氫能源“降成本”為何困難重重？

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偲睿洞察（ID：gh_18b571514102）

，作者：蔡凡，編輯：偲睿內容組，原文標題：《高成本的氫能源，繞不開的三座大山》，頭圖來自：視覺中國

2022年，即將到來的北京冬奧會颳起了一陣氫能源的旋風。冬奧會的火炬傳遞，全部採用氫能源。在核心賽區，延慶和張家口投入了700餘輛氫燃料大巴車，用於日常的交通運輸。

這股“氫旋風”還刮到了A股市場上，氫能源概念紅到發紫，刺激個股頻頻漲停——主營氣體運輸裝備的京城股份，在去年12月份實現了14個漲停板，股價單月飆漲300%；主營高壓容器的石重灌實現了六連板；開發氫能電源產品的動力源，也在上月下旬連續三個漲停板。

這是氫能源在當下火熱的縮影。與其他新能源相比，氫能源不僅儲量大、無汙染，還兼具零碳排的特性。每單位質量所蘊含的能量更是石油的3倍、煤炭的4-5倍。除此之外，氫能源應用場景廣泛，氫燃料電池可以供給過載卡車、有軌電車、船舶、無人機、分散式發電等行業；綠色制氫還可消納太陽能和風能發電間歇式、狀態高低起伏不定的問題。

根據中國氫能聯盟的預測，到2025和2035年，我國氫產業產值將分別達到1萬億和5萬億規模。

氫能前景固然廣闊，但落地的困境卻不容忽視。

在國外，日美的氫能源能佔到各自能源總量的10%以上。日本擁有世界上數量最多加氫站，美國則擁有最低廉的氫能源價格，兩國燃料電池應用均已經投入商業銷售。

反觀國內，當前氫能源的佔比只有4%。據未來智庫測算，

2020年我國氫能總成本約為60元~80元/kg，距離30元/kg的可商用價格相距甚遠。

氫能源價格居高不下，還要追溯到制氫、儲氫和運氫三大環節，它們使我國氫能發展面臨著開局不利、技術瓶頸與規模化約束等重重難題，令“降成本”困難重重。

那麼，氫能降成本難題究竟如何拆解？又如何破解？

一、點歪“科技樹”的制氫

中國的能源結構可以歸納為“富煤、貧油、少氣”。這種特殊的結構令中國成了名副其實的“煤炭大國”——大量的化工產業平均每天要消耗掉95萬噸的煤炭資源，同時產生巨量的化工副產物。

這些副產物中，焦爐氣和氯鹼等是極其便利的制氫原料。我國氫能源產業發展的初期，就依託化工生產中的副產物作為主供氫源的原材料，以節省制氫投資，降低成本。

藉助原生資源的優勢，短短几年間，我國就成為世界第一大產氫國。2020年中國氫氣產量突破2500萬噸，已連續多年位列世界第一。

但成也蕭何，敗也蕭何。

依託化工副產物生產的氫能源，有個致命的問題——

不能算作真正的“綠色能源”

。

事實上按照制氫工藝的不同，氫能源大體分為 “灰氫”、“藍氫”和“綠氫”三類。其中，藉由對工業副產物進行提純獲取氫氣，俗稱“灰氫”。透過裂解煤炭或者天然氣所得的氫氣，便是“藍氫”。

“綠氫”則是透過可再生能源、電解水等方法，實現全程百分之百零碳排、零汙染。

“灰氫”和“藍氫”本質上仍然是用化石燃料提供能量，會產生大量的碳排放。相關研究表明，製造“藍氫”所產生的碳足跡，比直接使用天然氣或煤炭取暖高出20%，比使用柴油取暖高出約60%。而“灰氫”的汙染還要高出18%-25%。縱使有碳捕捉與封存技術

（CCS）

降低碳排放，依舊是杯水車薪。

也就是說，要符合氫能源產業零碳排的核心理念，產業界只能期望於綠氫。

但中國的綠氫產能著實少得可憐。由於我國氫能源產業相較歐美日發展較晚，為了在短期內快速發展，我國優先選擇了依託於優勢資源煤炭發展氫產業，其代價便是，“綠氫”製備所需的基礎建設的投資和相關技術遲遲未有發展。2020年，我國灰氫的佔比超過60%，綠氫尚且不足1%。

一筆經濟賬可以看出綠氫與灰氫的成本差距：

在我國，電解水制氫的平均成本是38元/kg，其中電力成本要佔到總成本的50%以上，而使用工業副產物制氫，平均成本僅僅只8-14元/kg。這意味著，工業電價要從當前的0。6kW·h對半折到0。3kW·h以下，綠氫才能在市場上具有競爭性。

但對標歐美日等國家，歐盟的綠氫的成本價低於14元/kg；美國的綠氫在12元/kg左右，而日本的綠氫成本固定在13。2元/kg。

（圖片來源：偲睿諮詢）

如何讓綠氫從奢侈品行列變成經濟適用型，成為困擾中國氫能產業的一大難題。

而進一步拆分成本，造成綠氫高成本的兩大因素分別是電力消耗量和架設電解槽費用。歐美給出的解答是政府引導+技術革新。

在歐盟，從2020起由政府牽頭投資相繼安裝了6千兆瓦的可再生氫能電解槽，降低企業製造綠氫時電解槽的費用。

在技術上，歐盟摒棄採取工業用電電解水的模式，而使用PEM技術電解制氫。PEM技術的電解池結構緊湊、體積小，這使得其電解槽執行電流密度通常是鹼性水電解槽的4倍以上，效率極高，平均每生產1立方米氫氣可節省1千瓦時的電力。

想要讓這個棵歪掉的“科技樹”回到正軌，就需要投入很高的時間成本和資金成本。

去年11月，中石化建成首座PEM氫氣提純設施，其陰極和陽極催化劑、雙極板以及集電器等關鍵核心材料部件均實現國產化，制氫效率達85%以上。而這筆投資的門檻是數十億，研發週期在兩年以上。

寶豐能源也在斥巨資投入綠氫專案。其在互動平臺上表示，2021年4月，耗時兩年後，公司首批電解水制氫專案全部投產，預計年產2。4億標方“綠氫”和1。2億標方“綠氧”。據其公開披露資料，近兩年來，寶豐能源在綠氫專案上已投入超過20億元。

除了兩家代表性頭部企業以外，絕大多數中下游的企業，仍在生產灰氫。如何將點歪的灰氫科技樹扭轉回綠氫產業，必將需要長時間的產業引導。

二、被“氫脆”卡脖子的儲氫

（圖片為日媒所報道的碳纖維高壓瓶）

作為一種化學性質活潑的氣體，氫氣生產之後，需要用一種既安全又經濟的方式儲存起來。儲氫不僅是令我國頭疼的難題，而且在全世界，都沒有很好的解決辦法。

國內的主流方法是採取高壓氣態儲氫。

目前，我國儲氫瓶的成本造價在27000元左右，同時配套設施的價格在15萬元，對標美國，儲氫瓶的價格也在22000元左右，略低於中國，但同樣高昂。

高成本源於氫頑皮的特性，學術上稱作“氫脆現象”。

所謂“氫脆”是指，氫氣會在金屬晶粒附近聚集起來，破壞金屬的結構，讓金屬脹氣變脆。氫氣會在金屬內累積成18。7兆帕的高壓，這是地表氣壓187倍。更糟糕的是，氫脆一經產生，就消除不了。

氫脆在歷史上引發過嚴重的事故。

1943年1月16日的晚上，俄勒岡州造船廠發出巨響，尚未交付的自由輪一下子斷成了兩半，這在當時引起了巨大的恐慌，眾人都以為是納粹的黑科技。

無獨有偶，2013年，世界上最寬的橋，舊金山-奧克蘭海灣大橋為即將到來的通車進行測試。然而僅僅2周，負責把橋面固定在水泥柱上的保險螺栓就出現了裂痕，96個保險螺栓裡有30個壞掉了，使得這座大橋幾乎成了廢品。

為了緩解“氫脆”的困擾，全球想出了一種特殊的解決方法——

低溫液態儲氫。將氫氣壓縮成液體，能大幅避開氣態氫造成的安全隱患。

學界普遍認為，液氫儲運技術是儲氫技術發展的重要方向。

但目前，我國液氫儲運技術相對落後，缺少大容量、低蒸發率的液氫儲存裝置的開發。僅有的一些研究，多聚焦在高壓氣態儲氫方面。

例如，2020年，中科院寧波材料所使用高強高模碳纖維作為儲氫瓶的內膽，大幅提升了儲氫瓶效能。企業方面，京城股份投建了全亞洲最大的高壓儲氫瓶設計測試中心及生產線。

儲氫成本的大山，路漫漫其修遠兮。

三、“爹不疼媽不愛”的運氫

作為氫氣“出廠”前的最後一步，運氫在整個氫能產業鏈中地位舉足輕重。

然而長期以來，我國的氫氣運輸產業處於“爹不疼媽不愛”的境地，沒有系統性的規劃——幾乎所有中央和地方層面的戰略規劃中，都提到了制氫和終端應用環節。

（圖片來源：偲睿諮詢）

理論上，氫氣運輸產業分為短途和中長途兩種。短途的運輸可依賴長管拖車，中長距離的運輸對成本敏感許多。其中一種經濟的方式，是先將氫氣轉為高密度的液氫狀態再進行運輸。

液氫能適應陸運和海運的模式。在陸運上，液氫儲罐最大容積可達到200立方米，是長管拖車模式的2倍。海運的液氫儲罐最大容積可達到1000立方米，在歐洲和加拿大氫氣運輸中，就均採用液氫海運的模式。

如此重要的液氫在中國卻產能極低。目前，液氫工廠僅有陝西興平、海南文昌、中國航天科技集團有限公司第六研究院第101研究所和西昌衛星發射中心等，主要服務於航天發射， 總產能僅有4t/d， 最大的海南文昌液氫工廠產能也僅2t/d。目前， 中國民用液氫市場基本空白。

而對標歐美，美國是全球最大、最成熟的液氫生產和應用地域，擁有15座以上的液氫工廠， 全部是5t/d以上的中大規模，總產能達到375t/d。此外，亞洲有16座液氫工廠， 日本佔了2/3。

另外一種是藉由管道運輸，但現實是，我國氫氣管網嚴重不足，全國累計僅有100km輸氫管道，且主要分佈在環渤海灣、長江三角洲等地。在2016年的統計資料，全球共有4542km的氫氣管道，其中美國有2608km的輸氫管道， 歐洲有1598km的輸氫管道。

目前，我國僅僅在《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》提到，期望在2030年建成1000m長的氫氣運輸管道。而對比國外，管道運輸已經開始全面與上下游形成聯動。

例如，德國在北萊茵至威斯特法倫州鋪設的240km的氫氣管道，在給使用者供氫的同時這些氫氣管道也為工業所用。德國Frankfurt的氫氣管道直連加氫站與氯鹼電解工廠，可以免去壓縮機直接供氫。

總結來說，我國氫能運輸仍處於“地方割據”的局面，還未形成規模經濟。

四、破題關鍵詞：液氫

氫能源產業的相關的難題是多方面的，但抽絲剝繭，氫能源產業迫切需要解決的問題集中在儲存和運輸之上。

原理很簡單，“綠氫”的生產技術可以逐步迭代，但氫氣如果不能長期低成本地儲存，生產再多的“綠氫”都是徒增消耗。

此外，氫氣如果不能便捷運輸，氫能的廣泛應用就是無從談起。對照電力行業，正是高壓輸電技術的成熟，電力才能在全國範圍內大規模應用。

而儲氫與運氫問題的源頭，在於液氫。

無論是儲存端的低溫業態儲氫技術，還是中長距離的液氫運輸，都少不了大規模液氫的身影。

因此，如何提升液氫產量、開發相關儲運裝置，是氫能應用降成本的關鍵。

歐美日氫能產業的發展也能佐證這一點。歐盟早《未來氫能和燃料電池展望總結報告》就提到液氫重要性，同時在液氫方面的投資也從不吝嗇。2021年在法國，一個液氫廠的投資就超過1。5億美元。

美國壟斷了全球85%的液氫生產和應用，根據美國氫能分析中心的統計，在液氫的幫助下，美國的氫能源被大量用於石油化工行業和電子、冶金等行業，兩大行業平均每年要消耗掉82000噸的液氫。

日本則在液氫加氫站方面走在了前列。液氫加氫站具有佔地小，儲量大的優勢，甚至能完成制氫就發生在加氫站裡。

目前，日本有建成142座，佔全球加氫站總數的25%，依託於加氫站，日本燃料汽車投放使用全球領先，燃料汽車的商業化也是全球最好的。

所以，中國的液氫亟需從當前軍用、航天領域，走向大規模民用環節。

思考歐美日液氫的發展歷程，我們有許多借鑑之處，概括而言，包括三點：

一、政策引導，為相關工作提前鋪好路。

2021年5月，國家相關部門陸續出臺了《氫能汽車用燃料液氫》、《液氫生產系統技術規範》和《液氫貯存和運輸技術要求》三個檔案，制定了三項國家標準，這將對液氫發展起到關鍵性引領作用。

二、龍頭企業牽頭，建成大規模氫液化系統。

液氫生產工廠的建設成本高，必須由龍頭企業率先投產，提高生產規模，才能有效降低單位成本。

三、系統整合相關資源，發揮產學研機制作用。

例如，建立政府、研究機構和企業的氫能源產學研合作平臺，將科研產品第一時間應用到實際生產當中。

五、結語

世界已進入雙碳時代。國際氫能委員會預計，2050 年氫能源將佔全球能源消耗總量的18%，催生年產值2。5萬億美元的產業。

世界各國對氫能源越發重視，歐美日各國氫能源產業的規劃已經做到了2050年後，並且還在迭代更新；而在我國，自2021年氫能被列為“十四五”規劃重點發展產業後，國家和各地政府迅速出臺了400多項政策，規劃了2025年之前的產業發展目標。

一場事關產業政策、技術競技的產業爭霸賽已經打響。

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