文|立方知造局 劉錚
編輯|小材
奧運(yùn)會(huì)總與綠色、環(huán)保關(guān)聯(lián)，帶著一種預(yù)告性。
比如2008年北京奧運(yùn)會(huì)，中國(guó)成為國(guó)際上第一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用鋰電車(chē)的國(guó)家，實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)核心區(qū)首次零碳排，順勢(shì)開(kāi)啟“中國(guó)新能源車(chē)元年”。如今中國(guó)成為了世界上第一大新能源汽車(chē)市場(chǎng)。
這一次，中國(guó)以溫和淡定的姿態(tài)，在奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)上娓娓道出一個(gè)上承全球“雙碳”趨勢(shì)，下接中國(guó)“3060目標(biāo)”的預(yù)言——中國(guó)可再生能源發(fā)電技術(shù)走向成熟，而中國(guó)的氫能技術(shù)正在從實(shí)驗(yàn)到實(shí)用，快速蛻變。
氫能之所以被寄予厚望，不僅因?yàn)樗侨祟?lèi)終極化學(xué)能源，可以解決中國(guó)貧油、少氣、相對(duì)富煤的能源隱患。更重要的是，隨著世界各國(guó)相繼宣布碳達(dá)峰和碳中和計(jì)劃，全球碳本位時(shí)代即將到來(lái)——?dú)淠芗夹g(shù)，將與中國(guó)新國(guó)運(yùn)直接掛鉤。
本屆冬奧會(huì)上，火炬里的氫氣閃動(dòng)著火花，正在告訴世界：中國(guó)氫能已經(jīng)完成了關(guān)鍵的蛻變，屬于中國(guó)氫能的時(shí)代，正在到來(lái)。
01 “飛揚(yáng)”火炬用到的氫氣，秀出中國(guó)哪些肌肉？
氫能源是一場(chǎng)關(guān)乎未來(lái)和國(guó)運(yùn)的“軍備競(jìng)賽”，通過(guò)冬奧會(huì)上的一朵“微火”，中國(guó)向世界傳遞出在理念和技術(shù)上堅(jiān)定向前推進(jìn)的決心。
冬奧火炬“飛揚(yáng)”是世界首款高壓儲(chǔ)氫火炬，實(shí)現(xiàn)冬奧會(huì)歷史上第一次火炬零碳排。
從實(shí)用角度看，這是個(gè)好選擇：首先，氫氣易燃，不會(huì)出現(xiàn)火炬點(diǎn)不著或是中途熄滅的尷尬情況；其次，氫氣耐低溫，適合冬奧會(huì)可能面臨的極寒天氣。
但把一整套氫氣燃燒裝置塞進(jìn)一根火炬里并非易事，需要保證安全、穩(wěn)定、可視等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2022北京冬奧會(huì)火炬“飛揚(yáng)” 圖源：中國(guó)石化
北京冬奧會(huì)籌辦工作的確將“綠色辦奧”放在首位，不過(guò)在火炬上附加技術(shù)、死摳細(xì)節(jié)的做法，除了呼應(yīng)主題外，還有著兩層深意。
第一層是展示技術(shù)。高壓儲(chǔ)氫雖然是當(dāng)前最為成熟的氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式，但還是需要具有多重保護(hù)、大容量、穩(wěn)定性強(qiáng)的裝置來(lái)運(yùn)作。用于火炬這種幾乎可以稱為便攜型的設(shè)備，還要兼顧穩(wěn)定持續(xù)的氫氣釋放，需要強(qiáng)大的技術(shù)攻關(guān)能力才能實(shí)現(xiàn)。
第二層是展示理念。中國(guó)即將在2030年碳達(dá)峰，如何讓體量龐大的化石能源、重工業(yè)及時(shí)剎車(chē)，迫在眉睫。在解決問(wèn)題過(guò)程中，植入“全過(guò)程控制碳排”的意識(shí)尤為重要——在排放量幾乎可以忽略的火炬中，仍然堅(jiān)持零碳排，就是這一理念的體現(xiàn)。
02 中日兩國(guó)奧運(yùn)會(huì)相隔半年，在氫能應(yīng)用上有哪些不同？
日本作為最早出臺(tái)氫能政策的國(guó)家，在技術(shù)上較中國(guó)更為成熟，產(chǎn)業(yè)鏈也更加全面。東京奧運(yùn)會(huì)上，氫能的身影一直活躍：火炬、汽車(chē)、氫能無(wú)人機(jī)、氫能社區(qū)……在很多方面也刷新記錄。
中國(guó)在北京冬奧會(huì)上的升級(jí)和反超，固然有后發(fā)者避開(kāi)彎路的因素存在，但從雙方氫能應(yīng)用推進(jìn)的廣度和深度來(lái)看，后發(fā)優(yōu)勢(shì)絕不是決定因素。
首先是火炬。東京奧運(yùn)會(huì)首次使用氫作為主火炬燃料來(lái)源，并且是唯一燃料。但在接力火炬上，沒(méi)有使用高壓儲(chǔ)氫技術(shù)，并且氫氣只在部分地區(qū)接力中使用，更多還是用丙烷作為燃料。
其次是燃料電池車(chē)。東京奧運(yùn)會(huì)共投放600多輛燃料電池車(chē)（其中包括100多輛氫能巴士），但主力運(yùn)輸工具，還是3200輛電車(chē)和燃油車(chē)。
而北京奧運(yùn)會(huì)投放的燃料電池車(chē)不僅在數(shù)量上更勝一籌，多樣性上也更為豐富：示范運(yùn)行氫能源車(chē)超過(guò)1000輛，其中乘用車(chē)145輛，巴士及客車(chē)749輛，還有107輛服務(wù)于殘疾人的無(wú)障礙車(chē)。值得關(guān)注的，還有中國(guó)首臺(tái)完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的黃河X(jué)7氫燃料電池雪蠟車(chē)，能夠?yàn)閳?chǎng)館提供綠色電源。
黃河X(jué)7氫燃料電池雪蠟車(chē) 圖片來(lái)源：氫能聯(lián)盟CHA
以日本的氫能技術(shù)來(lái)說(shuō)，集中力量攻關(guān)火炬、投放更多氫能車(chē)并非難事，坐擁世界最大的綠氫制取項(xiàng)目FH2R，用綠氫點(diǎn)燃火炬臺(tái)更加容易，而真正困難的，就是“集中力量”。
不同于中國(guó)全國(guó)一盤(pán)棋，技術(shù)與理念協(xié)同作戰(zhàn)，日本雖然能源隱患嚴(yán)重，但由于市場(chǎng)小、內(nèi)需弱，從根源上對(duì)新能源的渴求就沒(méi)有中國(guó)強(qiáng)烈。日本從上世紀(jì)70年代開(kāi)始持續(xù)推進(jìn)氫能開(kāi)發(fā)，但幾乎每次產(chǎn)生重大轉(zhuǎn)折都受到石油危機(jī)、地震等天災(zāi)人禍的推動(dòng)。
日本政府在政策上的徐步緩進(jìn)，也側(cè)面壓低企業(yè)研發(fā)氫能技術(shù)的積極性，日系知名車(chē)企眾多，但真正持續(xù)在投入燃料電池車(chē)的，只有豐田一家。
相隔半年的兩屆奧運(yùn)會(huì)上，豐田都有投放燃料電池車(chē)，但不同的是，東京奧運(yùn)會(huì)只有豐田一家；而北京冬奧會(huì)上，中國(guó)本土車(chē)企卻是百花齊放。
能源危機(jī)、氫能發(fā)展，固然和代表先進(jìn)生產(chǎn)力的“技術(shù)”密不可分，但只有堅(jiān)定的“國(guó)家意志”，才是推進(jìn)技術(shù)持續(xù)前進(jìn)的關(guān)鍵籌碼。
03 冬奧氫能應(yīng)用背后的企業(yè)有哪些？
舉重若輕的北京冬奧會(huì)，將氫能的彩蛋隱藏在看似尋常的應(yīng)用之中，也正因如此，各個(gè)企業(yè)以及研制團(tuán)隊(duì)所付出的努力也是成倍的。
比如看似只是造型華美的飛揚(yáng)火炬，集合了航天科技、中石油、中石化三大央企。
火炬外殼由中國(guó)石化下屬上海石化研發(fā)的碳纖維復(fù)合材料制作，解決氫燃燒時(shí)的高溫難題，并且實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；
火炬三段內(nèi)核，均為中國(guó)航天科技集團(tuán)六院研制，其中控制閥和燃燒器由11所研制，氣瓶由101所研制；
位于北京主火炬的氫氣由燕山石化提供；張家口賽區(qū)的太子城火炬臺(tái)所用的綠氫，由中國(guó)石油提供，這也是冬奧歷史上首次用綠氫點(diǎn)燃的火炬。
燃料電池車(chē)方面，豐田汽車(chē)交付了140輛MIRAI，107輛無(wú)障礙車(chē)COASTER；而國(guó)產(chǎn)品牌表現(xiàn)則更加亮眼：福田、宇通共交付749輛客車(chē)，一汽紅旗專(zhuān)門(mén)打造燃料電池版H5供冬奧會(huì)使用。
一家名為億華通的中國(guó)本土氫能公司，則為國(guó)產(chǎn)品牌的燃料電池車(chē)提供727套發(fā)動(dòng)機(jī)。
冬奧會(huì)背后還有數(shù)十座加氫站，背后囊括國(guó)家能源的“油氫電”一體能源站，中石油、中石化各4座加氫站，以及國(guó)電投氫能產(chǎn)業(yè)園。
立方知造局將視野放大至中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)版圖，并梳理出一份國(guó)內(nèi)氫能專(zhuān)精特新小巨人名單。
制圖：立方知造局
04 什么是綠氫？為什么它是氫能技術(shù)發(fā)展的最終方向？
氫氣按照不同制備工藝，有顏色之分，主要有綠氫、藍(lán)氫和灰氫。比如，在冬奧會(huì)太子城火炬臺(tái)上，用到的是綠氫。
籠統(tǒng)來(lái)講，綠氫是以可再生能源電解水制得的氫氣，灰氫是以化石能源制備而成，藍(lán)氫則比灰氫制備過(guò)程中多出一個(gè)步驟——CCUS（碳捕捉）。
圖注：氫能的制取方式一共有8種，但脫不出灰、藍(lán)、綠的藩籬。
而根據(jù)制氫過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放來(lái)衡量，中國(guó)氫能聯(lián)盟給出了另一套劃分標(biāo)準(zhǔn)——低碳?xì)洹⑶鍧崥?、可再生氫?/p>
兩套標(biāo)注中唯一重合的定義，是通過(guò)電解水、光催化分解、熱化學(xué)和生物方法制得的綠氫，它被認(rèn)為是氫能實(shí)現(xiàn)全過(guò)程零碳化的終極目標(biāo)。目前技術(shù)上相對(duì)成熟的制取綠氫的方式是依靠風(fēng)、光、水等可再生能源發(fā)電進(jìn)行電解水。
不過(guò)，目前制備綠氫面臨著成本高、產(chǎn)能低等問(wèn)題，制取1kg氫氣需消耗60度電。在全球氫氣產(chǎn)量中，電解法生產(chǎn)氫氣僅占5%左右。不過(guò)，目前全球已有大型綠氫項(xiàng)目基本屬于試運(yùn)行狀態(tài)。
05 為什么說(shuō)冬奧賽區(qū)張家口是中國(guó)氫能城市群的典型案例？
張家口崇禮縣之所以被選為冬奧會(huì)賽區(qū)，除了崇禮本身具有雪地環(huán)境以及滑雪文化之外，還與張家口當(dāng)?shù)氐臍淠墚a(chǎn)業(yè)有關(guān)。
從2018年開(kāi)始，張家口便全面布局氫能產(chǎn)業(yè)，打造氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈基地。當(dāng)?shù)負(fù)碛?000萬(wàn)KW風(fēng)能和3000萬(wàn)KW太陽(yáng)能資源儲(chǔ)量，非常適合可再生能源制氫。到2019年，已有28個(gè)國(guó)內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)落戶張家口，產(chǎn)業(yè)基地已有雛形。
真正讓張家口成為中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基地領(lǐng)頭羊的，還是“城市群”政策。
2020年9月16日，中國(guó)財(cái)政部、工信部、科技部、發(fā)改委、國(guó)家能源局，五部門(mén)開(kāi)展燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，國(guó)家對(duì)氫能、燃料電池的補(bǔ)貼政策出臺(tái)。
然而，氫能新政和早前的鋰電池補(bǔ)貼有很大不同，并非補(bǔ)貼終端產(chǎn)品，而是以“城市群”為單位，對(duì)具有產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應(yīng)用的區(qū)域以獎(jiǎng)代補(bǔ)。
城市群可以跨行政區(qū)域相結(jié)合，自愿申報(bào)但由中央評(píng)審；而獎(jiǎng)勵(lì)資金只能用于核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、人才引進(jìn)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、新技術(shù)應(yīng)用，至于整車(chē)生產(chǎn)、加氫站基建項(xiàng)目則無(wú)法獲得補(bǔ)貼。
這意味著鋰電池時(shí)代的泡沫市場(chǎng)不會(huì)再次重現(xiàn)，補(bǔ)貼政策將氫能技術(shù)限制在：聚焦技術(shù)創(chuàng)新，找準(zhǔn)應(yīng)用場(chǎng)景，構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)鏈。
張家口市由于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展早，又有冬奧會(huì)國(guó)家級(jí)任務(wù)加身，在冬奧會(huì)開(kāi)幕式前夕的1月26日，被正式批復(fù)為河北省燃料電池汽車(chē)示范城市群的牽頭城市，聯(lián)合城市里不僅有河北7座城市，還有上海、山東、河南、內(nèi)蒙古、福建多省的13個(gè)城市及地區(qū)。
從城市群出發(fā)，當(dāng)產(chǎn)業(yè)與政府政策、資本、技術(shù)、市場(chǎng)充分結(jié)合以后，氫走廊就形成了。
中國(guó)目前有6個(gè)成規(guī)模的氫走廊：成渝氫走廊、長(zhǎng)三角氫走廊、長(zhǎng)江氫走廊、廣東粵灣氫走廊、山東半島氫動(dòng)走廊和浙江特色氫走廊。
氫走廊以城際間帶狀和網(wǎng)狀加氫站、氫能高速等基礎(chǔ)設(shè)施為重點(diǎn)，加強(qiáng)城市群內(nèi)各區(qū)域之間的聯(lián)系，限制并引導(dǎo)資本合理進(jìn)場(chǎng)，為企業(yè)投資布局指明方向。由此也加速了中國(guó)氫能技術(shù)的發(fā)展和能源綠色轉(zhuǎn)型。
06 為什么氫能關(guān)乎中國(guó)“新國(guó)運(yùn)”？
在立方知造局文章《碳與氫：中國(guó)新國(guó)運(yùn)》中提到，隨著巴黎氣候協(xié)定簽署通過(guò)，包括中國(guó)在內(nèi)的世界各個(gè)主要國(guó)家雙碳目標(biāo)發(fā)布，控制碳排放、發(fā)展氫能源已成為大勢(shì)所趨。
北京冬奧會(huì)頻頻出現(xiàn)的氫能，不僅是奧運(yùn)會(huì)對(duì)低碳環(huán)保呼吁的回應(yīng)，還包含了中國(guó)對(duì)發(fā)展氫能的信心與決心。無(wú)論是從國(guó)內(nèi)還是國(guó)外兩個(gè)角度去看，氫能均關(guān)乎中國(guó)的新國(guó)運(yùn)。
國(guó)內(nèi)：中國(guó)化石能源體系一直存在“貧油、少氣、相對(duì)富煤”的特點(diǎn)，在三種資源上均是世界第一進(jìn)口大國(guó)。而以風(fēng)光水為主的可再生能源發(fā)電體系，受地域和氣象的制約嚴(yán)重，即使在特高壓的加持下將棄電率降至個(gè)位數(shù)，供電仍不穩(wěn)定，高碳排的煤電將長(zhǎng)期占據(jù)主要地位。
因此北京冬奧會(huì)將氫能定為主旋律之一，不僅是對(duì)奧運(yùn)會(huì)呼吁低碳環(huán)保概念的回應(yīng)，還向世界展示當(dāng)前中國(guó)氫能源的先進(jìn)水平，以及發(fā)展氫能的決心。
另一方面，中國(guó)制造業(yè)的飛速發(fā)展推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和污染治理成為基本國(guó)策，碳排放開(kāi)始和各項(xiàng)政策、目標(biāo)掛鉤。能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型蓄起中國(guó)制造業(yè)升級(jí)的勢(shì)能，也為中國(guó)經(jīng)歷尋求新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
國(guó)際：早在2009年的哥本哈根氣候會(huì)議上，“控制碳排放”就已經(jīng)成為先發(fā)國(guó)家阻擋后發(fā)國(guó)家的壁壘。
2016年巴黎氣候協(xié)定開(kāi)放簽署，至今已有178個(gè)國(guó)家簽署通過(guò)，環(huán)保意識(shí)已變成意識(shí)形態(tài)。隨著世界各大國(guó)相繼宣布“碳排放”和“碳中和”計(jì)劃，意識(shí)形態(tài)又演化為關(guān)于碳排放權(quán)的政策和實(shí)踐——以“碳”為本位的新貨幣體系即將到來(lái)。
中國(guó)發(fā)展氫能，不僅是一條在能源領(lǐng)域彎道超車(chē)的路徑，還能保障國(guó)家能源安全、創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)；在國(guó)際上，先進(jìn)的氫能技術(shù)能主導(dǎo)國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，在未來(lái)碳本位體系下?lián)屨枷葯C(jī)。
07 中國(guó)氫能發(fā)展主要分為幾個(gè)階段？
中國(guó)氫能發(fā)展直到目前，大致可以分為四個(gè)階段：
1、獨(dú)自摸索：中國(guó)氫能和航天幾乎同時(shí)起步，上世紀(jì)60年代衛(wèi)星發(fā)射艱難攻關(guān)時(shí)，各地化物所紛紛接到氫氧燃料電池科研任務(wù)。因此包括液氫生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)在內(nèi)的頂尖技術(shù)，航天系統(tǒng)基本都有掌握。負(fù)責(zé)冬奧會(huì)火炬研制的101所，就具備自主開(kāi)發(fā)氫液化設(shè)備、加氫站、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的能力，直到現(xiàn)在也是中國(guó)液氫產(chǎn)能和用量最大的單位。
2、接軌世界：上世紀(jì)70年代以后，中國(guó)氫能發(fā)展開(kāi)始受到國(guó)際大環(huán)境的影響，而國(guó)際氫能環(huán)境又受到石油價(jià)格的影響，因此經(jīng)歷了“三起三落”：分別發(fā)生在1973年、90年代兩次石油危機(jī)后，以及21世紀(jì)初期《京都議定書(shū)》簽訂和金融危機(jī)時(shí)。
制圖：立方知造局
3、政策引導(dǎo)：中國(guó)早在2001年就有燃料電池車(chē)相關(guān)的扶持政策出臺(tái)，當(dāng)時(shí)進(jìn)入這一領(lǐng)域的多是產(chǎn)學(xué)研形式，同濟(jì)大學(xué)支持的上燃公司、大連物化所衣寶廉團(tuán)隊(duì)支持的大連新源 、清華歐陽(yáng)明高團(tuán)隊(duì)支持的億華通相繼成立。雙碳目標(biāo)、補(bǔ)貼政策發(fā)布后，氫能技術(shù)企業(yè)進(jìn)一步增多，能源國(guó)家隊(duì)、車(chē)企相繼進(jìn)入賽道。
4、規(guī)模應(yīng)用：氫能技術(shù)、產(chǎn)業(yè)不斷推進(jìn)，加上城市群的帶頭作用，越來(lái)越多的城市已經(jīng)部署燃料電池公交車(chē)，并且將氫氣、天然氣混輸加入城市規(guī)劃中。北京冬奧會(huì)上大規(guī)模的氫能應(yīng)用，也會(huì)促進(jìn)使用氫能成為深入人心的概念，更有利于氫能技術(shù)規(guī)?；?、市場(chǎng)化發(fā)展。
60年，4個(gè)階段。中國(guó)拿著氫能后發(fā)者的劇本，從氫能世界的配角，逐漸在產(chǎn)學(xué)研、城市群中歷練，最終有了冬奧會(huì)舞臺(tái)上的驚艷亮相。這一次中國(guó)與世界在氫能上的聯(lián)動(dòng)，不再疏離。
08 為什么國(guó)際氫能企業(yè)要到中國(guó)合作氫能項(xiàng)目？
氫能應(yīng)用和減碳浪潮相伴而生，兩者都需要全世界的努力才能實(shí)現(xiàn)，過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)不可避免，但合作同樣重要。
中國(guó)氫能發(fā)展相較日本、美國(guó)、歐盟來(lái)說(shuō)稍晚，但中國(guó)具備巨大的內(nèi)部市場(chǎng)以及更有效率的統(tǒng)籌能力，能讓發(fā)展不斷加速。這吸引著外資涌入。
以日本為例，雖然氫能技術(shù)領(lǐng)先世界，但由于國(guó)內(nèi)資源少，內(nèi)需弱，一方面需要將過(guò)剩的技術(shù)產(chǎn)能轉(zhuǎn)移到中國(guó)，另一方面也寄望于中國(guó)巨大的氫產(chǎn)量能夠反哺。
這便有了——
日本新日礦、丸紅等企業(yè)相繼與中石化、各省市政府展開(kāi)技術(shù)合作；豐田汽車(chē)更是將中國(guó)市場(chǎng)當(dāng)作自家燃料電池車(chē)MIRAI的救命稻草，與一汽、廣汽、億華通等企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)燃料電池車(chē)的產(chǎn)品和系統(tǒng)。
歐美企業(yè)同樣不落后。全球三大氣體公司——德國(guó)林德、法國(guó)液化空氣、美國(guó)空氣化工都與中國(guó)企業(yè)合作，走出差異化路線。
林德集團(tuán)與中國(guó)的合作方向是高壓氣態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)、加氫站。主要合作者有上海、淄博、廣州等地方政府，上海驛藍(lán)、寶武、中海油、大連冰山等企業(yè)。
美國(guó)空氣化工主要參與的是工業(yè)副產(chǎn)制氫與提純、液氫、燃料電池、檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面。與浙江、安徽、山西等地方企業(yè)合作較多。
法國(guó)液化空氣主攻地方性氫能基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)與產(chǎn)業(yè)鏈，合作企業(yè)有山東兗礦集團(tuán)、成都華氣厚普、中石化、鴻達(dá)興業(yè)。
另一方面，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)也開(kāi)始面向全世界聚集產(chǎn)學(xué)研力量：河鋼集團(tuán)與北京科技大學(xué)共同發(fā)起世界鋼鐵發(fā)展研究院；寶武集團(tuán)發(fā)起設(shè)立全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟，成員來(lái)自15個(gè)國(guó)家。參與成員有世界排名前列的米塔爾、蒂森、塔塔等鋼鐵集團(tuán)，亞琛工業(yè)大學(xué)、烏克蘭冶金學(xué)院等科研院所。
隨著中國(guó)氫能技術(shù)不斷突破、迭代、升級(jí)，中國(guó)在部分領(lǐng)域的國(guó)際主導(dǎo)地位將逐漸顯現(xiàn)。
09 氫能技術(shù)的應(yīng)用，都有哪些難點(diǎn)？
北京冬奧會(huì)上氫能的大規(guī)模應(yīng)用，只是邁出新階段的第一步，未來(lái)的氫能源需要深入的是千家萬(wàn)戶，成本、易用將成為市場(chǎng)考量的主要因素。
但就目前來(lái)說(shuō)，氫氣在制取、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用——標(biāo)志著一種能源能否被大眾接受的三個(gè)要素上，仍然存在許多問(wèn)題。
制取端：可再生能源+電解法，制氫成本高、轉(zhuǎn)換效率低，目前還處于“目標(biāo)”的階段；看起來(lái)很好實(shí)現(xiàn)的低碳?xì)洌瑢?shí)際需要等待副產(chǎn)制氫設(shè)備、CCUS技術(shù)的普及。而灰氫由于純度低，更多利用在工業(yè)領(lǐng)域，與普通消費(fèi)者無(wú)關(guān)。
儲(chǔ)運(yùn)端：氫能儲(chǔ)運(yùn)主要有四種形式，高壓氣態(tài)，固態(tài)材料，低溫液態(tài)，有機(jī)液態(tài)。最成熟的仍然是高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，也就是冬奧會(huì)火炬應(yīng)用的方式。但其缺點(diǎn)非常明顯，運(yùn)輸半徑短，危險(xiǎn)性更高。而剩下三種方式，更多不是看氫能技術(shù)的發(fā)展，而是儲(chǔ)運(yùn)材料的突破，這也將經(jīng)歷漫長(zhǎng)的驗(yàn)證過(guò)程。
應(yīng)用端：當(dāng)前新能源車(chē)還是以純電和混動(dòng)為主，留給氫能車(chē)的空間并不大。2021年，全球主要國(guó)家氫能車(chē)銷(xiāo)量雖然同比大幅增長(zhǎng)68%，但實(shí)際數(shù)量只有16000多臺(tái)。其原因一方面在于氫能車(chē)產(chǎn)業(yè)化仍然偏弱，市場(chǎng)上還沒(méi)有典型爆款，能改變?nèi)藗儗?duì)于新能源車(chē)等于電動(dòng)車(chē)的固化觀念。
10 未來(lái)哪些科幻場(chǎng)景將在氫能產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)？
“雖然未來(lái)似乎很遙遠(yuǎn)，但其實(shí)已經(jīng)開(kāi)始了?！薄R提·史提潘尼科
光伏、氫能、機(jī)器人、AI……過(guò)去數(shù)個(gè)世紀(jì)在故事、小說(shuō)里反復(fù)出現(xiàn)的科幻迷思，已經(jīng)在幾十年內(nèi)成為人們熟知的“新”事物。雨果曾說(shuō)：沒(méi)有什么比夢(mèng)想更能創(chuàng)造未來(lái)。當(dāng)人類(lèi)舉目向天，太陽(yáng)和星星已經(jīng)成為終極能量來(lái)源的目標(biāo)——沒(méi)錯(cuò)，就是核聚變。
2021年7月，人類(lèi)歷史上第一個(gè)太空發(fā)電站（接收端）在中國(guó)重慶投建，未來(lái)通過(guò)發(fā)射人造光伏衛(wèi)星，可以直接從太空接收太陽(yáng)能并直接轉(zhuǎn)換成電能，再通過(guò)微波輸送至地球。這種形式收集到的太陽(yáng)能更多，發(fā)電不再被天氣影響，也不用考慮晝夜變化。更加穩(wěn)定的光伏制氫也可以實(shí)現(xiàn)了。
雖然這個(gè)工程的確是“人類(lèi)的一大步”，但實(shí)驗(yàn)意義大過(guò)實(shí)用意義。短暫的興奮后，我們的目光還是得回到地面，好好思考在沒(méi)有太空電站的日子里，要怎樣進(jìn)一步提升光伏板的接收效率，找到更先進(jìn)的材料。
將AI引入材料開(kāi)發(fā)的方法被稱為“材料信息學(xué)”——“數(shù)據(jù)科學(xué)”的一個(gè)分支。而數(shù)據(jù)科學(xué)是繼經(jīng)驗(yàn)科學(xué)、理論科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)之后的第四種范式。
2021年，日本大阪大學(xué)的佐伯昭紀(jì)將論文中記載的1200種光伏材料加入數(shù)據(jù)庫(kù)，完成學(xué)習(xí)的AI成功分析出發(fā)電效率和高分子材料間的關(guān)系，并進(jìn)行材料預(yù)測(cè)。而使用預(yù)測(cè)的材料制作成光伏電池后，實(shí)際效率和預(yù)測(cè)效率幾乎一致。
對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，材料信息學(xué)和氫能技術(shù)一樣，都是實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的巨大機(jī)遇。根據(jù)工信部的調(diào)研，在130多種關(guān)鍵基礎(chǔ)材料中，32%一片空白，52%依賴進(jìn)口，許多卡脖子技術(shù)都與材料有關(guān)。傳統(tǒng)“試錯(cuò)式”研發(fā)模式，在愈發(fā)激烈的能源競(jìng)爭(zhēng)中已逐漸失去后發(fā)優(yōu)勢(shì)，新材料必須快速走出實(shí)驗(yàn)室。
原先一個(gè)團(tuán)隊(duì)需要5~6年從合成到確認(rèn)100種高分子材料，還不包成功、不包量產(chǎn)，如今AI只要用數(shù)分鐘就能快速篩選出具有研究?jī)r(jià)值的材料。
當(dāng)前，產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)業(yè)之間的聯(lián)系越發(fā)超乎人們的想象，氫能源向上能推動(dòng)材料技術(shù)，向下能解決能源問(wèn)題。因此現(xiàn)在談到氫能源的“未來(lái)”，并非是在做一個(gè)美好的設(shè)想，而是一場(chǎng)切實(shí)可行的終極之爭(zhēng)。