“终极能源”会迎来应用大爆发吗？

作者 | 庄禾晴

编辑 | 杨杨

徐文璞、李智颖、易思琳对本文亦有贡献

*本文为甲子光年特约作者庄禾晴独家供稿。庄禾晴为前媒体人、前投资人，燃料电池项目创业者，现在香港大学经济学硕士在读。

每一次能源的“脱碳”都会改变人类文明的发展进程，每一次能源的转换都伴随着一个大国的复兴或崛起。

19世纪，工业革命发端于大不列颠岛，木柴到煤炭的转换让“日不落帝国”冉冉升起；20世纪，油气对煤炭的替代揭开了电气时代的序幕，期间美国一跃成为世界第一工业强国和经济体，为称霸世界埋下伏笔；21世纪新能源革命势不可挡，中国也有机会凭借光伏和新能源汽车后来居上。

但新能源的战事远未结束。“碳中和”引发了新一轮能源与材料的革命，成了现阶段为数不多的超车大机遇。一场围绕着碳中和的新能源晋级赛已经拉开序幕。中国在联合国大会提出“2030年碳达峰，2060年碳中和”、欧洲拟将“2050年实现碳中和”写进法案、美国自拜登上台的第一天就重返巴黎协定，承诺“到2050年，让美国实现碳中和”。

这场新能源革命中国已走了几十年，如今每一步脚印都被清晰地串联了起来：从大力发展光伏到构建特高压网络、再到扶持新能源汽车，一副能源宏图展现在眼前。但拼接这块能源版图时，两个潜在问题也逐渐暴露出来：一个是大量的可再生能源弃电，一个是新能源汽车难以突破的续航难题。

于是，“氢”能再度被寄予厚望。在近日的中国发展高层论坛上，中国南方科技大学校长、中国科学院院士薛其坤就说：“按照热力学的物理学规律，任何能源使用过程中都会造成浪费，造成二氧化碳等污染。所以，我们还是要回归初心，从最基本的爱因斯坦的核聚变出发，回到太阳，利用地球上人类宇宙中最简单的元素氢发展最清洁、最有效、最长久的太阳能光电制氢的氢能源技术。”

中国氢能产业的元年，实际上是更早的2019年。一直以来，氢能的商用化都有许多争议。在支持者眼中，氢燃料电池的能量密度是锂电池的100多倍，且燃烧后除了水什么都不会留下；在反对阵营中，马斯克曾向投资者保证“燃料电池没有未来”，大众汽车集团CEO赫伯特·迪斯也曾对媒体说：你们不会看到任何氢能源的乘用车。

但氢并非真的一无是处。即使在唱衰声音集中的乘用车应用领域，氢燃料电池也能避开与锂电池的正面交锋，选择在长续航及大功率市场突破，成了物流、重卡、公交车等商用车的燃油替代方案。此外，在固定电源及无人机等其他应用领域中，氢燃料电池的优势也无人能敌。实际上在质疑声中，氢能仍一边通过消纳弃电及延伸锂电池的续航切入新能源产业链，一边积极探索着电网之外的新型能源世界。

但想要从零开始建立一个能源网络谈何容易？氢能产业链比锂电池产业链更长、复杂度更大、成本更高，让其迄今难以被大规模应用。氢网的搭建注定是一场持久战。所幸，目前有两股强大的力量正从两个方向推动产业链的形成和拓展：在上游，宏观政策为氢能作指引；在下游，政府及企业合力探索应用场景。

如今“电能-锂电池”的发展格局已经明朗，“氢能-氢燃料电池”的前景依然不清晰。现阶段，成为电网及锂电池的“替补”角色，是氢能明确能走下去的方向。但在更大的未知应用领域中，氢能未来会有一个什么样的格局？这需要有足够想象力。

1.减碳大机遇

2019年，“氢能”首次写入了我国政府工作报告，报告提出了“推动充电、加氢等设施建设”。

这与减碳的大目标直接相关。在中国向碳中和目标迈进的过程中，可再生能源将扮演至关重要的角色。作为碳排放量位居世界第一的国家，电力行业在中国二氧化碳排放结构中的占比超过一半，通过可再生能源替代传统火力发电成了最直接的减碳手段。

为了达到《巴黎协定》的目标，中国在去年的气候峰会上承诺，到2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%，风电、太阳能发电总装机容量将达到12万亿千瓦。

在以光伏为代表的可再生能源领域，中国的实力几乎无人能敌，但过快的发展速度也带来了相应的“后遗症”。据全国新能源消纳监测预警中心数据，2020年全国弃风电量166.1亿千瓦时，全国弃光电量为52.6亿千瓦时。

随着可再生能源逐渐替代火力发电，将有大量弃电亟需进行储存，而在电网之外的另一端，氢网也正为电解水制氢的高额成本焦头烂额。当电与氢相遇，电网的储能产业与氢网的制氢产业极有可能互助互利，即采用可再生能源发电进行电解制氢。这能解决目前遇到的众多问题。

由于可再生能源的边际成本接近于零，其定价低于其他电力的市场定价，甚至能够达到负定价，利用可再生能源进行制氢将极具经济优势。

以大工业电价均价0.61元/kWh计算，当前电解水制氢的成本为3.69元/立方米。当用电价格低于0.50元/kWh时，电解水制备的氢气成本可与汽油相当 [1]。

可再生能源让氢能产业链上游看到了降低成本的希望。据中国氢联盟预测，到2050年，大约70%的氢将由可再生能源生产。另一方面，氢能也可以反哺“弃电”——无论是储能密度还是储存时间，氢气都具备绝佳的储能优势。