【深度】氫能源產業發展的阻力及問題探討

發表時間：2022-07-08 09:22

本文來自于【果殼硬科技】
　　氫是“宇宙第一元素”，占可觀測宇宙全部原子的90%，在地殼豐度不高于0.15%，雖然不如鈦，但遠高于豐度為0.0065%的鋰[1]。
　　宇宙大爆炸之后第37.9萬年，氫元素出現，而人類制備出氫氣，則遲至十七世紀[1]。
　　如今，一些人將氫視為未來能源之星。近一年半以來，氫能產業相關政策接連不斷，投資金額、數量水漲船高，媒體報道更是車載斗量。但與之形成鮮明對比的，卻是在現實生活中，想要接觸氫能相關終端應用是一件非常困難的事情。
　　這不免令人困惑。
　　最近，氫能熱度有點高：一級市場在投，二級市場在做，一份接一份的政策文件，媒體的報道更是車載斗量。仿佛這種“最清潔的能源載體”很快就會廣泛應用，顛覆整個能源產業。
　　現實當然不是如此。產業發展與輿論熱度存在嚴重錯位，當前想要在日常生活中接觸到氫能的終端應用并不容易，與紙面上的喧囂完全不匹配。
　　是不成熟的技術，還是其他外部因素桎梏了氫能產業，造成今天的局面？
　　全方位的不成熟
　　氫能產業自生而下大致可分為4個環節：制氫、儲運、加注、應用。
　　作為一種能源載體，氫從基本的制備到儲運再到終端應用，并沒有哪一個環節真的具備了規?；幕A，全鏈路的技術成熟度均明顯不足。現階段的氫在工業生產中主要作為工業原材料，極少用來供能，與通常所說的“氫能產業”有所區別。

　　信息來源：2022氫能產業研究報告[2]
　　在制備環節，當前氫能有三種主要制取方式：化石能源重整制氫；工業副產氫；電解水制氫。

　　信息來源：2022氫能產業研究報告[2]
　　化石能源制氫的最大優勢是成本低廉，現階段全球96%的氫氣由該方式生產[2]。但使用化石燃料制氫，與“碳中和”的基本理念完全相悖。即使通過疊加碳捕捉技術實現低碳生產，也無非是碳帳上的會計游戲，且會導致成本飆升，削弱其經濟優勢。因此，這一制備方式的氫氣，只能用作工業原材料用于金屬冶煉、半導體提純、制造化肥等，無法用于氫能源產業。
　　工業副產氫雖然污染不高且提高了原料利用率，但其成本不受控，產能與主產品完全綁定，從根本上無法支撐整個產業。
　　最符合碳中和目標以及供應需求的，實際上只有一條路線：利用可再生能源進行電解水制氫。但在當前，無論哪個細分技術路線，該方式成熟度都偏低，成本極高，缺乏基本的經濟性。這意味著受限于當前生產能力的根本性不足，氫能產業鏈最上游尚無法支撐產業實現規?；a業化。
　　氫的儲運技術積累同樣不足，且面臨的技術困難要比生產環節更嚴峻。
　　氫是一種非常優秀的能源載體，但物理性質比較“糟糕”，導致儲運難度極高。常溫條件下，氫的能量密度差，臨界溫度低（-253℃，高于此溫度無法液化），對容器的穿透能力強，易泄露，易擴散，具腐蝕性，偏偏極其易燃易爆（爆炸極限范圍為4.0%——75.6%），安全性差。時至今日，儲氫仍是世界性難題，氫氣的中長期儲存與高效運輸都缺乏有效解決方案。
　　氫的儲存可分為兩種模式：純氫存儲與載體存儲[3]。

　　純氫存儲模式中，最常見的是高壓氣態儲氫。該技術路線成熟，成本相對更低，但儲量小，安全性不強，難以規模化，無法支持大規模中長期儲存；液氫技術路線雖然在安全性儲氫密度上均有顯著優勢，但能耗高，成本高，雖然技術也有一定成熟度，但對民用領域來說，不夠經濟。
　　載體儲存，是利用儲氫介質在一定條件下與氫氣反應生成穩定化合物，然后再通過改變條件釋放氫氣。該模式的分支技術路線多，差異大，共同點是技術成熟度都不高，均處早期階段。
　　其中，受關注度很高的是甲醇儲氫和氨氣儲氫。這兩條路線不僅可以實現氫的高效儲運，還因為甲醇、氨氣都是一種能源載體，可直接加以利用，儲運難度遠小于氫，且作為能源的污染也很低，契合碳中和理念。具體情況可參看果殼硬科技此前的《頂風臭十里的氨能源，你會喜歡嗎?》一文。
　　受限于儲氫技術的不成熟，當前投入實際應用的運氫方式很少，主要有長管拖車、槽車運輸以及管道運輸三種。

　　國內的氣態氫主要由長管拖車運輸，成本低，也不依賴基礎設施，但容量低，也不具備遠距離運輸能力。管道運輸被認為是未來氫儲運體系的最重要組成部分之一，兼具運輸量大與運輸距離遠的特點，且適用于氣態氫、液態氫或是液態儲氫介質（如氨、甲醇）。這一模式高度依賴基礎設施，初始投資巨大，也有一些技術問題尚未解決。
　　加注環節，指的主要就是加氫站。加氫站分為外供氫加氫站和站內制氫加氫站兩種，我國現有加氫站均為外供氫加氫站，即氫氣儲運至加氫站后在站內進行壓縮、存儲和加注。加注環節主要問題在于成本過高。以日供氫能力在500kg級別的加氫站為例，平均投資規模約為1500萬，是傳統加油站的3倍，且后續運營費用十分高昂[4][5]。
　　在燃料電池保有量有限的大背景下，當前的加氫站利用率也比較有限，經濟價值不高，吸引投資能力有限。在產業鏈整體發展水平不高的情況下，大力推廣加注環節建設意義也不是很大。
　　在應用端，氫能主要以燃料電池的形態作為終端應用。關于當前的燃料電池產業，果殼硬科技此前的《燃料電池困在成本里……了嗎？》已有詳細解讀，本文不再贅述。
　　需要強調的是，氫儲能也有對燃料電池的應用，且物理結構和基本組成與車載產品差異不大，但兩者的運行工況差異很大，對性能的需求并不一樣，車載電池的生產經驗不能簡單挪用到儲能電池領域。
　　此外，由于我國氫能產業的起步時間較短，與國外先進水平存在一定差距，在行業本就技術成熟度不足的情況下還要落后一步。當前產業中的許多關鍵環節仍然高度依賴進口，如質子交換膜、固定氧化物以及儲氫氣瓶的內膽碳纖維等，國產化率仍然偏低，僅有少數國內公司有所涉足，且產品競爭力也往往不高。這也無疑成了掣肘國內氫能產業發展的因素之一。
　　總而言之，氫能產業當前并非是某一個環節的滯后限制了產業騰飛，而是全鏈路自上而下的產業化程度都不高，各環節都有不同的技術缺陷尚未解決，整體積累不足，商業化、規?；淖璧K多，明顯還需要時間進一步發展。

　　技術之外的困境
　　影響氫能產業大規模商業化的也不僅僅只是技術上的不成熟。
　　在漫長的人類歷史中，沒有什么技術是在已經臻于完美的情況下才被投入使用。更多情況下，都是準備得差不多就上了——熱如鋰電池，也還是存在充電時長、低溫性能不穩定、自燃風險等一系列問題，但這并不影響其極為強勁的發展勢頭；而陪伴了整個人類工業化進程的內燃機，如果僅從熱效率數字上看，甚至可以說非常“浪費”（平均水平遠達不到50%）。
　　氫能當前的技術當然不夠成熟，可只是把氫能的所有困境歸咎于這種不成熟，無疑過度簡化了產業發展的復雜性，忽略了許多同樣關鍵的外部因素。
　　競爭環境：非公平游戲
　　首先是競爭環境。氫能目前最為尷尬的一點，是作為對手的蓄電池技術路線，有些過于強大了。
　　氫能最理想的商業化路線，仍是盡快作為燃料電池，直接進入需求大、見效快、前景清晰的乘用車市場——這也恰恰是當前行業絕大多數參與者正在做的。但問題是，鋰電新能源車目前無論是在技術成熟度，供應鏈位置，還是消費者認知，都有明顯的領先優勢。
　　中汽協數據顯示，2022年1——3月，國內新能源汽車的產銷分別達到129.3萬輛和125.7萬輛，市場占有率已經逼近20%[6]。同期的氫燃料電池汽車全行業銷量也不過738輛，1/1700，而這已經是包括商用車數據，全球數據加總也只有3939輛，仍然很少[7]。
　　在氫燃料電池被寄予厚望的商用載具路線，如重卡、客車等，氫燃料車的表現如何？同樣非常一般。
　　統計數據顯示，2022年1——5月，新能源重卡共銷售7737輛，其中僅148輛燃料電池車型，占比不過1.91%，反倒是換電重卡以3606輛的銷量占據近半江山[8]。同期的氫能源客車銷量也僅有305輛，更是不足純電客車10377輛銷量的零頭，論占比甚至還不如重卡[9]?？梢哉f在自己理論上的強勢領域，氫能也沒有表現得非常好。
　　這根本不是一場勢均力敵的較量。氫燃料電池在汽車行業，從未有過與純電技術路線相近的競爭能力，所謂氫鋰之爭只是個噱頭而已。
　　顯而易見，當前的氫燃料汽車無論是受限于何種因素，競爭力不強，至少在現階段，以及短期的兩三年內，都無法形成對產業發展的有效助力。至于氫能貨輪、氫能飛機此類較為模糊縹緲的遠景，更是不能用來支撐產業的長期發展邏輯。
　　純電路線已經有了非常成熟的企業，有完備的上下游，可量產的車型豐富足以覆蓋不同類型消費者，這都是氫燃料電池遠不能及的。當前的情況是，即使氫燃料電池在2025年取得階段性成果，在關鍵技術上有所突破，參考鋰電池的發展過程——“十三五”起步，“十四五”成熟——這可能意味還至少需要5年時間，也就是在“十五五”階段末期，氫燃料電池才能達到純電路線當前的發展階段。
　　更何況，屆時市場是否還有足夠空間供氫能汽車發展，如何說服消費者購買氫能車而不是新一代電動車，如何打入和純電路線深度結合的供應鏈敲出產能，都是挑戰。
　　畢竟，純電車對燃油車的替代有“碳中和”目標驅動，有超越國外強大傳統燃油車產業的戰略需求，并非純粹是一場兩種燃料車型間的市場競爭，外部因素十分復雜。然而氫燃料電池和純電的競爭并不具備這樣環境，對后者的替代更談不上是“剛需”，兩者的較量只剩性能與性價比的正面對決，而氫能汽車顯然沒什么優勢。
　　那么在“商業氣息”不那么濃厚，屬于基建領域的儲能，氫能現階段有何突出表現么？還是沒有。
　　據GGII調研統計，2021年國內氫儲能裝機量約為1.5MW——這一數據相較于總量幾乎可以忽略不計[10]。要知道在2021年，氫儲能所屬的電化學儲能裝機功率1844.6MW，其中99.3%是鋰電池，就連已經瀕臨淘汰的鉛蓄電池都有2.2MW的裝機量，差距之大一眼可知[11]。
　　雖說相較車載電池，氫儲能與蓄電池儲能不構成直接競爭，技術特征上的差異決定了兩者適用的場景也不太一樣，但紙面上的數據只能推動長期預期，無法在短期對產業形成任何實質性的回饋。在當前因風光等綠色能源迅速崛起的大背景下，電力系統對儲能的需求急速膨脹，誰有能力承接需求并從中受益，也不難判斷。
　　政策環境：支持，但不無條件支持
　　政策環境當然對產業發展也有關鍵影響。令人欣慰的是，盡管仍然困難重重，氫能產業當前的受重視程度相較于2020年前，有了翻天覆地的變化。
　　僅2021年，國家層面就有30余項氫能相關政策發布，各級地方政府有所涉及的政策更是多達數百項[18]。尤其是《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》中，氫與類腦智能、量子信息等被并列為前沿科技和產業變革領域，指出“……組織實施未來產業孵化與加速計劃，謀劃布局一批未來產業”[12]。
　　隨著“十四五”文件的逐一印發，氫能政策更是有烈火烹油之勢?！丁笆奈濉毙滦蛢δ馨l展實施方案》《“十四五”現代能源體系規劃》《“十四五”能源領域科技創新規劃》，每一份政策文件都是行業的一劑腎上腺素。

　　信息來源：《“十四五”新型儲能發展實施方案》[13]、《“十四五”現代能源體系規劃》[14]、《“十四五”能源領域科技創新規劃》[15]
　　6月份由國家發展改革委、國家能源局等9部門聯合印發的《“十四五”可再生能源發展規劃》，將氫能單獨列出，提出開展規?；稍偕茉粗茪涫痉?，推進化工、煤礦、交通等重點領域綠氫替代的目標[16]。

　　圖片來源：《“十四五”可再生能源發展規劃》
　　但要論最為重磅的，當屬國家發展改革委、國家能源局專為氫能產業聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》。這份文件明確了氫是未來國家能源體系的組成部分，為產業提出了氫能產業發展基本原則以及未來15年的發展目標，也部署了推動氫能產業高質量發展的重要舉措[17]。

　　可以說，當前氫能產業進入了一個從未有過的政策周期。
　　但無論從業者，還是投資者，均不宜盲目樂觀。政策關注并不必然意味著商業化承諾，國家層面的期望與企業的訴求也并不總是一致，扶持產業發展的補貼更不是任意索求的肥肉。
　　實際上如果我們仔細閱讀這些政策性文件，會發現針對氫能產業的表述仍以“突破”“體系”“創新”“攻克”“探索”“試點示范”為主，與風力、光伏之類成熟的可再生能源產業有不小區別。
　　當前政策端更關注的，仍然是加快技術研發，形成有競爭力的技術儲備，打破“卡脖子”風險，拉進與國外前沿的差距。對商業化的表述則是探索模式與尋找路徑，并沒有要加速產業落地的意思?？紤]到當前的產業發展階段，也十分正常。
　　當前的頂層設計顯然更關注氫的能源屬性，期望產業著重發力制氫、儲運環節，但相應的回報率就不能做過多期待了。然而市場方面還是傾向于加碼路徑更為清晰的氫燃料車以及配套產業鏈，即使氫燃料車的經濟性也并不明朗。這種注意力錯配，以及背后所代表的的情緒過熱，值得警惕。
　　另一方面，即使僅考慮車用動力電池作為應用場景，氫燃料電池與鋰電池也有著很大區別。當前的氫能汽車推進以5個示范城市群為基礎展開，且示范期間，是“以獎代補”的形式發放補貼，補貼對象也與鋰電很不一樣。

　　首先是補貼的側重點從下游主機廠轉向上游核心零部件及關鍵材料企業，補貼的直接獲得對象也不是車企而是城市群本身，受益者除了主機廠，也涵蓋相關的產業鏈內零部件及材料供應商[18]。這意味著整個產業發展是高度規范化，高度受控的，車企想要重現2017年前電動車行業為了拿補貼大干快上，瘋狂擴產的路線也很困難。當然，這種模式也能一定程度上避免資源浪費，遏制一度十分猖獗的騙補行為。
　　另一方面，現階段補貼政策對乘用車關注度也非常有限。就以北京補貼標準為例，申報項目就職包含商用車，并不獎勵乘用車；申報是以“示范應用聯合體”為主體，由燃料電池汽車整車制造企業牽頭，會同燃料電池系統企業、車輛運營企業、加氫站運營企業組成，這與純電汽車直接補給車企，惠及消費者有所區別；另有一些細節也需多加關注，如針對燃料電池車的補貼需跑夠里程，否則會追回補貼款項，作用范圍僅限于示范城市群而非全國展開等等[19]。

　　還有一個關鍵問題，氫能車的補貼力度高么？也一般。
　　當前的政策下，到2025年末示范期結束，單個燃料電池車示范城市群的補貼上限是17億元，另有最高10%的額外獎勵，總計18.7億元，5個城市群合計不足100億[20]。作為對比，2016年一年，針對新能源車（主要是電動/混動車型）發放的補貼就高達212.72億元，自2009年至2020年的12年間累計補貼更是達到1478億元[21]。與之相比，氫燃料車的補貼力度可謂相形見絀。
　　即使在這樣的補貼力度下，純電新能源車產業仍然經歷了十分殘酷的洗牌，在補貼退坡后大量水平不高的企業遭到出清，這才形成了我們如今看到的繁榮局面。
　　此外，雖然行業內的一些參與者可能野心勃勃，但從政策端的階段性發展目標看，國家層面對氫能產業的發展前景持較為保守的態度。
　　《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》提出的發展目標，2025年氫燃料車保有量約5萬，核算下來自2022年開始約為10000輛/年的增量——僅略多于新能源車2011年銷量；相對樂觀的預期將各省份規劃保有量加總可達10萬輛，如此算來也不過是2013年的新能源車銷售水平[22]。
　　這樣的市場，又能養活幾家企業呢？養家糊口都難，想要培養出下一個比亞迪、寧德時代這樣的企業，更是天方夜譚。
　　在技術積累不足，行業成熟度低的情況下，只是指望幾份文件以及一些補貼，就期望能復現純電汽車近年的繁榮盛景，可能還是不夠理智。
　　投資環境：門檻分高低，局部仍過熱
　　受政策環境的變化，氫能產業的投資環境也有了一定滑移，主要是上游制氫環節與關鍵設備研發獲得了更多關注。
　　制氫環節的投資發展最為迅速，無論在數量上還是投資規模上，均是占比最高的產業鏈環節，占全部總投資項目的29%。不過制氫環節投資項目多與風光水發電等新能源項目，或其它化工等工業項目聯動形式展開，投資主體主要以中石化、國家電投、中國能建等大型央企以及隆基股份、陽光電源等產業巨頭為主。顯而易見，這一環節與占比15%的應用示范項目投資一致，都具備傳統傳統能源、化工產業重資產、高投資、長周期的特征，門檻高，對社會資本也不太友好。

　　圖片來源：中國氫能產業發展報告2022[18]
　　氫燃料電池環節雖然單項投資金額不如制氫環節——考慮到產業特征，這也很正常——但產業熱度高、數量密集，且疊加相關的專用設備項目以及氫燃料電池整車項目，實際投資熱度還要更高一些。只不過相較于大型項目，這一環節投資者就沒那么理性了。
　　當前的燃料電池市場充斥著FOMO（Fear of missing out）情緒：當年打眼錯過了鋰電池與新能源車，無論如何不能再錯過氫能。
　　在投資者中，一種不算少見的信念是：燃料電池行業會誕生下一個寧德，氫能汽車會誕生下一批“電動三傻”、比亞迪、特斯拉。但這就好比相信中國餐飲業能跑出下一個麥當勞，新消費領域能成長出下一個瑪氏，挑不出什么錯，但也談不上令人信服。
　　這種理念與涌入的熱錢結合，導致產業發展出現了一定的偏差。曾有業內專家表示，當前的氫能產業鏈上超過70%的企業都在布局燃料電池電堆/系統及零部件，發動機產能遠超整車產銷，供需頗為畸形[23]。
　　更何況在中上游都還沒有得到妥善發展的情況下，鉚足力氣對著終端產品大干快上，也不合理。對氫燃料電池的投資似乎過多參考了鋰電的發展模式，卻忽視了兩者一些極為關鍵的差異，例如純電路線并不需要復雜的基礎設施，規模應用的復雜性遠不及氫能路線高，一根充電樁而已。
　　當然，我們也可以說，其他產業鏈環節門檻太高，對資金需求過于龐大也造成了想要進入氫能的企業與投資機構選擇有限，僅有燃料電池方向比較容易入局，
　　資本市場期望的，是盡快復現鋰電池的高速發展期，打造龍頭級的上市公司，進而獲取可觀的經濟回報。但以氫能產業現階段的技術積累水平、產業化程度，這種期望還是太過沉重，可以直言不諱地說，這種大小的蛋糕，根本養不活如雨后春筍般涌現的企業，最后的幸存者必然寥寥。
　　總的來說，現今氫能產業投資環境與傳統能源、化工業很像。大型項目門檻高，參與難度大，主要由政府方面牽頭規劃，大型企業參與投資，社會資本的機會有限。上市公司的入局方式即有投資具體的技術開發，也參與項目建設，但總體上只算是主營業務之外的補充，相關業務的創收能力不強，無法對公司業績形成有效支撐。一級市場的關注點則多聚焦于具體技術，除了燃料電池外，主要也是質子膜、電解槽等關鍵零部件與材料的研發，對長周期項目興趣不高，暫時也未跑出有龍頭之資的創業公司。
　　若假以時日，氫能必將……
　　本文無意否定氫能的重要意義，也非常認同這一能源載體對我國能源戰略的重要意義。但我們還是需要明白，氫能仍然是一個十分年輕的產業，在各方面均不夠成熟，過度狂熱的吹捧對產業發展并無實際意義。
　　對產業而言，繼續推進技術攻關大于一切，只有扎實的技術儲備，才是支撐行業長期、健康發展的根基。
　　對投資者而言，需要更理性的看待氫能投資熱。一股腦沖進燃料電池顯然不算明智之舉，其他環節未必沒有機會，誰都想投出寧德時代，但好公司也不是只有這一個。也許，更長期主義一些？
　　對創業公司而言，問題則要簡單直接得多：大家都知道這個行業有良好的未來預期，但要怎么活到能分蛋糕的時候？
　　只能說，當前的產業還需要時間成長，且這不會是一個短暫的過程。對于參與者而言，氫能是一個未來可期的行業，但很遺憾，也只是未來可期。

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