市场氢燃料电池

制“氢”38年，打造世界最大工厂！这个国家进入氢能源时代了？

皆电 2019-12-04 11:00

在横滨港临海公园的边上，有一座由市政府、东芝、丰田、岩谷产业株式会社（从事氢产业）等企业一同参与建造的巨型风力发电机，发电机所发的电用于电解水产生氢气，氢气供应京滨临海地区水果批发市场的12辆氢燃料燃料电池电池叉车。

说到清洁能源，我们第一时间肯定会想到太阳能、风能甚至核能等等，而对于新能源车来说，纯电动（从电网获取能量）也绝对是目前的主流。正当很多国家都倾向于用电动车替代传统燃油车的时候，日本却在潜心打造一个“氢社会”。

日本为什么那么爱“氢”

有人说，日本从1993年就开始发展氢能源了，其实我认为这不是很正确，毕竟通产省那份《月光计划》（ムーンライト計画）有记载，日本在1981年就开始着手研发氢燃料电池。来到2002年，丰田、本田向政府首次交付了燃料电池汽车（数量未知）。直到丰田Mirai、本田Clarity正式亮相，氢燃料电池车才正式走进公众的视野。

至于为什么日本需要拼命开发氢能源，那大概离不开两个原因，第一是日本矿产资源匮乏，用于发展工业的石油、煤炭、液化天然气都依赖进口。第二是福岛核事故之后，日本也被迫加快向其他能源发展，考虑到“氢”热值高、无污染，而且获取的方式也较为多样，所以就更倾向于氢能源了。

特殊的国情让日本更加渴望氢能源得以普及，和其他国家不一样的是，日本发展氢能源不只是为了给车使用，它更广泛应用到日常生活当中，与电力、热力一样构成国内二次能源的三大支柱，简单来说就是把“氢”普及到像自来水一样，贯穿了居民的衣食住行各方面。

三个阶段实现“氢社会”

2014年，日本经济产业省在“氢能与燃料电池战略路线图”提到，“氢社会”目标会分三步实现：2025年加速推广和普及氢能利用市场；2030年建立大规模氢能供给体系并实现氢燃料发电；2040年完成零碳氢燃料供给体系建设。

●“氢社会”目标三部曲

第一阶段：普及使用氢能源

为了推动上游产业链发展，初期就需要一定规模的用户，为此不少日本企业通过推出与氢相关的产品去吸引消费者购买/使用从而累积初期用户。

拿车企来说，丰田目前已经把氢燃料电池技术应用到各类乘用车、商用车以及特种车辆当中。正如我们熟悉的Mirai，现在除了零售之外，还投入到本土共享出行领域。

为了降低Mirai的制造成本（Mirai在元町工厂属半手工生产，所以产能低，成本高），丰田还投建了新的自动化生产线并扩大燃料电池/储氢罐的产能，等实现3.6万辆/年的产能目标之后，Mirai有望实现与混合动力车型同价位（因为在日本FCV车型有巨额补贴），以吸引更多消费者选购燃料电池车型。

除了乘用车之外，丰田与日野汽车共同研发的氢燃料电池巴士已投入市场；与丰田叉车公司共同研发的叉车氢燃料电池系统、与爱信精机共同研发的家庭用氢燃料电池集中供热系统也已经在市场销售。

●氢燃料电池叉车

车有了，加氢站这些基建设施总得跟上吧？按照17年年底颁布的“氢能源基本战略”规划看，日本国内加氢站会从目前的100所扩建至900所，而目前政府也在北九州市和福冈市之间建造了一条“氢高速公路”，每个服务区（资料只有日文不知道有没理解错）都会具备加氢站。

再看看其他基建设施方面是如何推动氢能源的，首先举2个住宅方面的例子，横滨市政府在港口地区放置了几套“H2One氢燃料电池系统”，这套东东简单来说就是借氢达成“削峰填谷”的效果。在太阳能电池板发电量较高/电网闲时的时候，制氢装置便把水电解成氢气并储存在储氢罐里头，当居民用电需求变大/灾难期间，此时电网不能提供充足的电量，那罐子里面的氢气就能通过燃料电池转化为电能输出给居民，并且提供热水（发电副产物）。H2One能满足紧急情况下的用电需求，而且不像柴油发电机那样排出废气。

●H2One氢燃料电池系统结构

●H2One氢燃料电池系统运行状态

除了H2One这些大型氢燃料电池设备之外，在另一个“氢镇”福冈，政府还打算为每户居民安装ENE-FARM家用燃料电池，ENE-FARM可以从城市煤气/丙烷气体当中吸收氢气，并产生一定的电力和热量（提供热水）。

燃料车型制造成本下降，加上ENE-FARM这样的家用燃料电池普及到每一个家庭，“氢社会”的第一阶段总算达成了。

第二阶段：获得大量且廉价的氢

在普及氢能源使用的过程中，日本还需要考虑到如何获得充足且廉价的氢。

自然界中的氢大多以水、化石燃料以及有机物的形态存在，而目前氢的提取方法有很多，包括从水中电解、使用天然气、石油的蒸汽重整以及利用微生物分解有机物转化而来。

对于我国来说制备氢气不算个难题（毕竟我国石油、煤炭储备相对充足，两者都是低成本制氢的基础），但日本因为缺乏石油以及煤炭资源，只能尽可能通过电解的方式制氢。当然为了进一步降低制氢成本，某些企业也在研究新的制氢工艺，就拿川崎重工来说，它正打算从“褐煤”（一种煤化程度低，且不易运输，燃烧还带严重污染的煤）当中制备氢气，具体就是在澳大利亚制氢，然后把氢运回日本。

解决了氢气供给的问题，就可以考虑用氢气发电了。目前日本能源结构以煤炭、石油以及LNG为主，所以即使普及电动车也会带来很高的碳排放，为此他们也在摸索用氢气发电，三菱重工、日立联合建造的全球首个氢能发电厂计划在2020年建成并投入运营。

第三阶段：氢燃料渗透到各行各业

为了让氢能源渗透到更多产业，就需要考虑建造一个完善的供给体系，众所周知氢的运输一直以来都是个问题，现在常见的运输方式是采用高压气罐，但这种方式运输量有限，而其他方式例如液态运输（将氢保持在-252摄氏度）、固态储氢（利用固体对氢气的物理吸附或化学反应把氢储存在固体当中，再用稀有金属还原），都因为成本太高昂而不能推广。

●Mirai后排下方的高压储氢罐

目前一些日本企业在研究用甲苯来液化氢气，让其生成常温下以液体状态存在，且无需特殊容器存储的甲基环己烷，在用到氢的时候再通过一种名为SPERA的催化剂还原出氢气以及甲苯。

当然现在距离第三阶段目标达成还有20多年时间，说不定中途又有什么新技术能突破，从而解决氢气运输的难题呢？

对日本来说，氢能源需要形成一个全社会产业链，而截至目前，他们已经花了5年时间打通氢气的生产（水电解制氢、褐煤制氢）、运输（甲苯+SPERA催化剂）、氢气发电（三菱重工&日立电厂）、基建铺设（加氢站、H2One、ENE-FARM设备）、氢燃料电池车生产（丰田Mirai、特种车辆、巴士）等多个链条。

●在日本投入运营的氢燃料电池车

由此看来，“氢社会”确实离日本不远了。

其他国家如何看待氢能源

在全球面临环保压力以及能源危机的背景下，除了日本，很多欧洲国家都在发力氢能源，但它们没有把“氢”上升到社会层面，更多只是强调氢能源在出行领域带来的改变。

早在2008年，欧盟就出台了燃料电池与氢联合行动计划项目（FCH－JU），这项计划被认为在促进欧洲氢能和燃料电池应用当中发挥了至关重要的作用。

而在欧盟的12个成员国当中，包括英国、德国在随后的10年时间里都出台了与氢有关的政策，像德国交通部就计划在2019年前投资18亿人民币用于推进氢燃料电池的研发，在上年9月，连接库克斯港、不来梅港、布雷默沃德和布克斯特胡德之间的氢动力列车已正式运营，此外德国政府还划了一部分基金，用于2023年前在国内建造400座加氢站。

有了政策以及资金的支持，欧洲现在在运营的加氢站已经达到139座，氢能公交车项目CHIC也在持续扩张当中。

而在车企方面，宝马、奔驰都在默默发力氢能源，在今年法兰克福车展上，奔驰发布了首款氢燃料电池车GLC F-Cell，宝马也带来了i Hydrogen NEXT氢燃料电池概念车并计划在2023年发布X7燃料电池版本，而大众方面，虽然其CEO Herbert Diess坚称电动比氢能源更好，但大众旗下的奥迪却计划2021年之前批量生产氢能源车型。。到底是儿子瞎搞还是爸爸“真香”，坐等。