日本死磕氢能，我国特色氢能产业路线如何打造？

一、日本氢能发展已成必然之势，重心已由技术开发转向应用扩大

2020年3月日本东芝集团宣布福岛氢能研究领域FH2R项目建成，这座配备20MW光伏发电系统与10MW电解槽装置的制氢厂每小时可生产1200标准立方米的氢气，是目前世界上规模最大的可再生能源制氢工厂，是氢能源利用的一大里程碑。

日本为了实现能源独立，保障国家能源安全，将发展氢能作为国家的重要目标。除核能外，日本工业和日常生活中使用的能源大量依赖进口。2011年福岛核电站事故后，更是加剧了日本对外能源的依赖。氢能作为一种可再生的二次能源，有着清洁、高效、可长期大规模存储等优势，因而成为日本缓解能源危机实现能源独立的重要途径。

打造氢能社会首先要初步形成相对完整的氢能产业链体系。根据日本政府发布的氢能基本战略，截止到2020年氢能基本战略中第一阶段的目标已经基本完成，氢能技术的研发重点也开始变为以实现低成本商业化为目标。

二、日本制氢、储氢、运氢领域均有突破，颠覆性成果有助于商业化进程的加速

为实现氢气的制造、输送、储存、使用等过程中低成本高效率的目标，需要对创新技术进行开发，例如高效率的水电解与人工光合成、高纯度氢气的透过膜等新制氢技术研究；实现高效率的氢气液化机、长寿命液氢保持材料；开发低成本且高效率的能源载体；高效率、高可靠度、低成本的燃料电池技术开发；开发氢气和二氧化碳的创新化学合成方法等。

日本可行的清洁制氢方式有太阳能制氢、生物制氢和废料制氢。利用核能制氢作为一种补充方式，也在日本的考虑范围内。太阳能制氢分为两种方式，光伏制氢采用太阳能发电与电解水制氢的组合方式，实现了清洁能源生产清洁能源，并可以有效地消纳光伏发电，可以实现两种重要新能源之间的有效结合应用。对于日本来说，福岛氢能研究实验基地（FH2R）的深层意义是证明氢气作为电 平衡解决方案和气源的优势。另外一种利用太阳能制氢的方式是光解水制氢，但低效率是目前这种方式的局限性。生物制氢的优势在于微生物自身的新陈代谢，产氢反应在常温、常压和接近中性的温和条件下即可进行，而且可利用工农业废弃物为制氢原料，既实现了废弃物资源化，成本低廉。所以生物制氢技术是一种发展前景广阔的环境友好型制氢新方法。制氢高手“红鞭毛杆菌”细菌的发现说明日本在该方面深入了研究和探索。工业过程中热化学制氢也可能成为未来研究重点，截止2019年，日本共有9座核电站在运行中。以核反应堆提供的高温作为热源，使水在800℃至1000℃下催化热分解，产生氢气，是一箭双雕的高效率节能方式。

（二）液氢制备、固态储氢技术实现突破，有机液体储氢实现应用

储运技术是氢气能否得到高效利用的关键，是限制氢能大规模产业化发展的重要瓶颈，因而成为目前全球氢能产业化发展的重点和难点之一。在氢气资源尚不足够的背景下，日本政府需从海外大规模进口氢燃料，运输就成为一个难题。日本现有的储氢方式是高压气态储氢与低温液态储氢。近期日本的目标是降低液态储氢的成本，提升其远距离能力和安全性，同时尝试应用有机液体储氢和固态储氢方式。

在液态储氢方面，日本已有利用磁制冷技术用于液化氢气的研究成果，磁制冷的效率是气体压缩制冷的5到6倍，该技术产业应用的突破可大幅度降低液氢制备的成本。川崎重工生产的全球首艘液态氢运输船“SUISO FRONTIER”号也于2020年下半年投入使用，这将是打破地理资源限制的颠覆性成果。但若要长期使用液态储氢的方式，还需要提升保温效率，克服保温与储氢密度之间的矛盾，减少储氢过程中由于氢气气化所造成的1%左右的损失，同时要降低保温过程所耗费的相当于液氢质量能量30%的能量。固态储氢方面，尽管阶段性成果还处于实验室阶段，但其体积储氢密度高，且不需要高压容器，是未来重要的发展方向。日本在扩大固态储氢材料的种类上不断突破，2018年东京理工大学宫内博宏课题组成功将硼化氢钠米片（HB）发展成为一种有效的氢载体。未来若实现产业应用，还需要提高质量储氢密度，并降低成本及温度要求。此外，有机液体储氢的优势在于成本低，在需要氢气时再进行脱氢反应，安全性高。日本计划利用基于甲苯与甲基环己烷可逆反应的储氢技术，以甲基环己烷为储氢载体，从文莱海运至日本川崎。该项目目标为预计在2020年实现年供给规模将达到210吨。未来日本或在提高低温下有机液体储氢介质脱氢速率与效率、催化剂反应性能以及改善反应条件、降低脱氢成本和操作难度方面进行突破。

三种储运方式各有千秋，日本目前为了首先实现氢能供应会首选低温液态储氢，尽管该方式不够经济，但可以短时期缓解日本氢能短缺的现状。具有高质量高体积储氢密度特点的有机液体储氢方式与固态储氢方式虽然目前还不够成熟，但应该是未来日本为最终实现氢能社采取的最佳手段。

（三）日本与美国欧洲达成合作联盟，未来合作将更加紧密

日本最初提出将发展氢能作为国家战略后，美国与欧盟也相继推出了发展计划。随着氢能技术商业化发展的提速、全球市场规模的扩大，未来日本与美国、欧洲的合作也将会变得更加紧密。首先政府间利用已经形成的合作机制可能会出台一些合作计划推进氢能技术的开发，合作基础包括美日欧三方的能源部门宣布的未来氢及燃料电池技术共同开发声明以及日本NEDO和美国能源部在氢能及燃料电池领域共享研发数据等。由于氢能产业目前刚刚起步，日本单独的国内资源和市场有限，每一项技术突破均设立一处试点工程很不现实。通过政府间的合作日本还可以将研发的技术雏形在他国进行试点、加速技术的产业化应用，待技术成熟后再转回日本国内继续推广。如之前日美在制氢领域曾展开过合作：丰田提出了从生物和农业废料中制取氢气的技术路线，随后便在美国长滩港建造了使用该技术的兆瓦级可再生能源加氢站。此外，欧美日企业间的合作也会是该领域大概率发生的动作，而且企业在氢能领域技术的发展目标与目前氢能市场化发展的趋势相一致，应该是最有可能产生颠覆性技术的群体。丰田汽车是最早实现氢燃料电池汽车商业化的汽车企业之一，其燃料电池核心技术为世界顶尖。法国雷诺曾在2019年推出过一款氢燃料电池做为现有电动车增程器的纯电动商用车，但雷诺在氢燃料电池方面的技术有限，若想在该领域取得进一步发展，习惯和日企联盟的雷诺集团非常有可能会向新的日本伙伴寻求合作。另外，德国和日本的车企曾在华盛顿燃料电池峰会上共同表达过对氢燃料电池汽车取代传统燃油车的态度。目前，日本在氢燃料电池汽车领域已经走在了世界前列，而德国作为世界汽车技术方面长期的领导者之一，同时也有推动氢燃料电池车的计划，这两者极有可能强强联合开发燃电池新技术和新型燃料电池汽车，来引领全球燃料电池汽车的发展。

三、剖析中日氢能差异，发展中国特色氢能产业路线

为了缓解能源的日益枯竭、应对气候变化，我国紧随日本脚步，在氢能领域展开布局。但由于我国与日本的能源现状、产业基础和起步时间不同，故在氢能领域的布局及发展情况有所差异。下文就中日氢能产业存在的差异进行梳理，并就我国存在不足的方面提出了相应的建议。

（一）用氢产业以交通领域为主，首要发展燃料电池技术

我国能源结构多样化，能源分布不均，下游应用市场空间复杂，因此不能同日本一样一概而论着重发展氢能。就我国目前能源改革需求和消费情况看，氢能是发展趋势，但不是唯一的也并非是最迫切的突破点。今年两会提出“氢能在交通领域的终端应用将整体带动产业链的发展”，所以我国重点可先放在燃料电池技术上，将新能源汽车产业化重点向燃料电池汽车拓展，在运输需求大以及环保要求高的区域优先开展氢燃料电池汽车示范应用，以点带面，推动产业又快又稳发展。虽然我国氢能与燃料电池产业已经进入了商业化初期，但在发展过程中也暴露出基础设施建设还比较薄弱，部分关键材料及核心零部件还依赖进口，如燃料电池的关键材料包括催化剂、质子交换膜以及炭纸等材料大都采用进口材料，关键组件制备工艺急需提升，膜电极、双极板、空压机、氢循环泵等和国外存在较大差距。

对于目前存在的问题，我国应集中精力攻克核心材料和关键零部组件技术难关，突破国外先进水平的技术壁垒、简化工艺降低门槛，实现稳定的批量化生产，达到氢燃料电池上游核心材料及部件自给自足的目标。

（二）优化煤制氢、副产氢、固态储氢技术路线，加强加氢站的建设与运营，是发展氢能供应链系统的关键

加氢站方面，日本约半数加氢站为低温液态储氢配套低温泵加氢站，而我国的加氢站建设还处于发展初期，现阶段国内运营的加氢站均为高压储氢加氢站。目前我国加氢站设备制造的发展方向主要是产业规模化，从而降低加氢站的建设成本，促进氢能产业链的发展。

（三）政企协同、企企合作，助力我国加快完善本土产业链

产业层面，日本已经形成了封闭且功能完整的本土产业链。以丰田为例，其双极板的冲压与改性均由丰田自己完成，双极板钛金属由丰田或神户制钢供货。燃料电池相关其他核心部件也是由日本企业如东丽等供货。然而我国虽涉及关键零部件的生产，但在产品性能方面与日本还存在较大差距，多数关键材料和部件仍然依赖进口，国内难以形成完整产业链。另外，在企业的协同发展方面，日本通过NEDO汇聚政产学研用力量集中进行技术攻关，知识产权可在内部共享，有助于快速实现技术突破，并避免了分散研发带来的资源浪费和恶性竞争。而我国企业基本上是各自为战，技术路线各异、专业人才稀缺现象突出，拖慢了我国氢能技术的发展进程。

针对以上问题，我国应借鉴日本的做法，在政府的协同下，将氢能领域的龙头企业和科研院所汇集到一起，集中突破氢能“卡脖子”技术，并进行信息共享，以加快氢能发展进程。同时，还可以通过创建氢能企业联盟，促进产业链上各环节的企业集中协同发展，优势互补，形成配合度和契合度较高的完整产业链条。

（四）完善氢能行业标准体系，促进产业健康有序发展

标准对于技术和产业的发展起到了重要支撑作用，日本自发展氢能以来制定了多个氢能领域的技术标准，各个技术标准间相辅相成，合力为日本氢能产业服务。而我国在标准方面还存在诸多不足，虽然我国已经成立了全国氢能标准化技术委员会，并围绕制氢、储运及应用等环节发布了百余项国家标准和行业标准，但随着氢能产业的不断拓展，部分技术标准还需要重新修订。此外，储氢、加氢等环节的安全标准也不够完善。对此，我国应尽快健全氢能法规标准体系，加强氢能产业链上的安全标准工作，并鼓励领军企业积极参与行业标准制定与修订。