FCV、氢能市场及技术，最新动态知多少？日本专家西脇文男

在中国，由汽车导致的碳排放中，商用车占60%左右，乘用车占40%左右，可见商用车减碳将成为我国双碳目标达成的重中之重，而对于长行驶里程的重型商用车而言，燃料电池技术路线是必需的选项。此外，过去几年，随着可再生能源发电成本大幅下降，通过再生能源电力电解水生产的绿氢成本也大大降低，因此从经济上看，可以预测氢能替代化石能源是可行的。

目前，日本在全球氢能产业发展中表现尤为突出，在2021全球汽车海归精英联合年会暨“中国拥抱世界”汽车产业论坛上，组委会特邀武藏野大学客座教授、日本环境经济学家西脇文男为大家分享《FCV、氢能市场及技术的最新动向》。

武藏野大学客座教授、日本环境经济学家西脇文男

他表示，脱碳的支柱是电气化和可再生能源，但是仅靠这点并不能使二氧化碳排放量为零净值，需在电力难以应对的领域利用“氢”，具体来说，在运输领域中大型车辆、船舶、飞机等，以及在发电部门的工业部门中大量排放二氧化碳的火力发电、炼钢和化学工业脱碳化中，需要使用氢以取代化石能源。他还分析了氢能普及的挑战和前景展望，并呼吁可再生能源国家和能源需求国共同努力，推进绿氢生产项目和供应链建设，并且共同努力实现碳中和。

氢能在车辆、轮船和飞机领域的最新应用

人们普遍认为，未来小型、短续航里程是EV擅长的领域，长途运输的重型卡车和公交客车将是FCV擅长的领域，欧洲和中国等国家正在积极开发，大规模生产燃料电池卡车和客车。

FC卡车

如今在美国，2015年成立的新兴企业Nikola Motor备受瞩目，Nikola计划今年下半年开始销售大型FC卡车Nikola ONE，目前已收到1.4万辆订单。该公司目前在阿拉巴马建造工厂，建成后年产能将达到3.5万辆，这对于重型卡车制造工厂来说，规模相当大，其还计划在全美建立700个FC卡车行驶所需的加氢站网络。如果按计划进行，可以为除Nikola以外的普通FCV供应氢气，这将一举消除FCV普及的最大障碍。

Nikola虽然在去年上市，但随后发生一起丑闻，创始人因涉嫌向投资者作虚假报告而被迫辞职，这引发了人们对该发展计划延迟的担忧。Hyzon Mortors正是利用这一空隙应运而生，该公司从新加坡燃料电池制造商HorizonFuel Cell Technology分离出来，于去年三月底在纽约州罗彻斯特成立，基于在Horizon积累的燃料电池动力总成技术的经验，创建了FC卡车量产系统，早在去年11月就已开始销售，其以今年2月向新西兰出口1500辆汽车为开端，预计还将向荷兰、澳大利亚、中国大量出口。

FC巴士

在欧洲，许多城市都开始计划引进FC巴士，这些计划将利用欧洲燃料电池和氢能事业联合组织以及国家和地方政府的援助，推进氢气站的配备和设置，计划每个城市引进数十至200辆，自2019年秋季以来，德国、法国、英国的一些城市已经开始示范运营。

所有欧洲FC巴士引进计划的前提是燃料氢必须使用再生能源电力进行水电解的绿色氢。欧盟在去年7月发表的“氢能战略”中，将以低成本大量制造绿氢作为首要目标，并计划投入大量资金来实现这一目标，这将迅速实现绿色氢的大规模生产和基础设施的建设。

FC客车和卡车

与此同时，公共客车和卡车的FCV化也将得到发展。中国是世界上最大的FC客车和卡车制造和销售国，日本和韩国在这块的发展定位则各有不同。

日本在FCV技术开发和大规模生产方面处于世界领先地位，2014年全球首款量产型FCV丰田MIRAI（第一代）上市。大型车方面，丰田于2018年推出了FC巴士SORA（全球首款商用车）。FC卡车的开发情况是，丰田和日野共同开发重型卡车，计划从明年春天开始实施运营。五十铃和本田2020年年初开始共同研究，三菱FUSO发布，将在20年代后期量产轻型卡车eCanter FC。

韩国以FCV世界市场占有率第一为目标，提出到2040年累计销售620万辆，其中国内290万辆，出口330万辆的目标。现代汽车NEXO于2018年上市，2019年和2020年成为最畅销的FCV。去年7月份，该公司推出世界第一辆量产的FC重型卡车XCIENT F-Cell。到2025年，该公司计划累计向瑞士出口1600辆。据报道，其预计也将出口到美国和欧洲其他国家，与中国也正在进行大规模的贸易洽谈。

FC叉车

除了FCV外，FC叉车已经开始在欧美各国推广，其中美国在加利福尼亚州运营超过3万辆。亚马逊、沃尔玛、FEDEX等环保意识很高的电子商务物流巨头正在大量导入、积极引进，从而形成了市场扩张-价格下降这样一个良性循环。下图照片1是位于阿拉斯加州的沃尔玛物流基地，一个物流基地就配备了近200辆FC叉车。

FC列车

关于铁路车辆，若是运行数量少的非电气化线路，与其电气化，不如将柴油列车更换为FC列车，这样可以减少总费用。欧洲导入FC列车计划也是频频发布，德国从2018年开始试运行载客FC列车，2022年将投入14辆正式运营车辆，车辆是法国Alstom生产的Coradia iLine(下图照片1)，随后法国、荷兰、意大利、奥地利、西班牙和英国等也开始启动FC列车的试运营和实际运营，美国（加利福尼亚州）和加拿大也有同样动向。

FC船舶和FC飞机

民用海运和航空排放的二氧化碳分别占全球排放总量2%左右，世界的海运业和航空业正在加紧努力减少二氧化碳的排放。目前FC船舶和FC飞机的开发和示范项目正在欧洲进行。

下图左侧照片是挪威渡轮运营商Norled推进的项目，全球首艘开发中的FC渡船（承载80辆汽车和300名乘客）于2021年7月竣工，经过试航并在年内投入使用。

飞机方面，上图中间照片是在英国政府支持下的HyFlyer项目，美国风险投资公司Zero Avia正在研发一架19座的小型FC客机，目标是在2023年实现商业飞行。此外，该公司还宣布，计划在2030年左右开发中型飞机（约100座）。

更多投入的是空客公司，Airbus去年9月发布了三架氢动力客机的概念机（上图右侧照片），计划在2035年采用氢直接燃烧系统，而非燃料电池系统，将100-200座的正宗客机投入实际使用。

氢能发电与工业部门脱碳化

燃料电池在氢能发电中很常见，氢能发电是一种通过燃烧氢来发电的火力发电，燃料电池的发电效率较高，但是火力发电系统更具规模效应，当发电规模增加时，每千瓦时的发电成本降低，成本性能优于燃料电池。此外，由于可以与天然气混合燃烧，因此利用现有火力发电设施也是一个优势。

火力发电站

日本在核事故发生以后，对火力发电的依赖迅速增加，人们对氢能发电寄予厚望，在面向实用化的研究开发上举国努力，因此日本的氢发电技术在世界上处于领先地位。

三菱重工开发了30%氢混合燃烧的大型燃气轮机，去年连续获得美国四个州100万千瓦级氢能发电设备订单，计划于20年叶投产。拜登总统宣布，到2035年，将发电部门的二氧化碳排放量降至零净排放量，因此预计在30年代中期将转为氢专烧。

川崎重工株式会社自2018年4月起，在神户市内地区进行氢气专烧发电的试运行，这是世界上首次在市区运转。

日本石川岛(IHI)株式会社在挑战氨发电技术，氨（NH3）的分子中不含碳，因此即使燃烧也不会产生二氧化碳，氨通过燃烧分子中的氢来发电，是一种氢发电。IHI煤炭中混入20%的氨进行混烧，使世界上首次成功实施了氨与煤炭的混合发电。

炼钢厂

在日本，钢铁业排放的二氧化碳占整个产业部门的40%，对于钢铁行业来说，减少二氧化碳排放是当务之急。日本制铁、JFE和神户制钢三大钢铁企业正在NEDO（日本新能源产业的技术综合开发机构）的支持下开展“COURSE50”项目，将氢气吹入高炉，在减少作为还原剂的焦炭的同时，结合CCS实现2030将二氧化碳排放削减30%的目标，到2050年，二氧化碳排放量将降至零。因此，有必要采取严厉措施，如废除高炉系统，将其完全转化为氢还原炼铁。

在海外，全球最大的钢铁公司ArcelorMittal,S.A.宣布，为了实现2050年全球二氧化碳零排放，将投资400欧元建立氢还原炼铁等低碳技术。瑞典钢铁巨头SSAB等两家公司于去年8月启动了氢还原炼铁示范工厂，目标是到2026年将二氧化碳排放减少25%，到2045年实现二氧化碳零排放、无石化炼铁的商业生产。沃尔沃最早将从现在开始销售使用这种低碳钢铁的汽车。

化工厂

仅次于钢铁行业，化工行业的二氧化碳排放量也很高。塑料和合成纤维等石化产品，顾名思义原料是石油，但是完全不使用石油，从无二氧化碳的氢和回收再循环的二氧化碳中生产出化学原料的技术现在正在研发当中。

在欧洲，已经开展了几个示范项目，具有代表性的是ALIGN-CCUS项目，该项目由欧盟31家公司参与，涵盖从可再生能源发电到水电解的氢产生、二氧化碳回收，范围覆盖利用和储存的全产业过程。其中二氧化碳再利用项目，从可再生能源产出的氢气和二氧化碳，生产化学原料和合成燃料。另一项目是North-C-Methanol项目，该项目于去年10月在荷兰和比利时的北海港区启动，包括法国电力巨头Engie和ArcelorMittal在内的8家欧洲大型公司计划从2024年起每年生产4.4万吨甲醇，甲醇将用做替代燃料和化学品原料。

内燃机汽车

“e-fuel”作为绿色燃料备受关注，汽车的脱碳化是电动化，EV可以适用新生产的汽车，但对现有的汽油车无法实现，为了削减所有行驶车辆的二氧化碳排放，大家对“e-fuel”寄予厚望。

此外，在像德国、日本这样的内燃机汽车生产大国，人们担心随着EV汽车的迅速转移，不生产内燃机汽车，零部件行业就业将得不到保障，因此e-Fuel研发工作将更加受到关注。

氢能普及的挑战和前景展望

综上，氢能有着广阔的发展前景，但同时也面临诸多挑战，特别是以下两点：

实用化要求成本降低

成本方面，氢能产品的价格普遍比较高，无论环境性能如何好，如果比现有的产品存在明显价格居高的问题，这都将阻碍商业化。已经商业化的FCV与汽油车相比也相当昂贵，随着工业产品的普及和市场扩大，参与者数量增加，技术创新不断进步，价格也会随着大规模生产而大幅下降。EV最初也非常昂贵，随着普及率的提高，核心部件锂离子电池的性能提升，成本下降，从而使汽车价格下降。

FCV如果普及，很可能也会进入类似的良性循环，FCV以外的尚处于开发阶段的技术成本更高，为了尽快投入实际应用，国家需要通过示范项目，以及投入研发经费来支持技术发展。此外，在技术普及初期，有必要通过补贴和税收优惠来促进。

需要大量低成本的绿色氢

目前世界上使用的工业用氢，99%是由化石燃料制成的灰氢。灰氢的制造成本最低，蓝氢比灰氢只高出CCS那部分成本。而绿氢在环境性和大规模生产方面最优，但成本最高。如何降低成本是一个挑战。过去几年时间，可再生能源发电成本大幅下降，在世界的许多国家，现在太阳能发电和风力发电成本低于火力发电。电解装置也相继开发出大容量、高效率的设备，成本正在迅速下降。因此在过去5年，绿氢的生产成本下降了40%，有人认为今后成本还会继续下降。

IRENA去年12月份发布了一份报告，《Green Hydrogen Cost Reduction》中分析到，到2030年左右，绿氢的成本几乎与蓝氢一样，到2040年，绿氢的成本可与灰氢竞争。世界上有很多国家日照条件、风能资源得天独厚，那里的发电成本很低，现在这些国家开始视绿氢为新的出口机会，并开始生产绿氢。另一方面，在日本等贫于可再生能源的国家，也在寻求绿氢的进口，与其他国家一起构筑氢能产业链，未来绿氢在国际间的交易将活跃起来。

彩蛋来了~

目前，全球范围的氢能利用已经进入战略布局阶段，全球氢能倡议正在全面展开......

在演讲的最后，西脇文男教授向大家分享了全球氢能市场的世界级选手，包括从FCV、FC客车、卡车、叉车到氢气的制储运加环节等的全球氢能市场大公司，一应俱全，给大家拓展朋友圈做参考，值得收藏~