氢燃料电池VS锂电池，你更PICK谁？
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中国能建于11月26日公告，为抢抓氢能行业发展的机遇，公司拟投资50亿元设立全资子公司中能建氢能源发展有限公司，统筹引领公司氢能业务发展，打造公司氢能全产业链和一体化发展平台。为实现公司数字化转型和科技强企，打造公司“数字产业发展平台、科技创新孵化平台、数字及科技新兴产业投资平台”三大平台，公司拟投资50亿元设立全资子公司中能建数字科技集团有限公司。在政策推动下，氢能源产业站上风口，各路资本竞相布局。可以说，此次50亿投资氢能源，应该是近期中国最大规模的氢能源单体投资项目了。
随着新能源热度上升，除了氢电，在锂电“赛道”上锂离子电池及相关材料生产研发企业多氟多和中国新能源产业龙头宁德时代作为行业巨头纷纷通过抢资源、扩产能等手段加强布局，就连部分其他行业的巨头“水泥龙头”金圆股份和“纺织巨头”中银绒业也尝试“跨界”分一杯羹，从二级市场表现和有关部门的关注来看，部分企业的锂电版图“扩张”当前还未得到正面反馈。工信部等有关部门也积极行动，进一步加强锂离子电池行业管理、推动行业转型升级和技术进步。
面对当下，新能源赛道上，到底是氢电还是锂电，谁能一骑绝尘？众说纷纭，各巨头各有布局，我们不妨就此展开分析。
氢能作为一种高热量、零污染、储量丰富的能源，也是人类发展的理想能源。然而由于技术难以突破，几十年的时间也没有达到主流使用的水平。如今随着全球加大节能减排和环境保护力度，氢能源再次成为工业和交通领域的宠儿。
如今，越来越多的车企都开始在氢能源路线上发力。现代汽车、起亚汽车、上汽集团、通用汽车都推出了新一代氢燃料电池车。不仅仅是在汽车领域，氢燃料电池技术在其他领域也应用广泛。在韩国，氢燃料电池无人机的续航时间是普通电池的4倍以上。国际氢能协会副主席毛宗强称：充一次气非常快，小车只要三分钟就可以充完，充完一次气能够跑六百公里没问题。
而特斯拉认为氢燃料电池技术“极其愚蠢”，认为这条路走不通，目前主流车厂也大都不约而同迈上锂电之路，似乎氢燃料败局已定。但在国际上越来越多的国家和企业也在争相加码氢能产业。日本川崎重工等七大行业巨头联合组建专项研究项目，开发运输及储藏液化氢气的实用技术。
当然我们也不要过分的将氢能集中到汽车领域，氢能还可用于各种照明、农业生产等领域如在日本川崎市的一家酒店内，氢燃料电池不仅可以照明、加热大型公共浴室，还可以种植蔬菜，为消费者提供美味可口的食物。目前，全球氢燃料电池领域内的专利申请量呈现快速增长的趋势。最新数据显示，截至目前，全球共有3．9万余件氢燃料电池相关的专利申请，中国和美国分别有1．1万余件和1．4万余件，位列该领域的专利申请量前两名。
在我国无论是国家层面战略规划还是地方层面战略规划都更偏向于氢能的发展。据2020氢能产业发展创新峰会发布的《中国氢能产业发展报告2020》预计，到2050年，氢能在交通运输、储能、工业、建筑等领域广泛使用，氢需求量由目前2000多万吨提升至约6000万吨，氢能产业链产值扩大，产业产值将超过10万亿元。2050年氢的终端销售价格将降至20元／kg，加氢站数量达到12000座，氢燃料电池汽车保有量达到3000万辆，固定式发电装置2万台套／年，燃料电池系统产能550万台套／年，全国将进入氢能社会。
另外在地方层面，为了进一步鼓励、支持氢能基础设施建设及燃料电池产业发展，从各地方出台了一系列政策规划和行业标准，鼓励氢能产业链的集群化发展。目前，东部沿海地区、汽车产业强省以及氢气资源充沛的区域有望成为首批示范城市群。京津冀、长三角、珠三角以及川渝地区先后推出氢能产业发展指导意见、行动规划、实施方案等政策文件，对氢燃料电池汽车运营数量、加氢站建设数量、加氢能力、产氢能力提出了明确的目标要求。
虽然有众多的国家和企业也在争相加码氢能产业，但也难掩氢电池劣势，大致可分为几个方面。首先是锂电车可以直接从电网取电，氢能车上路需要制氢，而制氢需要用电。如果采用传统的蒸汽重组或者电解法制氢，能量损失超过30％，虽然最新的离子膜电解法可将能效提升至80％，但锂电池直充的效率是99％，差距明显。
其次，氢气的存储和运输成本相当高。刚刚制取出来的氢气，能量密度是非常低的，要增大密度，主要有两种方式：一是加压，用790倍大气压把氢气压缩到高压罐中，过程中的能量损耗约为13％；二是液化，降温至－253℃，氢气会凝结，过程中的能量损耗极大，约为40％。因此常用方式是加压，但高压罐比液化罐重，这也会损耗一定能量。
最后，氢能的“从油箱到车轮”的能量效率较低。氢燃料电池车加氢之后，氢能转换为电能，转化效率约60％，而锂电车考虑到交流直流的转换，效率约为75％。由于效率和成本问题，氢能车预期使用成本是锂电车的数倍，这也正是绝大部分车厂选择锂电的原因之一。
我国提出，2030年前二氧化碳排放力争达到峰值，2060年前努力争取实现碳中和，这也被称作碳达峰、碳中和“30·60”目标。数据显示，能源领域碳排放占全社会碳排放的90％左右，其中电力行业碳排放又占能源领域碳排放一半左右。能源电力领域也由此成为践行“30·60”战略目标的主战场。因此无论是氢电还是锂电都是在践行国家战略。但作为消费者，你更PICK氢电还是锂电？就见仁见智了。
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别斗了，氢和锂电没得争
出品：虎嗅驻西南编辑
作者：雨林下，封面：东方IC
关于氢燃料VS锂电的路线之争，在乘用车的舆论场上几乎没停过。
前有马斯克炮轰氢燃料电池是智商税，后有日本丰田更加积极的充值。
11月的上海进博会上，日本丰田Mirai第二代氢燃料电池乘用车首次在中国亮相，最大续航里程达850km，让不少车迷开了眼界。
随着当下双碳目标的推进，氢能在国内也逐渐热起来。
国内氢能主流市场在商用
由于锂电池有续航里程短、充电时间长、载货量少的短板，而氢燃料电池的强项正好可以补齐。因此，国内将氢能在交通上的应用重心放在了载量大、距运长的商用场景，比如公交车、物流车、重型卡车、轨道交通。
全国重型卡车的销量每年在一百万辆以上，按20万一辆算，单是柴油车升级换代，轻轻松松千亿级市场规模，目前中国重汽、陕汽重卡、上汽红岩、江铃重汽都在加速布局。
轨道交通也正在取得跨越式进展，2019年底，全球首条商业运营的燃料电池有轨电车示范线，在佛山高明正式投入运行。2021年10月29日，全国首台氢燃料电池混动机车正式上线试运行。
该机车设计时速达80公里/时，满载氢气可连续运行24.5小时，平直道最大可牵引载重超过5000吨，相较内燃机车每万吨公里将减少碳排放约80千克。
作为该领域领军人物，也是日本丰田在轨道交通的唯一中国合作伙伴，西南交通大学电气工程学院院长陈维荣教授告诉虎嗅，团队2008年起在国内最早开始从事大功率氢燃料电池应用研究，2013年研发了全国首辆氢燃料工程样机“蓝天号”，2016年研制成功世界首列燃料电池混合动力有轨电车并示范运行，时至今日，与中车联合研制的氢燃料混动机车正式产品化。从样机升级到工程应用，机车的工艺、可靠性、使用寿命都有本质提高。
陈院长表示，过去十多年，氢能的轨道应用一直在科研阶段徘徊，直到最近，技术才真正迈入窗口期，氢燃料动车也有望在明年面世。
双碳热点可能使氢能迎来史上首次产业爆发，尤其是铁路运输，应用氢能的经济效益是实际存在的，即便脱离国家补贴，也具备市场竞争力。拿有轨电车举例，传统电车带了接触网，还有进站快充设备，如果换为氢燃料电池，就可以省掉线路跟充电站的成本，总投资算下来能便宜10%，全寿命周期来看，维护也更简单，运营成本也会降低。
对于“从商到乘”的拓展和“氢VS电”之争，陈院长认为，锂电车虽然发展更成熟，但产业链首末两端是高耗能高污染，且未来大面积铺开会对电网形成压力和冲击。氢燃料车虽然更清洁，也不依赖于电力系统，但技术和配套还远不能支撑乘用车自如应用，现在并不是关注的最佳时候。
核心底层技术待攻坚
氢燃料电池技术是实现氢能利用的先决条件。
电池的基本工作原理，是氢气通过燃料电池的正极中的催化剂（铂）分解出电子和氢离子。其中氢离子通过质子交换膜到达负极，和氧气产生反应变成水和热量，电子则从正极通过外电路流向负极产生电能。
而电池制造的成本大头正是上面提到的催化剂——铂，女生对这种贵金属不陌生，名贵珠宝都是它打造的。由于比黄金还贵还稀缺，要想大规模降成本，必须寻求可替代的廉价材料。
从工作原理可以看到，氢燃料电池的显著优点是清洁，副产品只有水，不会排放二氧化碳；第二是安全，因为氢燃料电池的驱动是电化学的过程而非点燃，氢气不会自燃也很难爆炸；第三，气体可以压缩，运输和储存方便。
在掌握核心技术方面，国内由于在氢燃料电池方面的研究起步晚，存在一定落后性，1998 年才出现首个相关发明专利，虽然近年基础研究逐渐活跃，但距离欧美、日韩仍有差距，目前核心专利数仅占世界约1% 。
图片来源：《氢燃料电池技术发展现状及未来展望》中国工程科学2021年第23卷第4期
最新学术观点预测，十年时间内，氢燃料电池的生产成本能下降50%。未来随着关键材料的物理性能改进，各组件稳定性提高，氢燃料电池系统的稳定性和寿命也会明显改善。
传统能源企业衔接转型
学术端的推进也会传导到生产端。
西南清洁能源丰富，水电资源和天然气资源均居全国之首，发展氢能有源头取材的便利。做天然气设备起家的四川上市公司厚普股份（300471）就对虎嗅表示，氢气与天然气有相似共性，加氢站与加气站也是一脉相承，天然气上能解决的问题，氢气上同样能解决。
氢能行业正处在成长期，很多企业看到了机会，而具备竞争实力的大多都是过去深耕传统能源的公司。
有做天然气的，凭借设备工艺的技术研发优势切进氢能设备，比如深冷股份（300540）、富瑞特装（300228）；有做成品油的，靠销售渠道和客户优势打开市场，比如中石油、中石化。
厚普股份生产的国产加氢枪与加氢质量流量计率先打破了国际垄断，灵感来源即是天然气业务经验。
加氢枪的使用流程 图片来源：中石化安徽芜湖马饮桥站
厚普股份向虎嗅演示了加氢枪的使用方法，自动锁定结构使得枪头和加氢口连接到位后，加氢枪卡爪会自动抓住并锁定加氢口。逆时针转动加氢枪手柄至开启位置，枪内部流道就会完全打开，开始给车辆加注氢气。充满后，再顺时针转动手柄关断枪内部流道，实现氢气泄压，再手动脱开，一次加氢就操作完成了。
站在企业视角，厚普股份认为，真正颠覆式创新的技术其实并不多，更多的是在应用中迭代，在成熟理论上做应用创新，比发力底层技术的收益更大。企业看似是进军了一个新的能源行业，实际仍依赖传统行业的经验技术。
大量铺设加氢站是氢能使用成本下降的核心，也是绕不开的重要环节。
目前全球规模最大的加氢站位于北京大兴氢能科技园，该加氢站可为600辆燃料电池物流车提供加注，每天最大加注量达4800Kg。
作为该项目的设备提供商，厚普估算，建一个普通的加氢站，除开土地费用和政府补贴，平均至少要花1000万元，建设运营成本远高于建加油站，甚至是建充电站的三倍。
我国出于安全考虑，明确要求严格分离制氢与加氢，因此加氢站都是外供氢，通过管道或管束槽车把氢气运输至站里，经压缩机增压后，储存到高压储罐，再通过加氢机为车辆加氢。
这当中的储氢、压缩、加注设备大部分都需要进口，和燃料电池一样，硬件设备也面临国产化的技术瓶颈。
由于成本高，燃料汽车市场保有量少，叠加制储氢气成本，90%加氢站目前都处于亏损状态。政府补贴是刺激各地建加氢站的主要动力，可以说，建站的数量与各地补贴力度直接正相关。
中国氢能联盟统计，2020年国内加氢站数量有128座，《节能与新能源汽车技术路线图2.0》将原先设定2030年的加氢站数量从1000座提高到5000座。
加氢站相关的最新标准(2021年版)《加氢站技术规范》、《汽车加油加气加氢站技术标准》在今年4月和7月相继出台，对氢气站和相关设备的设计、制造、验收提出了要求。但涉及氢泄露、防爆等安全管理规范尚不完善，因此在补贴之外，合规标准也需同步提升。
氢能产业整个链条的应用前景非常多元，几乎看不到天花板，目前虽受限核心技术卡脖子，不过一旦完成底层攻坚，可以预见的是，成熟的传统能源巨头将借助深厚底蕴顺畅衔接氢能新业务，华丽过渡，激发产业链更多中小企业的活力。
潜龙腾渊的氢能，何时鳞爪飞扬？静待欣赏。
本文为「 西南新能源产业 」专题策划，将持续呈现西南能源发展近况，欢迎交流探讨。
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