【汽车人】氢产业的此趋彼退

时间:2021-03-30 07:55:58 来源:汽车人传媒 作者:黄耀鹏 点击:
关键字:氢产业
摘 要:一头是政府和第三方资本,一头是主机厂及其供应商,基于自身立场进退,共同演绎了如今的氢产业奇景。

 

一头是政府和第三方资本,一头是主机厂及其供应商,基于自身立场进退,共同演绎了如今的氢产业奇景。

 

文/《汽车人》黄耀鹏

 

2020年对于氢燃料电池产业来说,是颇为诡异的一年。

 

大厂纷纷弃局,表示不玩了,其中投入期超过10年的比比皆是。如果只算主机厂,这一年走的比留下来的更多。而中国这样的国家级力量,则悄然增加燃料电池技术的投入,中间不断有各种投资机构加入,甚至在2020年达到融资的一个小高潮。

 

此趋彼退,其中似乎存在巨大的认知矛盾。尽管都是从战略的高度着眼,但各方立场迥异,谋求的利益也大相径庭,出局入局的考虑自然不同。

 

“放水养鱼”失败

 

企业衡量一桩业务的标准很简单,就是商业利益。在盈利压力下,商业领袖们并不把掌握多少新技术,作为衡量标准。他们必然要问执行层,新技术所代表的未来产品,比现有产品拥有什么样的优势?是体验更好,还是成本更低?如果问题简化一下,新玩意能不能赚钱?至少要有赚钱的念想。

 

 

2015年以来,燃料电池的发育让企业不断陷入更深的失望当中。在2020年,戴姆勒、通用汽车、福特、本田、日产,先后宣布搁置(或暂停、中止)氢动力汽车(FCV)产品的研发。其中戴姆勒已经在氢燃料领域持续投入30年,最后黯然收场。受命给戴姆勒“瘦身”的康林松,无法容忍这样一个没有前途的项目持续烧钱。

 

2020年因为疫情,CEO们当然面临巨大的成本压力。但是更重要的是,丰田当初“放水养鱼”的计划失败了。2015年1月,丰田在发布首个量产燃料电池车Mirai之后,在CES展之前,宣布开放氢燃料电池技术5680项专利使用权,其中关于Mirai的专利就有1970项,可以免费使用到2020年底。

 

真的到2020年底的时候,丰田没有延长燃料电池专利群的“免费期”,也没有厂家对此表示遗憾。它们可能暗地里搭了丰田的“便车”,指望丰田提供电堆技术。但就公开而言,没有哪个一二线车企承认,它们必须依赖丰田的免费专利,才能做出FCV。

 

2013年,戴姆勒、福特、日产痛感到FCV项目过于劳师糜饷,开始组团合作研发。奔驰好歹还生产了数百辆GLC F-CELL用于各种参展,但从未公开销售过;福特和日产则连小批样车都没做尝试。

 

 

而宝马依赖丰田电堆技术,FCV产品还需要3、4年才能问世,似乎是宝马有意控制节奏的结果。

 

目前全球在售FCV乘用车,还能保持一定销量的,只有两款:一款是丰田Mirai,另一款则是现代NEXO。2019年,NEXO销量4818辆,Mirai销量2407辆。不过,后者累计销量超过1万辆。而FCV乘用车全球保有量只有2.4万辆,这个数字太小了,以至于很难在街上遇见。

 

中期机会丧失

 

现在,整个汽车产业面临市场前景的不确定性。技术路线上,电动正在占上风。2020年,单是动力电池,中国新增投资额就达到1794亿元,基本来自于大厂商。考虑到车型平台、基础设施投资,全球装备投资新增额度将在万亿元以上。

 

在乘用车领域,氢动力方案中期内(5年内)没有机会了。以前作为技术储备,这类研发项目还可以小规模投入,但是主机厂现在面临的盈利压力越来越大,这两年上台的跨国车企CEO们,热衷于做两件事:砍传统业务规模、转移投资。

 

至于转的方向,当然朝向电动,氢动力研发什么也捞不到。

 

 

电动产业中,主机厂和电池厂双引擎带动;而在氢动力领域,主机厂推“独轮车”。在漫长的技术实践中,主机厂从环保狂热中逐渐认识到,氢能的劣势,很难克服。

 

作为产业,成本高是最大的劣势,而且剪刀差很难用大规模补贴来弭平。2017年上汽大通生产一款轻客,裸车售价130万元,享受各种补贴100万元。这么高的补贴比例,意味着难以实施大规模补贴。

 

两个认知的颠覆

 

成本高体现在两方面:一个是固定成本下的能密过低;另一个是能量转化效率低。这两个都颠覆了大家基于原理的认知。

 

氢的理论能密高达140MJ/kg,看上去比汽油(12-17MJ/kg)高很多,但是没有太大意义。就像我们不能只考虑电池单体能密一样,必须要考虑加上模组和PACK结构件之后的能密。氢动力也必须也要考虑储罐。

 

不幸的是,氢容易泄露,导致氢罐太难减重。丰田新款Mirai为3个70MPa的“高压”氢罐,一共装5.6kg氢。“高压”氢罐从内到外壳体三层结构,树脂衬里、碳纤维强化树脂中间层、玻璃纤维强化树脂外层。通过丰田公布的5.7wt.%(重量效率比)反推可知,3个氢罐总重量高达92kg。这样一来,氢动力综合能密为800Wh/L,大致是三元锂电池的3.6倍,听上去还不错。但是,加上氢动力驱动效率远不如电动的因素,氢上车之后,也比电动效率要低。叠加上高昂的成本,眼下氢动力没有乘用车商业价值。

 

 

如果公平地衡量效率,就需要引入全周期效率概念(即WTW,从井到轮)。大众汽车曾经用一幅著名的能量转换图,说明了该问题,其实这幅图是一家咨询公司的杰作。

 

我们只引用结论:“以电池为动力的电动汽车,在将电能存储到动力电池之前,在运输过程中仅损失了8%的能量。当电能转换为驱动力时,又损失了18%。因此,根据车辆级别的不同,由电池供电的电动汽车的效率可达到70%至80%。”

 

“氢燃料电池需要2-3倍的能量才能驱动相同的距离。它的损失要大得多:电解产氢的过程损失45%的能量,储运损失5%,在车上将氢能转化为电能时,又损失了55%。这意味着氢动力电动汽车的效率只能达到23%-30%。”

 

大众汽车称:“我们负担不起这种能源浪费。氢是清洁的,但它的能力被夸大了,在乘用车上,它是一个错误。”

 

到了用户端,FCV行驶成本高达9-12欧元/百公里,而EV行驶成本为2-5欧元/百公里。而且,欧洲电价普遍高于中国。

 

 

说一千道一万,用起来贵的产品没人要,除非体验更好。日本大力促进加氢站建设,2020年底数量达到118座;美国有45座,但全在加州;德国有87座。中国目前有51座,但只有41座正常运营。

 

全球所有加氢站都是亏本运营的,没有补贴就无法坚持。

 

生产存储运输全是坑

 

就像大众汽车指出的那样,和电能相比,氢的生产端生产成本过高,化工裂解不环保,电解水能耗大,效率低。此前发展蓬勃的“风光”(风电光伏组合)由于对电网调控有负面作用,被称为“垃圾电”,遭到相当比例的弃置。有人提出,用“风光”发电,电解水,产生氢。这的确是个好主意,相当于用氢充当“能量储存器”。

 

但是,氢本身的储运同样存在成本和技术难度。

 

储氢常见手段有高压、液化、固态吸附、液态化合物、金属氢化物、自然储氢。目前质量分数最高的是自然储氢中的甲醇手段,甚至有厂商将甲醇搬到车上,使用“甲醇重整”方案产生氢,但它们的电能转换效率低于光伏。

 

 

就算用“风光”发电(其实“风光”目前发电成本高于火电),氢生产出来了还得运输。目前有3种手段:加压气态运输、液氢运输、管道运输。

 

韩国最大的氢气生产企业德阳拥有每小时19万标方(约17吨)氢生产能力,以管束拖车运送到加氢站,25吨重、20MPa的管束拖车仅载300公斤氢,占总重量的1.2%。

 

如果继续加压,就必须强化容器,减少表面积,又是一笔开销。

 

液氢运输必须泄压,每天损失3%。管道运输因为氢的逃逸特性,管道成本比天然气管道高2倍以上,无法大规模建设,敷设到加氢站。到头来,还得靠拖车。

 

丰田在氢产业内是全能选手,打造了从生产到消费端的所有技术,但无人跟进。这就像主机厂负责发电、层层电力输送到桩、送到消费者的车上一样荒谬。

 

 

主机厂研发敷设充电桩,也是为了推广(有接口标准因素),最终还要靠国网接盘。

 

在氢产业中,主机厂退回终端层,是早晚的事。

 

国家接盘,外部资本跟进

 

氢产业领域,企业的理想状态,还是研发终端,最多在往上延伸一两个环节。能源生产、运输和基础设施,必须有大投资方出面接盘。中国政府在2019年开始对氢能重视,2019年,氢燃料电池首次被纳入《政府工作报告》;2020年,氢能被纳入《能源法》征求意见稿。

 

截至2020年1月,中国的氢能源结构里,煤制氢占比62%,天然气制氢占19%,可再生能源电解水制氢仅占1%。

 

德国电解水制氢装机容量占全球的45%,欧洲其他地区则拥有另外的28%。欧盟拥有密集的电力和天然气基础设施等有利条件,中国很难复制。至少到2025年前,中国仍侧重化石能源制氢。2025年之后,CCUS(碳捕获-封存技术)有望成为主流。

 

 

目前,苏州为首的40多个二、三线城市(大多是错过电池发展机遇的),对氢能发展热情很高。仅2020年半年,氢能名义投资就超过1300亿元。和电池不同的是,这笔钱是政府投资平台和跟投资本拿出来的。氢投资相当于EV 10年前的样子,没准儿更幼稚一些,金额不能说明成熟度。

 

和欧美给燃料电池项目补贴不同,中国倾向于直接给燃料电池本身补贴。尽管生产企业目前基本都没有赚钱,但产能扩张仍在继续。

 

主机厂退出的氢基础产业,各国政府正在逐渐用补贴和政策引导慢慢介入。但是两者没有交接,存在空白。原因是FCV市场太小,在上游环节扩张,只会造成燃料电池产能过剩(国内现在已经过剩了)。

 

如果不改变制取路径,FCV对碳中和帮助有限。但是氢不依赖外部贸易,对国家有重要战略意义。这和大规模扶持EV产业,有同样道理。

 

今年2月,美国一家燃料电池概念创业公司Advent在纳斯达克上市,这是第六家在美IPO的相关公司。此前巴拉德、普拉格等公司股价已经大涨,美国的氢产业更是一言难尽。这意味着资本的另一面,即便产业本身不赚钱,依靠专利技术,仍然要占据赛道。

 

 

显然,未来5-10年,氢产业仍处于深化基础研究的阶段,为遥远的商业化做准备。主机厂此前的一系列产品,算是严重“早产儿”,夭折是正常的。

 

这其实是主机厂退出的最好理由。与此同时,国家站在能源安全的战略高度,稳步布局氢产业,不以追求中短期经济效益为目标。

 

尽管FCV连备胎都算不上,中国仍在基础环节投入。国家要求地方政府,一旦开始提供补贴,就要做好长期打算。这意味着5-10年内氢产业都是赔钱的。

 

一头是政府和第三方资本,一头是主机厂及其供应商,基于自身立场进退,共同演绎了如今的氢产业奇景。(文/《汽车人》黄耀鹏)【版权声明】本文系《汽车人》独家原创稿件,版权为《汽车人》所有。

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