汽車的研發，它也是我國首家通過燃料電池商用車資質認證的企業，目前其燃料電池車型已經發展到第四代，內置了60kW燃料電池系統，10分鐘補氫便能換來500km的續航。值得一提的是，宇通客車交付給河南鄭州的223輛氫燃料電池公交車已經累計安全行駛超過600萬公里，這也是國內目前為止最好的記錄。

（100輛宇通氫能巴士在冬奧會期間投入運營）

江鈴重汽在2020年年初與海智迪汽車有限公司簽下訂單，為後者交付20輛江鈴威龍氫燃料重卡。這款重卡配備95kW燃料電池組，滿載情況下續航里程達到400km以上，而且補氫時間也在10分鐘以內。

北汽福田上年年中發佈了32噸氫能重卡，其燃料電池輸出功率達到109kW，電堆為國內自主研發。還有歐輝BJ6852氫能客車，具備500km的續航里程。

東風汽車自主研發的12噸氫物流車在今年9月正式登陸工信部《道路機動車輛生產企業及產品》（第346批），這款車搭載了東風自主研發的80kW燃料電池，滿氫狀態下能實現600km的續航，目前12噸版本已經投入運營，8噸、18噸也陸續投入運營。

….

還有很多例子，我就不一一列舉了。

鋰電向左，氫能向右

對於主機廠而言，氫燃料電池車是一個相當燒錢的技術路線，因此他們往往通過聯盟的形式去分攤研發成本，先前戴姆勒就攜手過福特、日產；而本田則選擇和通用合作。

只不過現在它們當中的大多數已經明確表示放棄該項目，原因無他，當研發投入和預期回報不成正比的時候，及時止損就是唯一的選擇。目前還在堅持搞氫的車企只有豐田、現代/起亞、戴姆勒和沃爾沃，但除了豐田，其他人都只是想讓氫能源在商用車端發光發熱而已。

儘管政策早早頒佈，但利益驅使下的北美、歐洲與氫相關的產業落地卻沒見多少。還好我國有“無形的雙手”，再加上內需潛力大，“電+氫”才能得以共同發展。

目前國內正探索“油、氫、氣、電”聯合運營模式，中石化、中石油這些國家隊相繼入局。其中中石化計劃在“十四五”期間建設1000座加氫站，截至2020年底已經在廣東、上海、浙江以及廣西等地佈局了27個，而油氫混合加註站點也超過了10座。另外通過和光伏企業合作共建7000座光伏發電站，藉此大幅降度綠氫生產成本。而中石油今年在北京建成了首個加氫站，為冬奧會提供服務，未來將繼續加建超過50座。

在全球雙碳背景下，氫能產業的發展愈發受到重視，尤其是運輸業深度脱碳的緊迫性讓我們意識到氫能的優勢。而“乘用車用電、商用車用氫”正成為現階段解決碳排放的一劑良方。