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摘要:在氢能这个10万亿赛道上,至少存在两个危险方向:一个是押注氢燃料汽车,特别是氢燃料乘用车,会面临跟电动汽车竞争失败的风险;二是押注建立在化石燃料基础上的“蓝氢”,有着锁定和延长本该逐渐淘汰的高碳基础设施的风险。
全国政协常委、中国科学院院士、新能源动力系统专家欧阳明高去年12月在一个行业论坛上提出了一个观点,认为“碳中和”目标的实现,必须推进一场新能源革命。这场革命一旦跟工业革命和经济转型结合起来,将在未来二三十年发展出四个10万亿规模的大产业。
这四个10万亿规模的产业分别是:新能源汽车,储能,绿色氢能,车网互联和智慧电网组成的智能物联网。
以锂电为主的新能源汽车已初具规模,并催生了万亿市值的上市公司,未来还有更大的空间。储能也处于爆发前夕。绿色氢能和智能物联网,还处于起步阶段,未来如何发展,选择什么样的技术路线和战略发展方向,显得非常重要。
新能源革命,不再依赖于自然禀赋的资源,技术创新和路线选择非常关键,不管是一个国家还是一家企业,一旦技术路线选择错了,就会失去未来的竞争力。
日本丰田汽车就是一个很好的例子,二十多年前选择了氢燃料作为乘用车的发展方向,虽然留下一大堆氢燃料汽车专利,却错失了电动汽车发展的黄金时间,被很多新兴造车势力抛在后面。
目前,在氢能这个10万亿赛道上,一些企业同样面临战略选择的问题。我认为,至少存在两个危险的方向:一个是押注氢燃料汽车,特别是氢燃料乘用车,会面临跟电动汽车竞争失败的风险;二是押注建立在化石原料基础上的“蓝氢”制取,有着锁定和延长本该逐渐淘汰的高碳基础设施的风险。
01 氢燃料乘用车没有竞争力
氢能通常被视为未来实现碳中和目标的重要能源载体。很多国家都把氢能发展列为国家战略目标。
当然,中国也不例外。在去年3月国家出台的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中,明确了氢能的能源属性,把氢能列为未来国家能源体系的重要组成部分。
这个定位非常重要,此前,氢能行业一直按照危化品行业管理。一旦把氢能定位为能源属性后,氢能将迎来广阔发展空间。
除了能源定位外,规划还指出,氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体;是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。
规划对氢能行业的这三大定位,是中国氢能顶层设计至关重要的价值所在。其实也为氢能未来发展方向指明了方向。
但是,目前很多企业对氢能的理解显然太狭隘了,只是把氢能作为燃料,用在汽车上,资本也蜂拥而入,大量投资于氢燃料汽车,让本来就不宽广的赛道显得更加拥挤。
作为新能源汽车的两种不同技术路线,实践已经证明,在乘用车市场,电动汽车比氢燃料汽车更有竞争力,燃料电池乘用车只占6%。经过十多年发展,电动乘用车已经形成了完善的产业链,经济性和配套设施都有优势,作为国家战略,这个应该不会有什么颠覆性的变化。
从能源效率转换来看,用电作为动力,比用氢转换作为动力效率也高很多。单从汽车领域看,乘用车用氢燃料难度是最大的,如果用可再生能源制氢,能源利用效率只有25%,但是用电能达到75%,两者差别非常大。所以,凡是纯电池能做的事情,最好不要用氢燃料。
发展氢燃料汽车,只能作为电动汽车的补充。在一些重载量、高耗能和长途运输的场景下,比如牵引车、客车、专用车、载货车、自卸车等商用车,氢燃料电池可发挥作用。
其实,即使在重卡这样的市场,氢燃料重卡也逐渐被电动重卡取代。2022年,我国电动重卡销量2.5万辆,氢燃料重卡只有2000多台,不到10%。所以即使重卡市场电动车还是主体。
而且,电动重卡发展出了换电补能模式,换个电池只需要三五分钟,作为经营者,电池和卡车还可分离,只卖车不卖电池,可减轻投入成本,它的运营成本和柴油车也差不多,非常有竞争力,未来电动重卡从量上来看还会上得很快。
还有很多城市的物流配送车,也在采用换电模式。
在电动汽车技术不断提高,应用场景不断扩大的背景下,氢燃料电池汽车的推广却非常缓慢。
2022年,很多省市都明确规划了到2025年要推广数千辆甚至上万辆氢燃料电池汽车,但2022年全国一共只投放了5009辆氢燃料电池汽车。剩下的2年时间,如何实现目标?而且,目前很多氢燃料汽车都靠补贴生存,一旦地方财政吃紧,补贴跟不上,推广积极性将打折扣。
当然,提出这些警示,并不是说氢燃料汽车就没有前途,只是说,氢燃料汽车想复制电动汽车的光荣是不太可能了,想跟电动车竞争争夺乘用车市场,也不太可能,它只能作为电动车的补充。电池能用得上的地方,就没有氢燃料什么事。
但是,氢能作为一种清洁能源和工业原料,它的用途应该有更广阔的情景。
比如作为燃料用氢,主要场景除了重型道路交通外,船运、航空、发电等领域也可使用氢能;作为原料用氢:主要场景包含钢铁、化工等领域,可用于多种化学反应,同时也是众多化合物的基础元素之一。氢气可以代替焦炭和天然气作为还原剂,消除炼铁、炼钢过程中的大部分碳排放,同时氢作为十分重要的化工原料可用于合成氨、甲醇、炼化、煤制油气等生产过程,生成绿色甲醇和绿氨,既可以作为绿色能源,也可以用到农业化肥的制造;氢能还可作为储能用氢:主要场景包含电力储能领域等。
这些场景都让氢能大有用武之地。
02 蓝氢的排放比天然气还高
用氢作为燃料发展乘用车是第一个战略选择错误,那么大力发展蓝氢则是氢能领域的第二个战略错误。
很多人认为,如果电动车使用的是煤电,那岂不是达不到减碳目的?只有用氢作为燃料,才是终极清洁能源。
这其实是一个误会。无论是电还是氢,只是能源载体,还是要看来源,是否清洁取决于前面的一次能源是什么。一次能源是可再生能源,它就是“绿电”或“绿氢”;如果是煤发的电,煤制的氢、它就不是“绿电”,也不是“绿氢”。
但相对来说,采用电作为动力,一是转换效率高,二是可以促进绿电的发展,为未来交通运输的脱碳打下基础,铺好路线。
说到绿氢,不得不提及另外两种氢能类别,即“灰氢”和“蓝氢”。
目前氢气的制取来源和技术路线主要有三条:一是以煤炭、天然气为代表的化石能源制氢;二是以焦炉煤气、氯碱尾气、炼厂干气和丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢;三是电解水制氢。
化石燃料氢气制取过程中伴随着大量二氧化碳产生,因此,根据对碳是否捕集、利用和封存(CCS/CCUS),又可分为“灰氢”和“蓝氢”。工业副产氢是对排放物的循环利用,也被称为“蓝氢”。而可再生能源电解水制取的氢被称为“绿氢”。
不管是化石燃料氢气制取过程使用了CCS产生的“蓝氢”,还是工业副产氢产生的“蓝氢”,在宣传中都被打上了“低排放”的标签,但研究发现,蓝氢的主要温室气体包括二氧化碳和未燃烧的甲烷。即使假设捕获的二氧化碳可以永久储存,因存在大量逃逸性甲烷释放,蓝氢制取的温室气体排放量仍然很高。
2021年8月,康奈尔大学和斯坦福大学的研究人员在《能源科学与工程》发表的一项新研究显示,蓝氢全生命周期温室气体排放强度比燃烧天然气取暖还要高20%。即使将天然气甲烷逃逸率降低到1.54%,蓝氢的温室气体排放仍高于单纯燃烧天然气,仅比灰氢少18%-25%。
工业副产氢比较特殊一点,相较于化石燃料制氢,它既能提高资源利用效率和经济效益,又能在一定程度上降低大气污染,所以被很多人看好。特别是在中国,工业副产氢丰富,占到氢总产量的18%。
从短期来看,支持工业副产氢地区氢能就近高效利用,是一个不错的选择。但如果作为一项长期政策和投资方向,就会跌入陷阱。
工业副产氢的前提是建立在钢铁、化工等工业领域长期使用化石燃料的基础之上的。但在这些领域,产能是不断下降的,化石燃料的使用必定要下降,其副产气也会大幅减少,未来用工业副产气制氢必将遭遇产能瓶颈。
河北省就遇到了这个问题,随着碳达峰、碳中和工作推进,河北焦炭企业数量将在“十四五”期间减少到40家左右,未来实际可提纯利用的工业副产氢资源总量也将从94万吨/年降低为约45万吨/年。
所以,依托于煤化工业的工业副产氢在短期内可能是个机会,但是过分依赖工业副产氢是危险的,如果企业将用工业副产气制氢视为减碳的手段,反而延长了本该加速淘汰的高碳排放基础设施的寿命。一旦投资错误的基础设施会导致“碳锁定”效应。
03 绿氢才是未来发展方向
对于很多化工企业和石油巨头来说,使用CCS技术发展蓝氢,符合他们的利益,是权宜之计。但从全球碳中和目标来看,这些短期措施无法做到净零排放,二氧化碳的储存也有风险,存在很大问题。而且“蓝氢”策略锁定了高碳基础设施和就业机会,很有可能阻碍绿氢的发展。现在受到很多组织和业界的质疑。
当企业倾注大量的资金去建设基础设施,他们通常期待其能够运营数十年甚至更久的时间,才愿意对他们进行替换或淘汰。如果现在押注“蓝氢”,在国际大趋势下,很可能造成投资成本沉没风险。
通过可再生能源发展绿氢,才是未来方向。随着可再生能源的技术发展,绿电成本在快速下降,绿电制绿氢的成本也在下降,在非洲中东一些地区,绿氢的成本甚至低于灰氢。
而且,在欧洲,碳边境调节机制(CBAM,碳关税)还将把氢和氨纳入关税征收产品,如果不是绿氢,产品还面临关税征收可能。
作为企业,一定要认清这些趋势,做长远打算。
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