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2022年12月23日
世界上所有的能源都与碳氢平衡相关，从煤炭到石油、天然气，再到“终极能源”氢能，碳的占比在逐步降低，直到降为0。未来，能源结构将从高碳低氢向低碳高氢转换。
提到氢能源，就必须提到日本。日本是全球氢能源最为发达的国家之一，其氢能源专利占据全球33%。而日本早早布局氢能源，是历史趋势也是“情势所逼”。
作为世界第三大经济体的日本，一直依靠进口的石油、天然气和煤炭为其工业供能。为了提高工业竞争力、摆脱能源“卡脖子”，日本一直在追寻适合本国的可再生能源。日本国土面积小、资源匮乏、又四面环海，除了海洋是日本天然可以依赖、可以称得上取之不竭的资源，日本其他资源相对都比较匮乏。海洋能带来的可再生能源，包括水力发电和水电解制氢。这是日本执着于发展氢能的原因之一。
其次， 2011年的日本福岛核事故，让日本政府重新审视能源安全问题，随后就提出“氢能社会”构想。由此可见，是种种历史和现实因素倒逼日本发展氢能。
日本计划以氢能替代一大部分进口能源，在2019年4月发布的《第五次能源基本计划》中，日本计划将氢能源汽车数量从2020年的4万辆增加到2025年的20万辆，2030年氢能源汽车数量将达到80万辆。这一转向是日本在30年内彻底实现碳中和计划的关键一环。
正如1970年代日本引领了液化天然气的使用一样，该计划若成功，可能为全球氢能供应链奠定基础，最终使氢能成为一种独立的能源载体，进一步推动石油和煤炭的边缘化。
日本氢能源专利很多，具有先发优势。但是就像当年液晶面板的格局一样，跑得快不一定跑得远，日本的Sharp、松下、东芝、索尼等，专利数加起来比别的国家都要多，处于绝对垄断地位，但是日本整体市场太小，仅限于在本土发展，很难再带来二次进步，因此在这个领域后来很快就被中韩超越。对氢能源而言同理，找准更广阔、更有潜力的市场，才是让日本氢能源技术真正商业化落地的正道。
除了日本外，欧洲各国、美国、俄罗斯、沙特等也相继布局氢能战略。曾经的美国，凭借着页岩油以及将美元与石油捆绑的能力，直接退出巴黎协议。但后来其他国家都开始发展清洁能源，所以美国只能再次加入。作为传统能源大国的俄罗斯和沙特入局的原因也是如此，他们的能源出口对象如果逐渐依靠可再生能源，放弃化石能源，就将无利可图。发展氢能源，是全球能源结构调整的必然发展方向。
目前，生产氢的方法有很多种，它们被归类为氢的“光谱”，以表示生产每种燃料所用的不同技术。灰氢，是目前最常见的制氢方式，从天然气或蒸汽甲烷捕获获得；蓝氢是利用CCUS等先进技术实现温室气体的捕获；绿氢是由电解水制成的可再生能源；棕氢是最便宜的生产氢的方法，利用煤炭产生氢气，对环境最具破坏性；绿松石氢是指甲烷热解过程产生氢气和固体碳；粉红氢是由核能电解产生的。
图 不同氢气种类
各国发展的氢气类型，与其能源结构也是息息相关的。例如日本力求发展绿氢；俄罗斯重点倾向于蓝和黄氢；沙特主要追求蓝、绿和粉氢；中国生产的氢气以棕氢、灰氢为主，未来希望提高蓝氢、绿氢的比重。
在“双碳”目标驱动下，近几年国内氢能源产业的发展迎来快速发展期，万亿级市场有待发掘。有以下几点推动因素：
1、中央和地方各级政府不断加大对氢能源产业的政策支持力度，包括提供补贴和税收优惠（与之相反，对于高碳排放产业征收碳税）、研发投入与融资支持、完善市场配套机制、完善安全标准体系等。
2、可再生能源包括光伏、风能成本的大幅下降。这会直接影响制氢的价格走势，清洁能源制氢将进入发展正循环，扩大产业发展空间。
图 上游燃料电池国产化率提升必将带动下游市场爆发
国内燃料电池的发展就如同C919国产大飞机，先进行整机的组装，再逐步实现核心系统以及上游零部件、材料的国产化。以催化剂为例，燃料电池催化剂需要用到铂金这一贵金属，成本高是个无法避开的难题。现在降低成本的方式有两种，一是用非贵金属替代铂金，二是在保证催化效率的基础上尽可能减少铂金的用量。前者是一个世界级难题，在市场端还未出现能和铂金媲美的非贵金属催化剂，需要全球的科学家共同推进。第二种是国内厂家普遍选择的优化方式，预计在2025年能够实现国产催化剂的全面落地。
电堆作为燃料电池的心脏，成本占比高达62%，研发技术壁垒高，近几年来成为资本市场追逐的对象。以近期氢能源圈最火的企业为例：国内氢能产业研发龙头，国氢科技（国电投旗下），于2022年12月8日完成B轮融资，融资金额为45亿元，投后估值高达130亿元（2021年A+轮投后估值为41亿元）。
国氢科技能够成为氢能行业目前估值最高的独角兽企业，除了有“国家队”身份的加持外，更重要的是实现了包括燃料电池在内氢产业链核心技术的国产化，解决“卡脖子”难题，推进实现碳中和。
在氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节中，储运环节作为连接氢气生产端和需求端的关键桥梁，是高效利用氢能的关键，也是影响氢能向大规模方向发展的重要环节。其成本占比高达30%。
图 氢产业三大环节
我国能源供应和需求呈逆向分布，在资源上“西富东贫”，在需求上则恰恰相反。据统计，在中国西部地区可再生能源弃电率高达25%。氢作为能源载体，利用氢储运实现分布式供能是必然发展方向，未来需要积极开发大容量储氢方式。拥有完善的氢储运供应链才能支撑起庞大的氢能需求。
目前主要的氢储运方式分为气态储氢（高压&管道运输）、低温液态储氢、有机液体储氢及固态储氢。
图 氢储运方式对比
首先是气态储氢。一种是高压储氢。这是在常温下通过压缩机将氢气压缩到储氢容器中，以提高单位体积的氢气密度。特点是压力极高，最高压力达100MPa左右，也就是1000个大气压。第二种是利用管道运氢。一次性建造输氢管道的成本巨大，现在仍处于摸索、过渡阶段，利用现有的天然气管道进行天然气掺氢处理。国内现在仅有100km的输氢管道（美国有2608公里的输氢管道，欧洲有1598公里的输氢管道）。而且这一类的储氢方法必须直面氢脆的问题，长期安全性有待验证。
第二是液态储氢。液氢的温度低至-253℃，目前主要还是在航天领域应用。液氢面临着高成本、高能耗、运输安全等挑战。
第三是有机液态储氢。有机液态储氢存在脱氢技术复杂、脱氢能耗大、催化剂技术亟待突破等技术瓶颈，还未能大规模商业化应用。
第四是固态储氢。该技术具有储氢压力低、体积密度大、操作容易、运输方便、释氢纯度高、安全性好、可逆循环好等优势，是最具商业化潜力的储氢方式。
固态储氢主要分为物理吸附和化学氢化物储氢。前者通过活性炭、碳纳米管等材料进行物理吸附，以及金属有机框架物、共价有机骨架这种具有微孔网格的材料捕捉储存氢气。
而化学氢化物储氢利用金属氢化物储氢。氢气先在其表面催化分解为氢原子，氢原子再扩散进入到材料晶格内部空隙中，以原子状态储存于金属结晶点内，形成金属氢化物，该反应过程可逆，从而实现了氢气的吸、放。
当前金属基储氢材料主要有稀土系、钛铁系、钛锆系、镁系等。单位体积的金属可以储存常温常压下近千体积的氢气，体积密度甚至优于液氢，因此金属储氢成为热门发展趋势。
以分子量较轻的金属镁作为基础的镁系合金储氢为例，我国在镁资源方面非常有优势，全球大概90%的镁都是生产于中国，不存在材料被“卡脖子”的问题。其体积储氢密度可达106 kg /m³，为标准状态下氢气密度的1191倍，70MPa高压储氢的2.7倍，液氢的1.5倍，并且对环境非常友好。
固态储氢既可以大幅提高体积储氢密度，又可以提高储运氢的安全性，可解决人们最关心的氢能高密度储存和安全应用这两个问题，在国内快速推进氢能产业发展的当下，吸引多家企业入局：
厚普股份
厚普股份作为领先的清洁能源整体解决方案服务商，早在2013年开启氢能相关领域业务，并先后创新研制了国内第一台具备流量计量功能的智能加氢机。厚普股份于2019年开始固态储氢技术研究，并与四川大学展开了相关合作，成立了专门的氢能研究院；同时，厚普股份现建设了钒基固氢材料产线，预计今年实现原型产品落地。
艾氢技术
艾氢技术是2019年由中日技术专家联合创办的固块氢能发电技术及产品研发商。作为唯一基于固块氢化镁技术的储氢方案提供商，艾氢技术涵盖氢能储存、运输以及供电三大业务，提供从“储”到“用”的端到端氢能解决方案，能够极大提高效率，降低产业链成本，将氢能安全、经济地运用到各个领域。
镁源动力
镁源动力成立于2017年，在浦东临港新城工业区拥有厂房1800平米，主要从事镁储氢材料生产与燃料电池生产，并设立1个省级研发中心及相关实验基地。镁源动力快速推进产品的生产规模，降低生产成本，扩大市场应用，为形成镁储氢材料生产到终端应用的完整产业链奠定坚实的基础。
安泰创明
安泰创明是2017年由安泰科技原研发团队出资成立的，主营业务为储氢材料装置集成、超级电容器研发以及先进金属软磁材料研发的高新技术企业。其在节能材料、储能材料和发电材料等领域，取得了多项具有自主知识产权的科技成果，并成功应用于国家战略性新兴产业。
曾经有一个博主，试驾丰田的氢能源车Mirai后，喝了氢燃烧后排出来的水。他兴冲冲地在车子底下接了水，喝下一口，随即皱起眉头，缓缓说了一句：有点苦。这也许就像氢能源的发展一样，作为“终极清洁能源”理应有着广阔的发展空间，但很长一段时间以来成本、安全性等因素扼制了储运氢环节，限制氢气“走出去”，迟迟无法将氢能源大规模应用，着实有些苦。而我们坚定地认为，以固态材料作为储运氢的载体将是解决这一问题的最优解，让氢能源的未来不再苦涩。
