氢能技术开发：从灰到绿，这条路有多长？
前阵子我看到一个数据，电解水制氢的成本曲线，简直像坐滑梯——去年还高得离谱，今年突然说能做到15块一公斤了。真的假的？绿氢，这个被喊了好多年的概念，难道真要翻身了？说实话，我一开始是不信的，毕竟这行当里画饼的事儿太多。但翻了翻最近的论文和产业报告，嗯……有点儿意思。
绿氢的成本悬崖——真的不远了吗？
大型电解水制氢工厂内部设备
制约绿氢的东西一直很明了：电价和电解槽。你得先有便宜的电，最好是那种不要钱的风电光伏弃电，然后设备效率还得高，不然氢还没出来，钱先烧没了。过去碱性电解槽独大，结构简单但笨重，启停慢，跟风光发电的波动性简直就是八字不合。所以PEM质子交换膜电解槽火了，响应快，体积小，但那个膜啊，死贵。而且铱催化剂，全球产量一年就那么几吨，都给你做电解槽也不够。所以很多人转头看阴离子交换膜（AEM）——不用贵金属，听起来像救星对吧？可稳定性又不行，实验室里跑个几千小时就衰减，搞工程的人一听直摇头。 不过话说回来，中国公司太猛了。阳光电源、隆基氢能，这两家去年直接甩出单槽1000标方以上的碱性电解槽，价格压到比PEM低一大截。但碱性槽再便宜，启动慢的问题还是没根治。所以现在出现一种混用方案：用碱性槽带基荷，PEM槽来调峰。你别说，算下来总成本反而能降。前几天看一个化工园区就搞了这么一套，绿氢成本逼近灰氢，也就这两年的事儿。惊喜吗？有点。但更让我震惊的是，电解槽这东西，竟然也开始卷成白菜价了……国产化率一上来，那价格战，真是熟悉的味道。
高压储氢罐生产车间
氢这玩意，密度太小了。一个立方只有90克，不用高压或者低温，根本装不了多少。现在主流是长管拖车拉20MPa的气瓶，运一趟，实际载氢量也就三五百公斤，还不够一辆重卡跑几趟的。加氢站呢？建一个站动不动上千万，压缩机、储氢罐都是吞金兽。更要命的是，氢气容易让金属变脆——氢脆问题，管道、阀门、接头，全得特殊处理。有次我去一个加氢站参观，看见那些不锈钢管线上的裂纹检测记录，密密麻麻，你说吓不吓人。 固态储氢倒是喊了很多年，稀土系、镁系、钛铁系……实验室里性能一个比一个漂亮，可一到工程化就拉胯。要么吸放氢温度太高，要么循环寿命差，要么粉末化把系统堵死。不过最近有个团队搞出了一种钛锰基合金，常温下就能快速吸氢，还抗粉化，据说已经给两轮车供氢了。我一听来劲了——这不就是日本之前一直梦寐以求的氢能社会基础设施吗？但细问之下，体积储氢密度还是偏低，装100公斤氢得用一吨多的合金，成本……呵呵。可能先用在叉车、无人机这种特种场景吧，乘用车还是算了吧。 液氢呢？那得-253℃，能耗高得离谱，蒸发损失还免不了。你看看NASA搞航天，液氢用得飞起，可汽车上谁敢天天加注深冷液体？也就重卡、轮船、飞机这种大块头可能用用。说到这个，奔驰前阵子停掉氢燃料电池乘用车项目，转头搞氢能重卡，我觉得这才是回归理性——明摆着嘛，乘用车电池都能跑上千公里了，加氢的便利性根本拼不过充电，何况有几个人愿意后备箱塞个氢罐？但商用车不一样，载荷大、续航要长、补能要快，氢能的机会就在这儿。
氢燃料电池重卡正在加氢站加注
每次跟人聊氢能，最后都会绕到车上面。说实话，燃料电池汽车这几年真是一言难尽。2018年那波热潮，全球都喊着要走氢路线，结果几年下来，销量惨淡。国内的佛山、张家口，建了不少加氢站，但很多都加不满氢，甚至有的站因为氢气供应不上直接关了。我认识一个搞运营的哥们，前年买了二十台氢能公交，现在一半趴窝等氢，剩下一半拉去跑短途，每公里成本比柴油车还高。他苦笑说：“就当给环保做贡献了。” 但这不代表氢能在交通领域没戏。重卡、物流车、港口集装箱车，这些场景慢慢在起量。因为电动化对这些大家伙不友好——电池重、充电慢、冬天续航打折，而氢气几分钟加满，拉个几十吨跑四五百公里，很舒服。关键还是氢气供给网络得跟上，不然车就是废铁。好在现在绿氢项目遍地开花，西北那些戈壁滩上，光伏风电就地制氢，再通过管道或液氢运出来，成本会降下去的。只是需要时间。 还有个被忽略的领域：工业。冶金、化工、玻璃、半导体……这些行业用氢量巨大，以前都是灰氢，现在面临减碳压力，不得不转绿氢。比如钢铁厂用氢直接还原铁矿石，替代煤炭，这东西叫氢冶金。河钢在张家口搞了个120万吨的项目，已经投产了，看着挺振奋，但仔细一想，绿氢成本还是比煤高，没政策扶持根本算不过账。所以现在都是摸着石头过河，一边拿补贴，一边等市场成熟。 说实话，氢能这行当，起起伏伏几十回了，每次以为要爆发，就被现实浇冷水。但每次觉得没戏的时候，又有一些技术突破让你眼前一亮。像现在，电解槽大规模制造，固态储氢新材料的涌现，还有燃料电池的寿命从两三千小时拉到三四万小时——这些都在暗处悄悄进行。我不是说马上会有氢能社会，那是忽悠。但在特定场景替代化石能源，这条路是能走通的。 所以，别着急，也别吹上天，踏踏实实把材料、寿命、成本一个个啃下来吧。对了，那个固态储氢团队说下一步要做轮船上的氢能动力包，我打算过两个月再去看看，万一成了呢。
绿氢的成本悬崖——真的不远了吗？
绿氢的成本悬崖——真的不远了吗？
大型电解水制氢工厂内部设备
制约绿氢的东西一直很明了：电价和电解槽。你得先有便宜的电，最好是那种不要钱的风电光伏弃电，然后设备效率还得高，不然氢还没出来，钱先烧没了。过去碱性电解槽独大，结构简单但笨重，启停慢，跟风光发电的波动性简直就是八字不合。所以PEM质子交换膜电解槽火了，响应快，体积小，但那个膜啊，死贵。而且铱催化剂，全球产量一年就那么几吨，都给你做电解槽也不够。所以很多人转头看阴离子交换膜（AEM）——不用贵金属，听起来像救星对吧？可稳定性又不行，实验室里跑个几千小时就衰减，搞工程的人一听直摇头。 不过话说回来，中国公司太猛了。阳光电源、隆基氢能，这两家去年直接甩出单槽1000标方以上的碱性电解槽，价格压到比PEM低一大截。但碱性槽再便宜，启动慢的问题还是没根治。所以现在出现一种混用方案：用碱性槽带基荷，PEM槽来调峰。你别说，算下来总成本反而能降。前几天看一个化工园区就搞了这么一套，绿氢成本逼近灰氢，也就这两年的事儿。惊喜吗？有点。但更让我震惊的是，电解槽这东西，竟然也开始卷成白菜价了……国产化率一上来，那价格战，真是熟悉的味道。
储运：那个让所有工程师头疼的老大难
高压储氢罐生产车间
氢这玩意，密度太小了。一个立方只有90克，不用高压或者低温，根本装不了多少。现在主流是长管拖车拉20MPa的气瓶，运一趟，实际载氢量也就三五百公斤，还不够一辆重卡跑几趟的。加氢站呢？建一个站动不动上千万，压缩机、储氢罐都是吞金兽。更要命的是，氢气容易让金属变脆——氢脆问题，管道、阀门、接头，全得特殊处理。有次我去一个加氢站参观，看见那些不锈钢管线上的裂纹检测记录，密密麻麻，你说吓不吓人。 固态储氢倒是喊了很多年，稀土系、镁系、钛铁系……实验室里性能一个比一个漂亮，可一到工程化就拉胯。要么吸放氢温度太高，要么循环寿命差，要么粉末化把系统堵死。不过最近有个团队搞出了一种钛锰基合金，常温下就能快速吸氢，还抗粉化，据说已经给两轮车供氢了。我一听来劲了——这不就是日本之前一直梦寐以求的氢能社会基础设施吗？但细问之下，体积储氢密度还是偏低，装100公斤氢得用一吨多的合金，成本……呵呵。可能先用在叉车、无人机这种特种场景吧，乘用车还是算了吧。 液氢呢？那得-253℃，能耗高得离谱，蒸发损失还免不了。你看看NASA搞航天，液氢用得飞起，可汽车上谁敢天天加注深冷液体？也就重卡、轮船、飞机这种大块头可能用用。说到这个，奔驰前阵子停掉氢燃料电池乘用车项目，转头搞氢能重卡，我觉得这才是回归理性——明摆着嘛，乘用车电池都能跑上千公里了，加氢的便利性根本拼不过充电，何况有几个人愿意后备箱塞个氢罐？但商用车不一样，载荷大、续航要长、补能要快，氢能的机会就在这儿。
应用端：燃料电池汽车怎么又凉了？
氢燃料电池重卡正在加氢站加注
每次跟人聊氢能，最后都会绕到车上面。说实话，燃料电池汽车这几年真是一言难尽。2018年那波热潮，全球都喊着要走氢路线，结果几年下来，销量惨淡。国内的佛山、张家口，建了不少加氢站，但很多都加不满氢，甚至有的站因为氢气供应不上直接关了。我认识一个搞运营的哥们，前年买了二十台氢能公交，现在一半趴窝等氢，剩下一半拉去跑短途，每公里成本比柴油车还高。他苦笑说：“就当给环保做贡献了。” 但这不代表氢能在交通领域没戏。重卡、物流车、港口集装箱车，这些场景慢慢在起量。因为电动化对这些大家伙不友好——电池重、充电慢、冬天续航打折，而氢气几分钟加满，拉个几十吨跑四五百公里，很舒服。关键还是氢气供给网络得跟上，不然车就是废铁。好在现在绿氢项目遍地开花，西北那些戈壁滩上，光伏风电就地制氢，再通过管道或液氢运出来，成本会降下去的。只是需要时间。 还有个被忽略的领域：工业。冶金、化工、玻璃、半导体……这些行业用氢量巨大，以前都是灰氢，现在面临减碳压力，不得不转绿氢。比如钢铁厂用氢直接还原铁矿石，替代煤炭，这东西叫氢冶金。河钢在张家口搞了个120万吨的项目，已经投产了，看着挺振奋，但仔细一想，绿氢成本还是比煤高，没政策扶持根本算不过账。所以现在都是摸着石头过河，一边拿补贴，一边等市场成熟。 说实话，氢能这行当，起起伏伏几十回了，每次以为要爆发，就被现实浇冷水。但每次觉得没戏的时候，又有一些技术突破让你眼前一亮。像现在，电解槽大规模制造，固态储氢新材料的涌现，还有燃料电池的寿命从两三千小时拉到三四万小时——这些都在暗处悄悄进行。我不是说马上会有氢能社会，那是忽悠。但在特定场景替代化石能源，这条路是能走通的。 所以，别着急，也别吹上天，踏踏实实把材料、寿命、成本一个个啃下来吧。对了，那个固态储氢团队说下一步要做轮船上的氢能动力包，我打算过两个月再去看看，万一成了呢。