2022，氢能“干掉”锂电，成为主角？

锂电池左转，氢能右转。

作者| Main Wood

编辑|日落

在2008年北京奥运会上，穿梭于各个场馆和奥运村之间的纯电动汽车成为一道亮丽的风景线。十多年后，电动汽车遍地开花，成为一种司空见惯的存在。

事实上，近年来，随着纯电动有轨电车的广泛使用，也出现了电池成本高、无法进入东北地区等诸多问题。随着全球市场对新能源的追捧，以及我国新能源等朝阳产业的大力推动，纯电动汽车作为一种技术门槛相对较低的产品，迅速进入寻常百姓家，锂电池也迎来了一场“狂欢”。

但市场似乎在2021开始好转。为了减少对化石能源的依赖，国家提出了2030年碳峰值和2060年碳中和的双碳目标，中国能源结构转型正在加快。

氢能并没有出人意料地乘风破浪，在2022年北京冬奥会上，氢动力汽车也成功领先。消息称，负责赛事交通保障的北京公交集团将推出一批氢动力公交车，为冬奥会做充分准备。

事实上，关于氢能的风从2019年就开始吹了，当时氢能首次写入《政府工作报告》，提出要推进充电、加氢等基础设施建设。氢能的话题一再占据舆论的主导地位。

然而，包括美锦能源（000723）在内的一批氢能企业，在多年的概念炒作后，仍未能拿出业绩，导致风变成了泡沫。

然而，需要注意的是，锂电池行业也经历过类似的经历。2016年，在政府的大力补贴下，许多A股公司玩起了“忽悠补”的把戏，投机者也趁机入场。然而，在“疯狂”之后，许多投资者也被“埋葬”在其中。幸运的是，如今锂电池行业已经成熟得多，企业的价值正在逐步实现。

为此，许多专家机构认为，如今的氢能与十多年前的锂电池非常相似，前景看好，财务前景更广阔。这个行业实现其价值只是时间问题。那么，在未来，氢能能否“杀死”锂电池呢？

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氢能的优势

氢作为元素周期表中的第一种元素，是最常见的元素之一。氢气也被广泛用作汽车、轨道交通和船舶等交通领域的燃料。它也可以用作炼油、钢铁、冶金等行业的原料、还原剂或热源。它还可以用于分布式发电，为家庭、商业建筑供电和供热，并可以成为一种储能工具。

氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源，是实现“碳峰值和碳中和”的重要手段，也是能源结构调整和产业升级改造的重要方向。

与主流锂电池相比，氢能具有显著优势：

1.氢能更环保

长期以来，锂电池中含有重金属镍、钴、砷等有污染物，必须回收利用。因此，市场上对锂电池产业链的污染和电池回收利用存在巨大争议。

老实说，目前锂电池在新能源汽车中的使用仅在使用阶段实现了零碳排放。然而，在整个产业链和生命周期中，锂电池并没有实现零碳排放。

例如，上游原材料供应链中的碳排放量占70%以上。因此，从原材料和整个产业链的角度来看，锂离子新能源汽车不是零排放的，而氢燃料电池可以实现接近零排放。

在生产方面，中国正在大力发展风电、光伏等清洁可再生的一次能源，并结合水电解制氢技术生产所谓的绿色氢气，可以实现全生命周期的清洁低碳，使氢能……

连接不同形式能量的桥梁。

从这个角度来看，锂电池最终只是过渡产品，氢能似乎更有潜力成为21世纪最强大的能源解决方案之一。

2.氢能更实用

除了环保之外，氢能最大的优势其实在于它的实用性。

众所周知，目前锂离子电池最大的痛点是电池寿命。锂电池中电解质的粘度在低温下增加，离子传导速度减慢，导致外部电路中的电子迁移速度不匹配。电池经历了严重的极化和充放电容量的急剧下降。

据机构数据显示，普通锂电池在-20°C下的放电容量仅为室温下的31.5%，部分锂电池甚至无法在低温环境下充电，这使得纯电动汽车难以进入东北。当然，作为一种能源，它的用途远远超出了汽车。在航空航天、军工和电动汽车领域，要求在-40°C下正常工作，而锂电池显然无法承担重任。

锂电池更常用作储能装置，先储存电能，然后在需要时释放；

严格来说，氢燃料电池是一种发电装置，类似于发电厂，通过电化学发电将化学能直接转化为电能。在没有热能和机械能的中间转换的情况下，自然不存在能量损失的问题。

在某种程度上，这也意味着氢燃料电池只需要考虑如何储存氢能，并且在使用时就像现在加油一样，省去了电动汽车长时间充电的耗时过程。

此外，氢气的热值在普通燃料中最高，达到142KJ/g，大约是石油的三倍，是煤炭的4.5倍。如果用作电池，氢电池的能量密度也会更高，约为40kWh/kg，远高于0.25kW/kg左右的普通锂离子电池和12kWh/kg左右的燃料汽车。

这意味着，在消耗相同数量的能量的情况下，氢气提供了最大的能量，并提供了更多的电力。2008年，波音公司甚至成功测试了以氢燃料电池为动力的小型飞机。

通过比较，我们可以清楚地看到，氢能具有碾压的优势，更符合能源发展的总体趋势。

3.氢储能的优势

随着光伏和风能等可再生能源的快速发展，储存所产生的电力已成为一项挑战。目前的主要解决方案之一是使用大量电池组来存储电能，另一种是抽水蓄能。

然而，上述所有情况都具有诸如高成本和高技术难度的缺点。以储能电池为例，它们主要适用于低功率、短周期、分布式储能，持续时间短，最长可达一周。储能电池储存的能量越多，占据的空间就越多，不适合发电站等大型储能场景。抽水蓄能需要靠近水源，也有局限性。

氢能储存带来了另一个解决方案。广义上讲，氢储能是指将任何形式的能量转化为氢的化学能，以氢的形式储存。狭义上讲，储氢是指利用太阳能（000591）和风能等清洁能源的氢能，或夜间电网的多余电力，通过电解水生产氢气，储存在储氢罐中，然后利用燃料电池发电技术实现氢气利用。

应该注意的是，氢气是一种极好的储能介质，可以以气体或液体的形式储存在高压罐中，也可以以固相的形式储存于储氢材料中。此外，氢储能具有高能量密度，是为数不多的可储存100 GWh以上的储能技术之一，可用于短期和长期供电。

因此，与电池储能和其他传统储能方法相比，氢储能具有一定的比较优势，尤其是在大规模储能方面。与电池储能相比，氢储能的成本优势是显而易见的。

理论上，氢能的爆炸似乎迫在眉睫，但事实并非如此。在开发和利用氢能的道路上仍然存在许多障碍。

02

氢能仍处于早期阶段

能源的使用基本上只有三个问题：如何制造、储存和运输。氢能也不例外。只有解决这三个问题，大规模发展才有可能。然而，目前氢能在这三个方面都存在一定的技术问题。

首先，氢气生产：

目前，中国的氢气生产结构主要基于化石燃料生产氢气，也称为“煤基氢气生产”，占比高达62%；其次是天然气制氢，占18%；工业副产品氢气占18%；

用于制氢的电解水，也被称为“绿色氢气”，只占1%。

每种类型的氢气生产都有其自身的优点和缺点。从化石燃料生产氢气的过程会产生二氧化碳等温室气体，产生的氢气含有杂质。对氢气的后续净化和碳排放处理有很高的要求，但这种氢气生产方法的成本较低。

氢气生产的工业副产品净化采用富含氢气的工业废气作为原料，可以避免氢气浪费。但从长远来看，主要产品仍存在纯度低、产能受限等问题，无法作为大规模集中供氢源。

尽管电解水制氢具有纯度高、杂质低、易于与可再生能源整合、制氢过程中无温室气体排放等诸多优点，但其成本远高于其他制氢方法。

据计算，煤制氢成本仅为10元/公斤左右，而电解水制氢成本约为50元/公斤。

然而，随着双碳目标的临近，煤制氢与催化裂化联合生产的成本将显著增加。电解水生产氢气的成本主要与电费有关。随着光伏和风力发电成本的逐步降低，电解水生产氢气的成本有望得到进一步控制。

经计算，电价在0.3元/千瓦时以下时，电解水制氢具有较好的经济效益。据测算，到2025年，中国60%地区的光伏上网电价将在每千瓦时0.13元左右，风电每千瓦时成本将控制在0.15元左右。届时，氢能的成本可能比汽油更有利。

因此，总体而言，在短期内，煤制氢仍然是中国氢气的主要来源；从中期来看，工业副产品制氢有望成为氢气供应的主要工艺，但存在的问题也阻碍了其长期采用；从长远来看，随着可再生能源价格的下降，清洁高效的绿色氢气将成为氢气生产的主流工艺。然而，目前还不知道这需要多长时间。

储氢问题：

当然，除了制氢，储氢也是氢能产业链中最重要的组成部分之一。

目前，储氢技术可分为两类：物理储氢和化学储氢。物理储氢主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、活性炭吸附储氢、碳纤维和碳纳米管储氢、地下储氢；化学储氢主要包括金属氢化物储氢、液态有机氢载体储氢、无机化合物储氢、液氨储氢等。

目前普遍采用高压气态储氢，具有技术成熟、充放氢速度快、容器结构简单、发展成熟等优点。然而，它也具有低体积储氢密度和对容器的高压力要求的缺点。

从长远来看，低温液态储氢和固态储氢有发展潜力，但两者都有不同的技术挑战需要克服。

低温液氢储存可将氢气冷却至-253℃，储存在低温绝热液氢罐中。低温液氢储存由于其储存密度高、液氢纯度高，是一种理想的储氢方法。然而，存在两大技术挑战，一是液氢储存容器的绝缘问题；

其次，氢气液化耗能高，在工程液化过程中会造成一定的损失。

固体储氢是通过金属合金吸附、释放氢气等可逆反应实现的，具有安全性高、储存压力低、释放氢气纯度高、运输方便等特点。然而，高成本和短寿命也是必须面对的挑战。因此，目前大多数固态储氢装置都处于研发实验阶段。

当然，除了上述储氢方法外，有机液体储氢、无机化合物储氢等理论上都是更完整的储氢解决方案，但目前还处于研发阶段，远未大规模商用。

氢气运输问题：

最后，还有氢气运输的问题。氢能要想实现大规模ToC，交通运输问题不容忽视。

氢作为元素周期表中的第一种元素，在气态下密度极低，可以与氧气形成爆炸性混合物。因此，在大规模运输过程中，必须对其进行压缩和储存，以呈现高密度气体、固体或有机形式的氢气。

目前，氢能的运输通常根据不同的储氢状态和运输量进行调整，主要包括气态氢运输、液态氢运输和固态氢运输。

气态氢通常通过长管拖车和管道运输；液氢通常由罐车运输；固体氢运输可以直接运输储氢金属。

从另一个角度来看，长管拖车既灵活又方便，但在长距离和大容量运输时，成本会更高；

管道运输虽然氢气输送量大、能耗低，但管道建设的一次性投资也更大。即使氢气逐渐引入天然气网络，也无法轻易解决高成本问题。

由于天然气通常使用钢管运输，溶解在钢中的氢分子会导致氢脆，超过钢的强度极限。因此，如果要通过管道运输氢气，需要碳含量极低的材料，而这些材料的成本通常是正常天然气管道材料的两倍。

当然，也可以使用天然气和氢气的混合运输，但这种方法对氢气含量的比例有严格要求，不能超过20%。此外，将昂贵的氢气与廉价的天然气混合也会导致价值损失。

液氢罐车运输是一种快速、经济的氢气运输方式，能够满足大氢气运输量的要求。如上所述，氢能的液化过程将产生巨大的成本，也会导致能源消耗的巨大损失。目前，它在中国仅用于航空、航天、军事等领域，没有民用案例。

固态储氢技术成熟的是合金储氢，主要包括镁基合金、稀土基合金等。储氢合金与氢气反应生成金属氢化物，实现储氢。这也导致对储氢材料的性能要求更高，一些金属氢化物的充氢和放电速率低，一些金属合金的成本高。

最后，我们回到氢能的应用。从目前的需求结构来看，氢能应用场景的产业色彩仍然很浓，氢气主要用于合成氨和石油精炼等领域。然而，民用氢气的比例极低，目前可以想象的最大应用场景是氢燃料电池汽车。

然而，制约乘用车推广的重要因素除了解决生产、储存、运输三大问题外，还在于氢燃料电池汽车最初的推广是在汽车层面，缺乏其他低水平消费品的消费基础和加氢站等基础设施的支持。

未来，乘用车使用氢气的成本可能会下降到与锂电池类似的水平，但在短期内，锂电池仍将是发展的“主力军”。

纵观全局，氢能发展的政策和补贴正在逐步提上日程，从制氢到储氢运输再到应用，有望迎来大规模更新和增长。未来是光明的，但道路也必须是曲折的。氢能离大规模市场化还有很长的路要走。

就像2008年奥运会一样，今年的冬奥会将见证世界见证中国在新能源领域的发展，但这次的主角从LI变成了H。本文首发于微信公众号：财经新知。文章内容属于作者个人观点，不代表和讯网络的立场。投资者应据此操作，并承担风险。

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