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“終極能源”會迎來應用大爆發嗎？
作者 | 莊禾晴
編輯 | 楊楊
徐文璞、李智穎、易思琳對本文亦有貢獻
*本文為甲子光年特約作者莊禾晴獨家供稿。莊禾晴為前媒體人、前投資人，燃料電池項目創業者，現在香港大學經濟學碩士在讀。
每一次能源的“脫碳”都會改變人類文明的發展進程，每一次能源的轉換都伴隨著一個大國的復興或崛起。
19世紀，工業革命發端于大不列顛島，木柴到煤炭的轉換讓“日不落帝國”冉冉升起；20世紀，油氣對煤炭的替代揭開了電氣時代的序幕，期間美國一躍成為世界第一工業強國和經濟體，為稱霸世界埋下伏筆；21世紀新能源革命勢不可擋，中國也有機會憑借光伏和新能源汽車后來居上。
但新能源的戰事遠未結束。“碳中和”引發了新一輪能源與材料的革命，成了現階段為數不多的超車大機遇。一場圍繞著碳中和的新能源晉級賽已經拉開序幕。中國在聯合國大會提出“2030年碳達峰，2060年碳中和”、歐洲擬將“2050年實現碳中和”寫進法案、美國自拜登上臺的第一天就重返巴黎協定，承諾“到2050年，讓美國實現碳中和”。
這場新能源革命中國已走了幾十年，如今每一步腳印都被清晰地串聯了起來：從大力發展光伏到構建特高壓網絡、再到扶持新能源汽車，一副能源宏圖展現在眼前。但拼接這塊能源版圖時，兩個潛在問題也逐漸暴露出來：一個是大量的可再生能源棄電，一個是新能源汽車難以突破的續航難題。
于是，“氫”能再度被寄予厚望。在近日的中國發展高層論壇上，中國南方科技大學校長、中國科學院院士薛其坤就說：“按照熱力學的物理學規律，任何能源使用過程中都會造成浪費，造成二氧化碳等污染。所以，我們還是要回歸初心，從最基本的愛因斯坦的核聚變出發，回到太陽，利用地球上人類宇宙中最簡單的元素氫發展最清潔、最有效、最長久的太陽能光電制氫的氫能源技術。”
中國氫能產業的元年，實際上是更早的2019年。一直以來，氫能的商用化都有許多爭議。在支持者眼中，氫燃料電池的能量密度是鋰電池的100多倍，且燃燒后除了水什么都不會留下；在反對陣營中，馬斯克曾向投資者保證“燃料電池沒有未來”，大眾汽車集團CEO赫伯特·迪斯也曾對媒體說：你們不會看到任何氫能源的乘用車。
但氫并非真的一無是處。即使在唱衰聲音集中的乘用車應用領域，氫燃料電池也能避開與鋰電池的正面交鋒，選擇在長續航及大功率市場突破，成了物流、重卡、公交車等商用車的燃油替代方案。此外，在固定電源及無人機等其他應用領域中，氫燃料電池的優勢也無人能敵。實際上在質疑聲中，氫能仍一邊通過消納棄電及延伸鋰電池的續航切入新能源產業鏈，一邊積極探索著電網之外的新型能源世界。
但想要從零開始建立一個能源網絡談何容易？氫能產業鏈比鋰電池產業鏈更長、復雜度更大、成本更高，讓其迄今難以被大規模應用。氫網的搭建注定是一場持久戰。所幸，目前有兩股強大的力量正從兩個方向推動產業鏈的形成和拓展：在上游，宏觀政策為氫能作指引；在下游，政府及企業合力探索應用場景。
如今“電能-鋰電池”的發展格局已經明朗，“氫能-氫燃料電池”的前景依然不清晰。現階段，成為電網及鋰電池的“替補”角色，是氫能明確能走下去的方向。但在更大的未知應用領域中，氫能未來會有一個什么樣的格局？這需要有足夠想象力。
1.減碳大機遇
2019年，“氫能”首次寫入了我國政府工作報告，報告提出了“推動充電、加氫等設施建設”。
這與減碳的大目標直接相關。在中國向碳中和目標邁進的過程中，可再生能源將扮演至關重要的角色。作為碳排放量位居世界第一的國家，電力行業在中國二氧化碳排放結構中的占比超過一半，通過可再生能源替代傳統火力發電成了最直接的減碳手段。
為了達到《巴黎協定》的目標，中國在去年的氣候峰會上承諾，到2030年非化石能源占一次能源消費比重達到25%，風電、太陽能發電總裝機容量將達到12萬億千瓦。
在以光伏為代表的可再生能源領域，中國的實力幾乎無人能敵，但過快的發展速度也帶來了相應的“后遺癥”。據全國新能源消納監測預警中心數據，2020年全國棄風電量166.1億千瓦時，全國棄光電量為52.6億千瓦時。
隨著可再生能源逐漸替代火力發電，將有大量棄電亟需進行儲存，而在電網之外的另一端，氫網也正為電解水制氫的高額成本焦頭爛額。當電與氫相遇，電網的儲能產業與氫網的制氫產業極有可能互助互利，即采用可再生能源發電進行電解制氫。這能解決目前遇到的眾多問題。
由于可再生能源的邊際成本接近于零，其定價低于其他電力的市場定價，甚至能夠達到負定價，利用可再生能源進行制氫將極具經濟優勢。
以大工業電價均價0.61元/kWh計算，當前電解水制氫的成本為3.69元/立方米。當用電價格低于0.50元/kWh時，電解水制備的氫氣成本可與汽油相當 [1]。
可再生能源讓氫能產業鏈上游看到了降低成本的希望。據中國氫聯盟預測，到2050年，大約70%的氫將由可再生能源生產。另一方面，氫能也可以反哺“棄電”——無論是儲能密度還是儲存時間，氫氣都具備絕佳的儲能優勢。
