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氢能源汽车产业发展研究系列（二）
2021-06-22 中融信托
观点一览
目前日本、美国、德国、中国等多国政府和企业在氢能源产业链中均有实践。虽然氢燃料电池车产业面临着成本、技术等方面的挑战，但在重型卡车、无人机、船舶、航空等领域的扩展性和适用性上具有锂电池不可比拟的优势。现阶段尽管商业化前景似乎还远，但由于氢能可以在任何地区制取，还可以存储和运输，完全超越光伏和风电，极具潜力，必将在能源转型中占有重要地位。
01各国在氢能源产业的实践
日本
日本立志“成为全球第一个实现氢能社会的国家”。日本的氢能源产业技术世界第一，掌握了全球85%的氢燃料技术专利，并且拥有全球最大的制氢工厂。日本过去30年累计投入数千亿日元用于研发推广，并对加氢基础设施建设和终端应用进行补贴。2019年末全球432座加氢站中，日本有116座，全球第一。日本的战略目标是到2040年氢能源车的保有量由目前的2000辆增加到300万-600万辆，同时车载电池单位输出功率增3倍。
日本是个资源比较缺乏的国家，电力资源不足，且因为环保不想用化石燃料，因为地震多也不敢用核能，这或许是日本选择氢燃料汽车的重要原因。日本选择氢能源还可能与日本汽车产业链有关。汽车工业占日本GDP近4成，汽车产业链长，涉及的就业人口多。而电动汽车不需要发动机，传统汽车最核心的技术将被取代，这是日本汽车产业无法承受之重，执着于氢燃料汽车可能也是无奈之举。
日本车企丰田汽车坚信氢能源是未来的方向。其Mirai系列是全球率先实现量产并投放市场的氢燃料电池乘用车。第一代 Mirai刚上市时售价高达1亿日元（约合600万人民币），2018年日本实施补贴后，成本下降约95%至500多万日元（约合30万人民币）。Mirai燃料电池车的用户体验与传统汽车无差别，已实现累计销量约7000辆，占全球燃料电池乘用车总销量的70%以上。丰田非常关注产品安全，对Mirai的储气罐进行了近三万次试验，没有发生过故障或者意外，确保了氢燃料电池车的安全性。丰田就是在日本这样良好的环境下耕耘着它的氢能源技术。它在等待时机。
美国
美国是最早将氢能及燃料电池作为能源战略的国家。美国在氢能及燃料电池领域拥有的专利数仅次于日本，液氢产能和燃料电池乘用车保有量全球第一。早在1920年美国政府就提出“氢经济”的概念，并为氢能基础设施的建立和氢燃料的使用制定相关财政支持标准和减免法规，近十年支持规模超过16亿美元。2019年11月，美国发布《美国氢能经济路线图》，全方位介绍了美国未来30年氢能产业规划。美国氢能计划的实施以美国能源部(DOE)为主导。根据规划，2019年美国拥有燃料电池车约7600辆，计划2022年达到5万辆，2025年达到20万辆；计划建设加氢站1180座，氢气需求达到1300万吨。计划2030年燃料电池汽车达到530万辆，加氢站7100座，实现氢能大规模应用。德国
德国是欧洲发展氢能最具代表性的国家。氢能是德国低碳经济的重要组成部分。德国政府专门成立了国家氢能与燃料电池技术中心推进相关领域发展。从2007年至2019年德国共投资约17亿欧元资助氢能及燃料电池领域的研究。德国可再生能源制氢规模全球第一，燃料电池的供应和制造规模全球第三。
德国运营着世界第二大加氢网络，2019年末共有加氢站81座，仅次于日本。全球首列氢燃料电池列车已在德国投入商业运营，续航里程接近1000公里，计划2021年增加氢燃料电池列车14列。
德国政府认为，氢不仅是成功实现能源转型的关键，而且对于德国工业的未来发展也至关重要。
中国
与日美德等国相比，中国的氢燃料电池汽车的产业化推进相对滞后，但是近年来呈现赶超的态势。目前，我国已是世界上最大的制氢国，初步评估工业制氢现有产能约2500万吨/年，可为氢能及燃料电池产业化提供低成本的氢源。同时，中国是全球第一大可再生能源发电国，每年仅风电、光伏、水电等的弃电约1000亿干瓦时，可用于电解水制氢约200万吨。
政策引导下，国内氢燃料电池车研发实践也在持续升温，氢燃料电池的应用领域逐渐从氢能源重卡向多元化扩展。
中石化、中石油和中海油三大能源巨头也不约而同开始聚焦氢能源，纷纷发布了相关指引。中国石化本身就是国内最大的产氢企业，年产氢气超300万吨，并具有布局加氢站网络建设的天然优势和运营经验。
02氢燃料电池车的优势与发展瓶颈
与纯电动汽车应用的锂离子电池相比，现阶段，氢燃料电池在制氢、储氢、运氢、加氢等环节仍面临着成本、技术等方面诸多的难题和挑战。尽管如此，氢燃料电池在卡车、船舶、航空等领域的扩展性以及对解决紧迫的全球气候问题的适用性上都具有锂电池不可比拟的优势。
氢燃料电池车的优势
氢燃料电池车的优势恰恰就是纯电动车的短板。氢能源零排放、高效率，氢燃料电池车具有续驶里程长、加氢速度快、低温适应好的优势。这些优势对于习惯于传统燃油车的用户非常具有吸引力。
1、加氢速度快。一辆氢燃料电池车加注液态氢的时间与加油几乎完全一致。但是纯电动车即便是快充，充满也至少需要30分钟。
2、续驶里程长。“里程焦虑”是掣肘电动车的最大短板。而氢燃料车在这方面完全碾压纯电动车。比如2019年10月丰田发布的MiraiConcept，可以做到“加氢3分钟，续航845公里”。相比之下，特斯拉最新Model3长续航后轮驱动版也仅能做到668公里。
3、低温适应好。相比目前锂电池车普遍无法解决的低温续航打折、北方冬季趴窝的问题，氢燃料电池车在-30℃低温下依然可以正常工作，低温下里程无衰减，与燃油车无异。
氢燃料电池车的适用领域
锂电能量密度低、续航能力差等短板一直制约着纯电动重卡的发展。而相比之下，尤其是对于中长距离、负载要求高的运输需求，氢燃料电池车可以像燃油车一样在15分钟内完成补给，且不需要背负笨重的电池，运输效率大大提升。因此，氢燃料电池更适合应用于重型卡车、大型客车、无人机、航运、航空等领域。2020年6月在纳斯达克上市的尼古拉（NIKOLA）就是专注做氢燃料电池车的代表。与特斯拉不同的是，尼古拉的核心产品是重型卡车，而特斯拉目前主推电动乘用车。
目前尼古拉在全球已有近1.5万份汽车预购订单，收入约为102亿美元，预计一代和二代分别将于2021年第一季度和2023年第一季度交付。不过，尼古拉目前的困境在于配套的加氢站补给设施。这也是整个氢燃料电池产业所面对的困局。
氢燃料电池车的发展瓶颈
不可否认的是，氢燃料电池车目前与实现大规模商业化应用尚有一定距离。主要原因就在于在制氢、储氢、加氢、运氢等环节都面临着难以解决的困难。
1、制氢成本高。氢是一种二次能源，需要以化学方法制取出来。目前主要包括利用石油、煤炭、天然气等能源制氢和电解水制氢等方法。前者在制氢过程中会排放大量二氧化碳，显然不适合碳中和的目标。而电解水制氢虽然原理简单，但成本非常不合算。电解1公斤水需要消耗60度电，生成的1公斤氢只能供燃料电池轿车行驶100公里，而60度电足以让电动汽车行驶400公里。此外，还有一种方法是利用工业副产品氢制氢。但副氢的采集、储运、提纯的成本也是个难题。
2、储氢要求高。氢是以气体存在的，以常态储运根本不可能。因此，要么降温至-252.76℃使之液化，要么以高度压缩的方式缩小体积。氢气易燃易爆，若加高压进行储运，安全问题是个大难题。
3、加氢基础设施既少且贵。发展氢燃料电池汽车必须解决能源补给问题，加氢站必不可少。但截至2019年末，全球加氢站只有432座，我国只有51座，2020年末达到118座。即使按照《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》的规划，2030年中国建成1000座加氢站，也只是杯水车薪。不仅如此，要建造一座能实现日加氢500公斤的加氢站，建设成本在1500万-2000万元左右。相比之下，一个加油站成本约200万元人民币左右，一个普通的动力电池充电桩只需要100万元左右，即使特斯拉的超级充电站也才30万美元。
实际上，加氢站的缺乏和昂贵主要是由于制氢成本居高不下。加氢比加油贵，氢能源车自然就少。依据国内补贴政策，每个加氢站的补贴成本高达400万人民币。要降低加氢成本，就必须有巨大的氢用量来摊低成本。而用量又有赖于技术进步、政府部门的补贴和更大范围的推广。
企业对氢燃料电池车产业前景的态度
面对高昂的成本，诸多车企已“知难而退”。
2019年11月，一直信心满满的本田汽车宣布将终止燃料电池乘用车的研发计划。
2018年6月，福特汽车也声明称，其与戴姆勒的燃料电池合资公司将于2018年夏季关闭。
2020年4月，梅赛德斯奔驰宣布取消开发氢燃料电池乘用车的计划，原因是“制造成本几乎达到电动汽车的两倍”。不过，奔驰还会继续研发重型卡车等商用车型的氢能版，将和沃尔沃联手进行氢能卡车的研发。
但另一方面，也有多家车企在抢占氢能源发展的先机。
2019年8月，现代汽车发布氢燃料电池车NEXO，称可实现充电5分钟续航800公里；
2020年4月，宝马重申计划开发氢燃料电池；
8月18日，捷豹路虎也宣布正在推进代号为“宙斯”的氢燃料电池开发项目，并宣称首款氢燃料电池车将在2030年面世。
03氢能源车商业化前景
按照远景规划，我国到2035年将累计完成推广氢燃料电池汽车100万辆。专家指出，100万辆是产业化底线，只有达到一定规模，相关技术和产业的发展方向才不可逆转，否则风险偏高。2020年，中国氢燃料电池汽车销量为1177辆，氢能源车保有量为7352辆，产业化、商业化前景似乎还很远，但由于氢能可以在任何地区制取，还可以存储和运输，完全超越光伏和风电，极具潜力，必将在能源转型中占有重要地位。
从趋势来看，未来氢能将与其他可再生能源一样出现成本下降。中长期看，氢能源车将在重卡、远程无人机、航运航空领域占有一席之地。
国家政策层面，需要降税补贴的支持以加速氢能技术的突破和成本的下降。同时要制定应用规模和成本指标规范产业的发展。
产业链层面，低成本制氢技术、大规模储运技术、高效利用技术或将是未来重点的研究方向。
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