作者 | 承天蒙

来源 | 澎湃新闻

纵观当前的世界新能源汽车发展格局,中美在集中发展纯电动车(Battery Electric Vehicle,BEV),欧洲是纯电动车和插电式混合动力车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)并行发展,只有日韩在发展纯电和混动之外,还大力发展了氢能源燃料电池车(Fuel Cell Vehicle,FCV)。

目前市场上仅有的两款主流氢能源汽车也毫不意外出自日本和韩国,日本的丰田Mirai和韩国的现代Nexo。

现代Nexo

1973年能源危机之后,日本便早早开始发展氢能产业,希望通过氢能永久解决能源问题。2017年,日本更是进一步发布了《氢能基本战略》,成为了全世界第一个把氢能框架作为国家战略的国家,该战略的主要目标是降低氢能价格,大力推广氢能应用,包括交通、住建、重工和石油冶炼,打造出真正意义上的氢能社会。

与日本类似,韩国97%的能源来自进口,同样在能源战略上选择从化石燃料转向氢气。自文在寅政府以来(2018年后),韩国开始将氢能定为国家经济增长和创造就业机会的关键引擎,随着现代氢能车的强势发展以及韩国氢能基础设施突飞猛进的建设,目前韩国已经是世界上最大的氢能车市场,占世界氢能车数量的55%。

但是氢能及氢能产业链的推广仍然长路漫漫。日本政府最新的路线图中,希望2030年本国氢氨燃料发电占比能达到1%的目标,与之相比核能发电占比约20%,这也说明人类能源问题的解决,很长一段时间还需要依靠核能、天然气、石化能源等其他可再生能源。

不过,随着丰田Mirai第二代和现代Nexo氢能车逐渐走向市场,氢能在生活中的应用场景已经开始逐步显现,氢能社会的愿景也许已经开始离人类越来越近。


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日本氢能社会发展:起步早,专利多

氢能发展分为三个层面,生产氢、运输氢和应用氢。生产方面,日本目前的主要做法是从海外的化石燃料中利用碳捕获和储存技术生产并进口氢;运输方面,日本加强了进口和国内氢的运输、并分配基础设施建设;应用方面,日本更是促进氢能在汽车(包括乘用车、卡车和叉车)、家庭热电联供和发电、工业等各个部门的大量应用,其中氢能汽车和氢能燃料电池的研发和应用是重中之重。

2002-2010年,日本经济、贸易和产业省资助了“燃料电池系统示范研究”项目,涵盖“燃料电池车的示范研究”和“氢基础设施示范研究”两个主题,这对日本燃料电池汽车的发展起到了巨大的推动作用。丰田、本田、三菱、尼桑等日本主要汽车制造商都拿出自己的主要燃料电池车型加入了研发,为日本成为世界氢能专利大户奠定了基础。

仅2011-2020年期间,日本申请的氢能相关专利就逾14万项,其中大量的氢能燃料电池专利成为了日本的重要优势,它们是将氢能在汽车、住宅、工业等多应用场景部署的技术关键,技术出口的潜力巨大。

2011年日本福岛核电站事故发生之后,日本在氢能领域继续提速,发布了一系列涵盖技术和经济方面的战略规划,如《氢气和燃料电池战略路线图(Strategic Roadmap for Hydrogen and Fuel Cells)》,自2014年首次执行之后,随着时间推移,该路线图也在一直更新。

2019年3月,日本政府最新一版的《路线图》中,提出了详细的基本技术规格和成本目标,并细化了实现这些目标所需的措施。其中氢能车的数量目标包括2025年达到20万辆,2030年达到80万辆,加氢站目标包括2025年达到320个,2030年达到900个。

为了实现氢能社会的战略,日本政府提供了充足的财政补贴。仅2020财年,日本政府对氢的财政补贴就包括:清洁能源汽车(包括但不限于氢和燃料电池)2.47亿美元,住宅燃料电池和燃料电池创新4000万美元,创新燃料电池研发5250万美元,供氢基础设施研发3000万美元,加氢站1.2亿美元,开发利用国外新资源的氢供应链1.41亿美元,氢气生产、储存和使用技术开发1500万美元。此外,日本国家研发机构“新能源和工业技术开发部”更是拨款27亿美元建立大规模氢气供应链,拨款7亿美元用于生产绿氢的氢能项目

2014年12月,丰田Mirai首次实现商业量产,当时是主要卖给租车公司;2016年3月,本田的第一款氢燃料电池汽车Clarity车型面世,开始向大众消费者销售。2020年12月,第二代丰田Mirai正式发布,拥有L2级自动驾驶,续航可达850公里,借着2020年东京奥运会的东风和当时“碳中和”的潮流,第二代Mirai在海内外引发市场热烈关注。

第一代丰田Mirai

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丰田Mirai:减少重金属使用,扩大燃料电池规模效应

第一代丰田Mirai自2014年上市以来,在全球范围内销量十分有限,一方面是由于它740万日元(约67000美元)的昂贵价格,另一方面,加氢站数量较少也让氢能汽车的吸引力大打折扣。第一代Mirai的产能只有一年3000辆左右

第二代Mirai在解决其中一些问题上取得了进展。生产成本降低了三分之二,产能提高到每年30000台。燃料电池系统的重新设计和升级让新Mirai的续航能力提高了30%达850公里,但710万日元的售价仍然让绝大多数消费者对其望而却步。2021年,第二代Mirai实现了5600余辆的销量,占其累计销量的一半以上,但距离实现2030年全球200万累计销量的目标仍然较远。

实际上,为Mirai降低成本的尝试从未停止过。2016年,丰田MIRAI研发总工程师田中义和在接受媒体群访的时候曾经介绍过丰田的尝试。一是在氢燃料电池中,减少贵金属作为催化剂的使用。二是通过规模效应大幅降低成本,这就需要生产技术的换代升级。

田中义和介绍,2008年丰田曾发布过一款燃料电池车SUV,和那款车相比,第一代MIRAI的氢燃料电池中,作为催化剂作用的铂金的比例已经降到了原来的三分之一左右。通过钴和铂的合金的材料当做催化装置,一方面能提高催化的性能,另一方面也大幅度降低了铂金的用量。

不过,丰田减少重金属使用和扩大规模效应的努力从未停止。3年后的2019年,丰田燃料电池系统开发的总经理广濑克彦在接受媒体访谈时,介绍丰田的燃料电池组中,作为催化剂的铂金仅使用大约10克,是第一辆燃料电池车铂金用量的十分之一。广濑克彦介绍,现在燃料电池组中最昂贵的材料是0.01毫米的薄膜,而制造工艺其实比用于其中的材料更昂贵

至于通过规模效应降低成本,广濑克彦表示与电池相比,“燃料电池仍处于规模化的早期阶段”,但现在,除了生产氢能车Mirai之外,丰田已经将其燃料电池技术提供给卡车、公共汽车和“车之外的许多应用”, 广濑克彦介绍,这样的规模效应已经让丰田拥有了“世界上成本最低的燃料电池”。

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韩国氢经济:大力补贴下的后起之秀

2018年,韩国把“氢经济”设定为创新增长三大战略投资领域,设立了成为生产和应用氢能燃料电池汽车的全球领导者的目标。2019年,韩国通过《氢经济搞活指南》、《氢技术开发指南》,提出从碳经济转换成氢经济的政策性、技术性蓝图。2020年2月,韩国制定了《关于发展氢经济与安全管理氢气的法律》(简称《氢气法》),树立政府层面的积极扶持体系,以促进氢经济发展、打造氢能产业生态。

除了政策上的全面支持之外,韩国为氢能产业也提供了更加激进的财政补贴。

2021财年,韩国政府向氢能产业的支出为7.019亿美元,比2020年增长40%。此外,韩国政府承诺截至2022年投入23.4亿美元,建设包括公共汽车和私家车在内的氢能汽车产业。目前,韩国建造加氢站成本的一半均为政府补贴。为了促进氢能车的销售,韩国政府为每辆氢能车提供的购买补贴更是高达27300美元至30300美元。据韩国经济部,五家韩国集团企业也计划在2030年前,在氢能技术上投资380亿美元。

韩国以2040年为期限,制定了氢能产业目标。消费方面,将氢能源的年销量从目前的一年13万吨增加到一年526万吨。交通运输方面,将2040年氢能车目标定为近300万辆,包括韩国本土生产290万辆乘用车,3万辆卡车,和4万辆公交车。韩国的氢能源网络 (HyNet) 于2019年设立规划,初始投资为1.19亿美元。韩国加氢站2019年数量为24个,目标是2022 年增加至310个、2040年增加至1,200个。此外,韩国还设立了2040年部署15千兆瓦公共基础设施的燃料电池的目标。

在韩国政府的大力补贴和政策刺激之下,现代Nexo销量世界领先。据韩国先驱报报道,2021年1至11月全球共注册燃料电池电动车16200辆,比去年增长95.1%。其中现代Nexo在全球售出8900辆排名第一,这个数字与去年相比同比增长46%。紧随其后的是丰田销售了5700辆,本田为300辆。

实际上,1998年起,现代汽车就开始在氢燃料电池技术领域研发;2013年成为全球首家实现氢燃料电池车(ix35)量产的企业,2018年推出氢燃料电池车NEXO。NEXO搭载现代汽车第四代燃料电池技术,加氢只需5分钟,便可续航800公里以上

2021年9月,现代汽车集团发布了“氢能愿景2040”,计划2030年之前所有商用车型全部搭载氢燃料电池系统;2030年,氢燃料汽车的价格下降到纯电动汽车同等水平;到2040年,让所有人,在所有场景下,都可以轻松使用氢能,实现氢能社会。

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加氢站建设待提速,绿氢示范工厂登上舞台

目前,氢能发电技术尚处在商业化的早期阶段,氢能的生产、储存、运输等供应链尚未建立,基础设施薄弱,目前燃料电池、加氢站和家庭热电联供的成本都相对较高,整个产业链都高度依赖财政补贴。

日本加氢站的建设进度也并不理想。从2014年启动建设到2022年5月底,共计161个加氢站投入使用,集中在3个主要大城市附近。与之相比,全日本加油站有30000个。

据CBS记者2021年11月报道,在日本东京最为繁忙的加氢站,平均每天大约40-50位顾客前来加氢,但大多数人只是为了保护性地把氢气箱加满。平均每3个月就会有一位司机因为氢气箱空了而不得不停在半路上,等待被拖车拖走。氢能车除了车型少,价格高之外,作为基础设施的加氢站的匮乏也让消费者感到失望。业界担心,按照现在的加氢站建设速度,日本无法完成自己的2030年加氢站建设目标。

其次,现在日韩采用的氢仍然大多属于“灰氢”,即用化石能源制造出的氢,这样的氢制造成本较低,但仍会产生碳排放,这也受到了国际社会的诟病。虽然使用“灰氢”并不会影响日本的氢能战略,但采用更多的“绿氢”(从可再生能源中提取,是真正的零碳能源)也成为了日韩具有示范效应的发展目标。

2020年,日本在福岛核事故现场附近开设了世界上最大的可再生能源制氢工厂之一“福岛氢能源研究基地(Fukushima Hydrogen Energy Research Field,简称FH2R)”。日本川崎重工2019年推出了世界上第一艘液态氢运输船“Suiso Frontier”。东京拥有一支氢能公交车队,东京奥运会的圣火也以氢作为燃料,日本希望用这些举措在奥运会期间向世界展示自己对氢能社会的愿景。

此外,丰田也与建筑公司Obayashi合作建设绿氢示范工厂,利用地热能生产的氢气用于赛车比赛。该工厂位于大分县山区,利用地表以下约700米的地热能分解水来制造氢气。该项目也为九州周围的加氢站提供氢气,希望提供一种本地生产供当地消费的绿色模式

因地制宜也是减少碳排放的一种方法。韩国重要工业城市、现代重工的总部和重要造船中心之一蔚山市,现在已成为能源转型项目的所在地。现代汽车、韩国斗山集团等其他公司都在这座城市测试他们的氢能技术和产品。蔚山的氢能源价格便宜且储量丰富,因为氢是当地重要的石化炼油厂的副产品。

据韩国贸易、工业和能源部称,目前氢气在炼油过程中是燃烧用于加热或释放到大气中,因此使用氢气不会显著增加炼油厂的碳足迹。截至2022年3月,蔚山市已有2,481辆氢燃料电池汽车上路,加氢站11个。

尽管未来仍不明朗,不管是日本和韩国,氢能战略都仍在持续稳步地推进下去,包括政府补贴、鼓励氢能产业创新,以及与相关行业合作,扩大全社会更好地适应氢燃料电池技术等。随着未来氢能技术前景和商业化更加明朗,相信日本和韩国还将进一步调整自己的氢能战略,而我们也可以期待更多的氢能车品牌上路通行。

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