氫能：下一個風口

○ 文／楊國豐

我國氫能行業正向標準化和產業化方向發展，石油公司具有資源優勢，但加氫站并非是最佳模式。

●●看重氫能巨大的市場前景，國際石油公司在發展加氫站方面都有諸多計劃。●

2017年12月，由中國綠色設計與制造產業創新聯盟倡議發起的“中國氫能產業聯盟”正式成立，中國節能協會、中國能源研究會、神華、國家電投等18家機構、高校和企業成為首批響應的成員；同時還以該聯盟的名義發布了旨在規范燃料電池汽車用氫氣品質、測試方法與性能的《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》標準，也是我國首個氫燃料電池相關的團體標準；另外，在中國石化和中國石油的積極推動下，國內加氫加油站合建取得重大進展，廣東成為試點地區。這些舉措表明，我國的氫能行業邁上了一個新臺階，正從原來的散兵游勇向標準化和產業化方向發展。

產業聯盟對氫能發展意義重大

聯盟的組織形式早已被全球企業界認可并廣泛采用，相關實例也表明其對于促進產業的發展、促進完整產業鏈的形成和提高行業競爭力有積極作用，此次的中國氫能產業聯盟將從三個方面促進我國氫能產業的發展。

一是通過統籌政府、高校和企業在氫能產業鏈中的作用，加快我國氫能技術的創新與研發。與其他行業一樣，政府、企業和高校在整個產業發展過程中扮演著不同的角色：政府扮演著引導者的角色，通過一系列的政策和規范來影響產業發展的重點和方向；以高校為代表的科研機構則是理論與技術研發的主力，借助不斷的理論與技術創新推動產業向更新的高度和廣度發展；其他企業則是技術推廣和價值創造者，通過將具體技術與市場結合來將產業形式具體化，并通過培育消費群體來實現產業價值。在一個產業發展過程中，理順以上三者間的關系使其能夠各司其職，才能有利于整個產業的健康、可持續發展，而產業聯盟恰好可以扮演這樣的角色，能有效的將國家戰略、創新動力和市場需求結合起來。

二是通過制定與國際接軌的行業標準，引導我國氫能行業健康發展，促進我國氫能產業走出去。中國氫能產業聯盟在成立伊始便發布了《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》標準，而且在該標準的制定過程中始終與國際相關標準保持同步，對提高我國燃料電池用氫氣品質具有重要的指導和規范意義。這從一個側面反映出，雖然我國在氫能相關技術在起步上晚于日韓等國，但我國的氫能行業從一開始就是以國際標準為參照，以國際市場為目標的，省去了不必要的試錯和競爭，有利于整個產業的健康發展，同時也對未來我國氫能技術和產品的走出去意義重大。

三是以“抱團取暖”的方式培育我國氫能產業的競爭力和拳頭產品。相對于日本、韓國和德國等在氫能領域擁有技術和產業優勢的國家而言，我國的氫能行業還處于起步階段，在行業競爭力與核心產品方面尚無法參與國際競爭，通過這種產業聯盟的形式可以將一些擁有特色技術的中小企業結合在一起，既能避免市場競爭中可能出現的門檻尷尬，又能聚少成多，形成合力，提升我國企業在國內外市場中的競爭力，有助于更快的形成具有我國行業特色的氫能產品。

2.5萬億美元市場

2017年11月，國際氫能委員會發布一份題為《氫能發展藍圖：全球能源轉型的可持續發展之路》的報告，這是全球首份關于氫能發展趨勢的研究報告。該報告認為，氫能在未來全球能源革命中的作用主要體現在七大方面，即促進大范圍可再生能源的一體化利用和發電、跨領域和跨地區的分布式能源利用、提高能源系統的可靠性、促進交通運輸領域去碳化、提高工業能源使用效率、減少生活供暖和電力消費的碳排放、作為化工行業的原料等；同時作為未來能源結構轉型的重要方式和終極目標，氫能行業在2050年之前有望在制氫和燃料電池領域創造出一個價值2.5萬億美元的市場，按照目前該領域每100萬美元創造12個就業崗位的水平估算，屆時將創造約3000萬個直接和間接就業崗位。

根據國際氫能委員會的預計，到2050年全球的氫能消費需求量將由目前的約8萬億英熱單位（大約相當于13.6億桶石油）增至78萬億英熱單位（約合132.6億桶石油），交通運輸、工業原料和工業用能源是未來氫能需求最大的三個領域，約占2050年全球氫能需求總量的3/4。在交通運輸領域，氫能主要是以燃料電池的形式用在汽車上。根據國際氫能委員會的預測，德國、日本、韓國和美國的加利福尼亞州將是未來氫燃料電池汽車發展的核心地區，到2030年，這些地區平均12輛汽車中就有1輛是氫燃料電池汽車，全球氫燃料電池汽車保有量將達到1000萬～1500萬輛，其中有50萬輛為卡車，同時氫燃料電池火車和輪船將開始出現；到2050年，全球以氫燃料電池作為動力的乘用車將達到4億輛，卡車將達到500萬輛，公交車將超過1500萬輛，氫燃料電池汽車在汽車保有總量中的占比將達到20%以上，同時氫燃料電池火車將替代約20%的內燃機動力火車，屆時有約2000萬桶/日的石油消費被氫能替代。在工業用能源領域，歐洲、北美和日本將是氫能的主要發展地區，到2030年，這些地區1/10的鋼鐵和化工廠將完全使用氫能，到2050年，氫能在全球工業用能源中的占比將達到12%。在工業原料領域，冶金還原劑和化工原料是氫消費的主力，預計到2030年煉鋼用氫氣消費量將達到約10萬噸，將有約1000萬～1500萬噸的甲醇及其衍生品，如烯烴和芳烴是用更清潔的氫和碳生產的，同時其他化工和精煉領域也將開始嘗試以氫作為原料；到2050年，全球將有約10%的粗鋼是利用氫還原生產的，約30%的甲醇和乙醇衍生品是利用氫和碳生產的。另外，作為二次能源，氫比電具有更高的轉化效率，因此氫制備和利用技術的進步有助于解決風能和太陽能發電的間歇性問題，對可再生能源的發展有積極意義。據國際氫能委員會估算，氫能領域要到達以上的發展目標，在2030年之前需累計投入超過2800億美元，年均需投入200億～250億美元，同時需要各國政府給予長期、穩定的政策激勵，相當于目前全球能源領域投資的1.5%左右，對于投資者而言意味著不小的商機。

阻礙氫能發展的是成本

與天然氣和汽油相比，氫氣具有易擴散、易著火、易受熱輻射影響、會使金屬變脆以及需要更高的保存壓力等特點，因此一直以來氫能的安全性一直受到較多質疑，但日本和德國的應用于推廣實踐表明，只要按照相關的規范去做，氫能的安全性并不遜色于天然氣和汽油。

日本在2005年制定了全球首個燃料電池汽車的安全標準：《以壓縮氫氣作為燃料的燃料電池汽車相關標準》，涵蓋了發生沖撞時的氫安全對策、發生沖撞時防止氫氣泄漏的方法和高壓電的相關安全標準。總體目標是確保氫燃料電池汽車內的氫氣不外泄，即使外泄也不滯留，若有泄漏則應及時檢查并隔絕氫氣。在此標準的基礎上，日本還以燃料電池汽車相關的道路運輸法和氫氣罐相關的高壓氣體安全保障法為基礎，規定了一系列燃料電池汽車安全的相關措施。目前，日本每年的氫燃料電池汽車的產量在3000～4000輛，尚未出現因氫氣泄漏導致的安全事故。在加氫站建設方面，日本政府以防泄漏、防滯留、防起火和降低火災時的影響為出發點，參考加氫站設備的特點，為其量身打造了《高壓氣安全保障法》、《消防法》以及《建筑基準法》等一系列法規和規范。目前日本國內有約80座加氫站，并未出現任何安全事故。日本新能源產業技術綜合開發機構和日本氫氣供應和利用技術研究協會曾在2016年進行過關于氫能、燃料電池汽車意見及看法的問卷調查。結果顯示，日本消費者普遍了解氫氣的特性并認同其是一種清潔能源，有約70%的受訪者認為只要正確使用，氫能能和其他能源一樣發揮作用，有超過20%的人認為氫能比汽油等能源危險，有約30%的人對自己住宅以及工作場所附近建加氫站持反對意見。由此可見日本國內對于氫能的接受程度比較高。德國也曾在2009年——2013年做過類似的調查，結果顯示大部分受訪者支持氫燃料電池汽車的發展并對其安全性抱有信心，對建加氫站的支持者也超過反對者。國內也有學者對氫燃料電池汽車與內燃機汽車的安全性進行過對比研究，結果發現，按照相關規范生產的燃料電池汽車的安全性完全可以與內燃機汽車相媲美。因此，安全性并不是阻礙氫能利用和發展的根本問題。

目前，氫能的推廣利用需要解決的根本問題在于成本。因為氫能屬于二次能源，其制備過程的總體成本高于其它一次能源和鋰電池。而且氫的運輸、儲存和分銷環節的安全要求較特殊，也導致其中間環節的成本較高，如僅將氫氣壓縮至70Mpa所需成本便是其制造成本的10～15%。以電動汽車領域為例，雖然根據豐田公司的數據，其燃料電池組的成本在2015年已經降至2008年時的1/20，電池也實現了小型化和輕量化，重量從100多公斤降至約50公斤，能量密度也提高了將近一倍，但其生產的氫燃料電池汽車的整車成本仍然是同級別鋰電池汽車的兩倍左右。氫能的其它應用領域也面臨類似的成本問題，因此要推動氫能產業的發展急需解決成本問題，當然還要在安全的前提下實現。

國際油公司進軍氫能業務

由于近年來油價一直維持在相對較低的水平，而且《巴黎協定》簽署之后，人們和各國政府對于環保的訴求也更加強烈，石油公司再次開始向多元化能源公司轉型，進軍可再生能源和氫能領域便是其實現業務多元化的途徑之一。2017年1月，道達爾和殼牌與法國液空集團、阿爾斯通、英美資源公司、寶馬集團、戴姆勒集團、ENGIE、本田汽車、現代汽車、川崎重工、林德集團和豐田汽車等公司倡議成立了國際氫能委員會，計劃未來每年投資14億歐元發展氫能業務，以推動氫能源的使用，促進全球能源轉型。截至2017年底，道達爾在德國已經建成了20座加氫站，計劃到2020年將其在歐洲的加氫站數量增至100座；同時海域寶馬公司等在加氫技術方面開展合作。殼牌在氫能方面的布局比道達爾更全面和超前一些，其2016年便與川崎重工簽署聯合研發液氫運輸船的協議，2017年初與豐田合作，計劃在美國加利福尼亞州建7座加氫站，并在2024年增至100座。BP則在全球范圍內參與了多個氫能示范項目，包括與戴姆勒和福特公司聯合研發更先進的燃料電池技術，投資350萬美元在北京中關村建成了中國第一座加氫站，與通用公司聯合開發和建設氫電廠。目前來看，石油公司在發展氫能業務時有兩大特點，即注重在終端消費市場的布局和注重聯合研發，這是我國公司在開展相關業務時可以借鑒的。

氫能的安全性是有保障的，包括日本研制的首艘氫電燃料電池自主型無人潛人艇，安全同樣沒問題。●●

石油公司發展氫能有資源優勢

我國是工業用氫的生產與消費大國，2016年的氫消費量超過2000萬噸，其中一半用做化工原料，另外40%用于生產化肥，在燃料氫領域的應用還很少，而后者，尤其是其中的氫燃料電池恰恰是推動未來氫能利用的主要領域。而我國的石油公司在發展氫能業務上具有資源和成本方面的優勢，但在具體終端應用技術上需要加強與相關企業的合作。一方面，目前制備氫氣的方法包括電解水、煤制氫、天然氣制氫、石油制氫、液氨裂解和甲醇裂解等幾種，其中利用油氣制氫的成本僅略高于煤，是電解水制氫成本的1/3到1/4。石油企業是油氣資源的上游生產者，本身擁有資源，具備以相對較低成本生產氫氣的資源。另一方面我國的資源生產與消費區分離，受人口和地表環境影響，油氣管道網絡難以達到美國那樣的覆蓋程度，相對于LNG設備，油氣制氫設備要靈活得多，而且運輸和再利用也比LNG方便，同時氫氣與油氣一樣，同樣可以燃燒功能供熱，油公司可以嘗試在特別偏遠的油氣區就地開展制氫業務，以二次能源的形式輸出。

在氫能消費的終端領域，車用燃料氫是未來氫能消費增長的重要領域，而我國石油公司大多有自己的加油站，可以嘗試通過加氫加油合建來實現現有加油站的最大化利用。目前，中國石化和中國石油已經在開展這方面的嘗試，分別在廣東佛山和云浮市試點加油站增設加氫和充電業務，但這種模式短期內在全國大范圍推廣可能性不大。加氫加油合建確實有利于氫能源的推廣，但對現有加油站的改造雖然看上去只需要拆除部分加油設備增加加氫設備而已，但汽油和氫都屬于易燃易爆品，而且氫比汽油的泄漏和燃爆更容易，二者合建需要長時間的嘗試和探索，以確定最可靠的方案。因此對于目前我國的石油公司而言，介入氫氣的制備和儲運以及基于氫燃料電池的分布式能源領域比加氫站更實際可行。