碳达峰、碳中和已经成为中国和世界各国必须面临的国家任务。寻找清洁能源，是两碳战役中的最优选择。中金在报告中预测，2060年碳中和的情况下，中国的能源结构中得有8%依赖完全清洁的氢气能源。绿色的氢能源最终产物是水。它的普及是一件前景美好但过程周折的事情，这其中需要各个产业链的打通，需要技术的高度国产化。发展氢能源离不开汽车产业。政府为了避免发展氢能源的过程中再出现像电动车那样的骗补情况，也出台了更为严格的约束政策。
撰文刘霆雷
全球布局氢能源汽车与氢能产业
2014年，日本丰田上市了一款名为MIRAI的氢能源汽车。
它的动力来源，是氢气与氧气反应之后产生的电能，它的排放物只有H2O也就是水。也因为此，MIRAI氢能源车被日本人视为汽车的未来，MIRAI本身在日语中也是未来的意思。截止2020年底，MIRAI在全球共计投放了约12015台。
氢能源汽车是日本布局氢能源产业的一个抓手。一提到氢能源的应用场景，就离不开汽车业。
目前除日本外，韩国也在着手研发氢车，现代推出了一款名为NEXO的氢车，累计销量达12717台，略超丰田MIRAI。 中国也有一些车企在布局氢能源汽车，如长城汽车在4月的一场氢能源战略发布会上对外公布，将在今年年底推出一款氢能源SUV。续航里程大于840公里。
根据中国汽车工程学会预计，到2025年，全国氢能汽车保有量将达到10万辆；2035年，100万辆。这意味着未来三四年氢能汽车市场规模有超10倍的增长。
在这些豪情壮志面前，现状却并不乐观：2020年全球共售出氢能源汽车9006台，其中美国937台、中国1177台、韩国5823台、日本761台、德国308台；全球已建成的加氢站共527座，欧盟最多，有179座，日本以137座位居第二，中国第三，有101座。这些加氢站中投入运营的仅504座。
但这依然不能阻挡各国布局氢能源产业的雄心：2020年7月欧盟委员会通过了《欧盟氢能战略》，计划在未来十年，向氢能产业投入数千亿欧元，依靠风能、太阳能生产清洁的氢气。计划2020年-2024年在欧盟境内建造一批可再生氢电解设备，实现2024年前全欧氢能产量超100万吨；2021年1月，国际氢能委员会发布报告透露，包括美国、欧洲、日本在内的18个经济体公布了国家氢能源发展战略，占世界经济体总量的70%。
日本的氢能源卡车用清洁能源制取的绿氢最难得
如果从排放来看，氢能源是一种非常清洁的能源。但从获取氢能源的方式看并非如此，因为氢气属于“二次能源”，并不像石油、天然气一样天然存在于地球上，它需要被制造出来。
氢气的获得，根据制取技术不同被分为：零碳制取的“绿氢”、低碳制取的“蓝氢”以及高碳制取的“灰氢”。
灰氢是利用化石能源制取的氢气，如煤制氢，在制取过程中会产生碳排放；如果将生产过程中的碳捕捉封存起来（碳封存），这部分氢则被称为“蓝氢”；而绿氢则是指从制备到使用全生命周期都清洁的氢能。
现在我们所谈到的“未来能源”指的就是绿氢。绿氢可以靠风电、光伏、水电等清洁能源，以电解水的方式制取。中国目前每年约3000万吨的氢气产量来自煤制氢、天然气重整制氢等非清洁来源，制氢的成本与汽油和柴油接近。据中金公司预测，在2060年碳中和情境下，中国能源消费结构中需要有8%要依靠绿氢支撑。
氢能源汽车的工作原理氢能源汽车是怎么工作的？简单来说，氢能源汽车运行方式有两类，一类是内燃机汽车，一类是燃料电池汽车。
前者使用氢气做燃料，产生的热能为汽车提供动力，类似化石能源；后者燃料电池类似燃油汽车的发动机，它包含电堆和氢气系统，氢气和氧气从电堆入口进入，通过电化学反应后产生电流，驱动车辆行驶。电堆由膜电极、双极板构成，氢气系统包括空压机、储氢瓶。
内燃机式的氢车研发比较久远，1920年就有氢发动机实验，1968年，前苏联科学院西伯利亚分院理论和应用力学研究所进行了氢内燃机试验，并改用液氢，热效率提高热负荷减轻；1972年洛斯阿拉莫斯实验室把一辆别克牌轿车改成液氢汽车，发动机是一台增压的六缸四冲，充装一次液氢后能行驶274公里。因为内燃机式氢车安全性较差，会发生爆震和早燃，而且燃烧产物会跟空气中的氮气结合，形成氮氧化合物，这也是一种污染，所以氢内燃机汽车没有得到量产。
*爆震是火花塞点火之后瞬间压力变大引起的自着火现象；早然是火花塞点火之前。
氢能源汽车的优势
全世界如此看好氢能源汽车，首先是因为它的清洁性，在全生命周期不会产生碳排放。
与电动车相比，氢能源车突出的优势是能量密度高、氢气加注时间短、续航里程长，也因此更适合长途运输卡车、大巴、物流车等中原图、中重型上用车辆。
也有人会问，既然是要把氢气跟氧气反应产生电能再驱动汽车前行，为什么不直接使用清洁能源的电能呢？如太阳能、风能等。这个问题的答案就是：氢能是可存储的，但清洁能源不好存储。
第四就是氢车的安全性高，我们会看到特斯拉电动车燃烧起火，偶尔也会看到氢气工厂或者氢气站爆炸的新闻但对于在车底携带者两三个氢气瓶的氢能源汽车来说，安全性其实还是比较高的，氢气泄漏的安全性也高于汽油泄漏。目前来看，并没有发生过氢能源汽车爆炸事件，不管是氢气泄露或碰撞。现代汽车对储氢瓶进行了高空坠落实验、爆破试验、常温压力反复实验、辐射实验、耐火试验等多达十五项测试，通过了韩国与欧洲标准，还通过了世界上最苛刻的联合国全球统一标准及多众国际认证标准。
第五点就是氢燃料电池汽车有着更高的能量转换效率，可以达到60%以上。
也是因为这些优点，澳大利亚和加拿大也开始采用可再生能源制氢、化石能源制氢结合碳捕捉封存技术。
日本在福岛核电站泄露后的无人区建造了大规模的太阳能电板，将太阳能转化成的电能用来制取氢气。用这样方式获得的氢气被称为绿氢。
氢能源汽车需要一条成熟的产业链
首先是制氢：绿氢的大规模获取技术目前不成熟，全球的电解制氢都出于初始阶段，还不能规模化。绿氢的生产成本则更高，每公斤20元，远高于灰氢和蓝氢的价格。据《财新周刊》报道，中石化在十四五期间，拟在氢能领域投资数百医院，主要用于上游制氢和加氢站建设。
第二是储运：有两种方式，一种是拖车式运输，一种是管道式运输。中国车用氢气普遍采用20Mo长管拖车，这种拖车效率偏低；还有一种拖车是液态运输。管道式运输就像天然气是一样的道理，但氢对管道有腐蚀性，所以不能用天然气管道，增加了技术、材质成本，目前还没得到推广。
氢气的储运是个难题。日本在这方面走得很超前，跟文来合作，在2020年底的时候完成了一个长达10个月的试运行项目，生产并存储了约100吨的氢气。文莱将氢气和甲苯结合起来，生产甲基环乙烷，这一操作把氢气体积最小化，同时允许此化合物在正常温度和压力下从海上运输。到达日本后，在一家脱氢工厂重新提取氢气成分，预计本世纪20年代中期能实现商业化。
第三就是加氢：即建设加氢站。加氢站的核心装备是压缩机、加注机，这些都依赖于进口，国产化比例还比较低。当前日本加氢站建设得最领先的，全国约有135座加氢站。中国的加氢站目前供大于求，截止2020年底中国共部署了128座加氢站，而同期氢车保有量7352辆。但因为安全问题，传统的加油站并不能直接切换成加氢站，所以要重新修建。据中国电动车百人会发布的《中国氢能产业发展报告2020》来看，加氢站的修建成本很高，不含土地成本，目前投建一座单日加气能力在500公斤的加氢站约700-1200万元，相当于传统加油站的3倍。
第四是燃料电池：它就是氢气和氧气化学反应后产生的电能存储器。它有8个关键零部件：电堆、膜电极、质子交换膜、碳纸、催化剂、双极板、氢气循环系统、空气压缩机。
目前看来，这些技术国内都不够成熟。就连走在前端的日本，也一样。只不过日本豪赌氢能的决心最大。韩国研究机构提供的数据显示，2021年Q1全球燃料电池汽车销量约4000辆，丰田大约卖出去了一半。日本有135座加氢站，但每天加氢的车平均10辆左右，为了提高加氢站的使用率，丰田还为日本大型连锁便利店7-11打造了专用的氢能源物流卡车。一辆这样的卡车的氢能使用量相当于30辆MIRAI的效果。
韩国推出的氢能源汽车NEXO日本是发展氢能源投入成本最高的国家，他们跳过了电动汽车直接豪赌氢能源汽车，从氢气的制备、储运、加氢站建设再到终端，一直走在世界前列。如果成功，那么日本则会成为清洁能源的领军角色。
氢车骗补难，仍需多方面努力
而且国家为了避免发展氢能源时再出现骗补现象，也出台了新政策进行约束，比如以结果为导向，项目评估验收后，才能获得奖金；明确奖金不能用于整车项目投资和加氢站建设，只能用于核心技术产业化、人才引进、新车型新技术示范应用推广等；在燃料电池额定功率、温度等指标上做了严格的规定，避免漏洞。
氢能源汽车是一个很美好的未来发展方向。但各个产业链的打通还需要时间，需要突破的是成本的降低、基础设施的普及和安全性，以及制取氢气的绿色环保。
