我最近花了一些時(shí)間來(lái)回顧幾大汽車(chē)品牌企業(yè)氫能發(fā)展歷史，恰好陳剛師弟送給我一本回顧戴姆勒與巴拉德和福特合作開(kāi)發(fā)燃料電池汽車(chē)的書(shū)，又有機(jī)會(huì)訪(fǎng)談到在霍尼韋爾服務(wù)過(guò)多年的顧茸蕾博士。結(jié)合他們的資料與描述，以及我翻閱的眾多歷史資料，我梳理了美國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)化的歷史脈絡(luò)，并企圖從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的邏輯中尋找《路線(xiàn)圖》的合理性。

 

 

來(lái)源：美國(guó)能源部國(guó)家清潔氫戰(zhàn)略和路線(xiàn)圖(草案)- 2022年9月

 

1 航天技術(shù)民用化

 

盡管已經(jīng)實(shí)現(xiàn)能源自主的美國(guó)發(fā)展氫能的緊迫感遠(yuǎn)不如歐洲和亞洲國(guó)家，我們還是不得不將這個(gè)國(guó)家的氫能產(chǎn)業(yè)放在最顯著的位置，這是一個(gè)不斷創(chuàng)造奇跡的國(guó)家，一個(gè)代表世界顛覆性創(chuàng)新的國(guó)家。

 

1839年世界第一塊燃料電池在英國(guó)被發(fā)明出來(lái)，但直到20世紀(jì)50年代燃料電池應(yīng)用才有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，1965年美國(guó)率先用燃料電池將阿波羅送上了太空，1966年通用汽車(chē)又將燃料電池用于汽車(chē)上。上世紀(jì)70年代中期，能源安全和對(duì)外國(guó)石油的依賴(lài)是美國(guó)面臨的主要問(wèn)題。多年來(lái)，美國(guó)能源部在氫氣和相關(guān)技術(shù)方面建立了強(qiáng)大的研發(fā)活動(dòng)，與許多法定機(jī)構(gòu)保持一致，1970年，美國(guó)提出了“氫經(jīng)濟(jì)”的概念，此時(shí)剛好遇到第一次石油危機(jī)的爆發(fā)，氫能被寄予厚望。

 

1990年，加州出臺(tái)零排放汽車(chē)（Zero Emission Vehicle，簡(jiǎn)稱(chēng)ZEV，包括BEV和FCEV）法案，通過(guò)強(qiáng)制規(guī)定企業(yè)零排放汽車(chē)銷(xiāo)售比例和信用額度積分的方式來(lái)迫使車(chē)企推廣ZEV，大大影響了燃料電池汽車(chē)的發(fā)展。這一時(shí)期，燃料電池在航天領(lǐng)域的專(zhuān)利到期，美國(guó)考慮將這一技術(shù)民用化，并再次提出氫能發(fā)展的規(guī)劃，這一次提出了研究、發(fā)展和示范的法案，當(dāng)時(shí)提出“五年管理計(jì)劃”，顯然對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)化的難度估計(jì)不足，并未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。此后，美國(guó)對(duì)氫能的鼓勵(lì)政策一直沒(méi)有停止，而且從應(yīng)用端的可行性研究到示范應(yīng)用。

 

2 制定國(guó)家氫能路線(xiàn)圖

 

進(jìn)入21世紀(jì)美國(guó)政、產(chǎn)、學(xué)、研多部門(mén)對(duì)發(fā)展氫能基本達(dá)成共識(shí)，從而轉(zhuǎn)入制定國(guó)家氫能戰(zhàn)略，2001年提出30年氫能源轉(zhuǎn)型的愿景。2002年4月美國(guó)制定了《國(guó)家氫能路線(xiàn)圖》，為協(xié)調(diào)長(zhǎng)期的、公共的和私人的氫能發(fā)展提供基本的方向；2002年11月又制定了長(zhǎng)期的戰(zhàn)略規(guī)劃，概述了氫在美國(guó)國(guó)家的潛在作用和實(shí)現(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)的共同愿景。

 

在這份戰(zhàn)略規(guī)劃里，詳細(xì)地制定了從制氫、氫氣輸送、儲(chǔ)氫、氫燃料電池、終端應(yīng)用場(chǎng)景等做了全面的闡述，這已經(jīng)是一個(gè)基于全產(chǎn)業(yè)鏈的氫能戰(zhàn)略。此后的十年，美國(guó)圍繞氫能產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)展開(kāi)了基礎(chǔ)建設(shè)與激勵(lì)機(jī)制。到2014年，隨著燃料電池在汽車(chē)領(lǐng)域技術(shù)的成熟，美國(guó)明確氫能在交通運(yùn)輸轉(zhuǎn)型中的主導(dǎo)作用。

 

2020年美國(guó)又將氫能產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向清潔氫的降本，美國(guó)能源部（DOE）即提出了氫能項(xiàng)目計(jì)劃，初步規(guī)劃了到2030年及更長(zhǎng)時(shí)期氫能研究、開(kāi)發(fā)和示范的總體戰(zhàn)略框架。

 

2021年，氫能攻關(guān)計(jì)劃（Hydrogen Energy Earthshot）首次提出了降本目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2030年，清潔氫成本降低80%至1美元/千克。

 

2021年11月，拜登簽署了《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法》（BIL），提出對(duì)清潔氫產(chǎn)業(yè)投資95億美元，其中：

 

（1）80億美元用于區(qū)域氫能中心建設(shè)；（2）10億美元用于電解水制氫計(jì)劃，包括從研發(fā)、示范到產(chǎn)業(yè)化的完整創(chuàng)新鏈，投資初期從降低電解槽資本支出入手；（3）5億美元用于制氫和回收，并支持美國(guó)清潔氫設(shè)備的制造。

 

2022年8月的通貨膨脹削減法案為氫能產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)提供補(bǔ)貼和貸款，主要包括上游制氫、制氫設(shè)備、下游工業(yè)示范部門(mén)、氫燃料電池車(chē)等。

 

2022年9月，DOE發(fā)布了國(guó)家清潔氫能戰(zhàn)略和路線(xiàn)圖草案，2023年6月發(fā)布了國(guó)家清潔氫能戰(zhàn)略和路線(xiàn)圖，全面概述了美國(guó)氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用的潛力，美國(guó)實(shí)現(xiàn)清潔氫能的主要挑戰(zhàn)，及促進(jìn)氫能發(fā)展的關(guān)鍵戰(zhàn)略。路線(xiàn)圖的目標(biāo)為在2030年碳排放水平較2005年低50-52%，2035實(shí)現(xiàn)100%的無(wú)碳污染電力，2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。根據(jù)路線(xiàn)圖的預(yù)計(jì)，美國(guó)2030、2040、2050年清潔氫的預(yù)計(jì)市場(chǎng)空間分別為1000/2000/5000萬(wàn)噸，2030年氫能建設(shè)可以帶來(lái)10萬(wàn)個(gè)直接和間接凈新增就業(yè)。

 

“氫能計(jì)劃”設(shè)定了到2030年氫能發(fā)展的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要包括：（1）電解槽成本降至300美元/千瓦，運(yùn)行壽命達(dá)到8萬(wàn)小時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率達(dá)到65%，工業(yè)和電力部門(mén)用氫價(jià)格降至1美元/千克，交通部門(mén)用氫價(jià)格降至2美元/千克；（2）早期市場(chǎng)中交通部門(mén)氫氣輸配成本降至5美元/千克，最終擴(kuò)大的高價(jià)值產(chǎn)品市場(chǎng)中氫氣輸配成本降至2美元/千克；(3)車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)成本在能量密度2.2千瓦時(shí)/千克、1.7千瓦時(shí)/升下達(dá)到8美元/千瓦時(shí)，便攜式燃料電池電源系統(tǒng)儲(chǔ)氫成本在能量密度1千瓦時(shí)/千克、1.3千瓦時(shí)/升下達(dá)到0.5美元/千瓦時(shí)，儲(chǔ)氫罐用高強(qiáng)度碳纖維成本達(dá)到13美元/千克；(4)用于長(zhǎng)途重型卡車(chē)的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)成本降至80美元/千瓦，運(yùn)行壽命達(dá)到2.5萬(wàn)小時(shí)，用于固定式發(fā)電的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)成本降至900美元/千瓦，運(yùn)行壽命達(dá)到4萬(wàn)小時(shí)。

 

表 美國(guó)50多年來(lái)氫能產(chǎn)業(yè)政策

 

 

3 氫能重點(diǎn)轉(zhuǎn)移

 

但顯然，美國(guó)自上世紀(jì)60年代的軍轉(zhuǎn)民燃料電池技術(shù)似乎已經(jīng)不再是重點(diǎn)，而是將經(jīng)濟(jì)性和氫的能源屬性放在了更重要的位置。

 

美國(guó)認(rèn)為，氫不僅是高效的清潔能源，也是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力，包括：氫的重量能量含量是所有已知燃料中最高的，比汽油高3倍，是包括液體燃料在內(nèi)的整個(gè)化工行業(yè)的關(guān)鍵原料；氫與燃料電池或基于燃燒的技術(shù)一起，可以在運(yùn)輸、固定或遠(yuǎn)程電力以及便攜式電力應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)零排放或接近零排放；氫可以用于千兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能，并作為電網(wǎng)的“響應(yīng)負(fù)載”，以確保電網(wǎng)穩(wěn)定，提高發(fā)電機(jī)的利用率，包括核能、煤炭、天然氣和可再生能源；氫氣可用于各種國(guó)內(nèi)行業(yè)，如鋼鐵、水泥、氨和其他化學(xué)品的制造；氫氣可以由不同的國(guó)內(nèi)資源生產(chǎn)，用于多個(gè)部門(mén)，也可以用于出口，預(yù)期到2050年，氫技術(shù)的全球市場(chǎng)潛力將達(dá)到2.5萬(wàn)億美元，據(jù)估計(jì)，氫經(jīng)濟(jì)每年可帶來(lái)7500億美元的收入，并累計(jì)創(chuàng)造340萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位。

 

敏感的人從2023年版的《美國(guó)國(guó)家清潔氫戰(zhàn)略和路線(xiàn)圖》看到一些信息，美國(guó)本次提出了氫氣從制取到運(yùn)輸?shù)慕当灸繕?biāo)，在應(yīng)用端也提出了燃料電池的使用壽命和成本目標(biāo)，但在交通領(lǐng)域鼓勵(lì)的是重型卡車(chē)而沒(méi)有乘用車(chē)。

 

圖片4 漸進(jìn)式創(chuàng)新與顛覆性創(chuàng)新的差異

 

毫無(wú)疑問(wèn)，通用汽車(chē)是現(xiàn)有汽車(chē)品牌中最早開(kāi)始燃料電池汽車(chē)研究的企業(yè)，早在1964年便開(kāi)始燃料電池的研究，1966年推出第一臺(tái)燃料電池汽車(chē)，是上世紀(jì)70年代第一波氫能浪潮的先鋒。到1995年又啟動(dòng)了Giner Stack發(fā)展計(jì)劃，先后與埃克森美孚、BP、雪佛龍、殼牌、豐田汽車(chē)、鈴木、寶馬等能源及汽車(chē)企業(yè)的合作，并于2003年推出世界首款可駕駛的采用線(xiàn)控技術(shù)的氫燃料電池概念車(chē)——Hy-wire。

 

福特汽車(chē)也是燃料電池汽車(chē)重要的踐行企業(yè)，1998年加入由戴姆勒和巴拉德組建的燃料電池汽車(chē)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，這一合作于2005年終止。

 

此后一段時(shí)間，美國(guó)的乘用車(chē)幾乎擱置了他們的燃料電池汽車(chē)發(fā)展路徑，通用汽車(chē)在研究燃料電池汽車(chē)的同時(shí)，也在研究電動(dòng)汽車(chē)，1996年便推出了首款量產(chǎn)純電動(dòng)車(chē)EV1，通用亦是電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)山鼻祖，早在1912年就生產(chǎn)過(guò)682輛電動(dòng)卡車(chē)。就像今天純電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)輪跑到了燃料電池汽車(chē)的車(chē)輪一樣，上個(gè)世紀(jì)初期燃油車(chē)的車(chē)輪跑到了電動(dòng)汽車(chē)的前面，企業(yè)需要在趨勢(shì)上做選擇。曾經(jīng)改變世界的汽車(chē)巨頭福特的命運(yùn)也沒(méi)有更好，燃料電池汽車(chē)輸給了豐田和現(xiàn)代，電動(dòng)汽車(chē)輸給了“新勢(shì)力”。

 

顯然，以漸進(jìn)式改革為指導(dǎo)思想的傳統(tǒng)汽車(chē)企業(yè)并不適應(yīng)顛覆性創(chuàng)新的環(huán)境，這不是美國(guó)單個(gè)國(guó)家的現(xiàn)象，傳統(tǒng)企業(yè)路徑依賴(lài)和創(chuàng)新機(jī)制與“新勢(shì)力”不同是產(chǎn)業(yè)變革中遇到的普遍問(wèn)題。美國(guó)今天的氫能政策沒(méi)有提出乘用車(chē)的目標(biāo)，是因?yàn)檎?chē)企業(yè)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法達(dá)成盈利目標(biāo)，沒(méi)有走下去。

 

但顯然，美國(guó)依然是全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展最先進(jìn)的國(guó)家之一，“華爾街”賦予了這個(gè)國(guó)家極強(qiáng)的創(chuàng)新活力，機(jī)會(huì)與風(fēng)險(xiǎn)并存的風(fēng)險(xiǎn)投資成就了無(wú)數(shù)美國(guó)的科技型企業(yè)，成就了IBM、Facebook，也成就了特斯拉。

 

不偏不倚，美國(guó)的風(fēng)險(xiǎn)投資剛好遇到了馬斯克，電動(dòng)汽車(chē)率先突破成為了燃料電池汽車(chē)發(fā)展的阻力。同樣，燃料電池領(lǐng)域的“新勢(shì)力”普拉格能源、尼古拉也在演繹機(jī)會(huì)與風(fēng)險(xiǎn)的極限，也是美國(guó)燃料電池重卡、叉車(chē)、固定式發(fā)電等應(yīng)用領(lǐng)域的希望所在。“新勢(shì)力”企業(yè)來(lái)自風(fēng)險(xiǎn)投資的資金是“零成本”，而傳統(tǒng)企業(yè)卻面臨投入產(chǎn)出的巨大壓力，這是市場(chǎng)的創(chuàng)新機(jī)制導(dǎo)致的必然結(jié)果。

 

至于，為什么同樣是傳統(tǒng)車(chē)企的豐田和現(xiàn)代能夠在乘用車(chē)上勝出，以至于今天有機(jī)會(huì)布局氫能乘用車(chē)，德國(guó)Werner Tillmetz和 André Martin在《Wasserstoff auf dem Weg zur Elektromobilität》一書(shū)檢討到：歐洲企業(yè)與北美企業(yè)比較在創(chuàng)新機(jī)制和文化上存在差異，歐洲企業(yè)對(duì)創(chuàng)新項(xiàng)目需要充分論證才會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)開(kāi)發(fā)，而北美企業(yè)通常會(huì)在應(yīng)用中來(lái)驗(yàn)證理論上的可能性。而且他們認(rèn)為，對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜、跨學(xué)科、跨部門(mén)的氫能產(chǎn)業(yè)戴姆勒與巴拉德、福特的科研體系達(dá)不到NEDO統(tǒng)一協(xié)調(diào)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈資源的效率。事實(shí)上，盡管美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)投資勝于歐洲，但風(fēng)險(xiǎn)投資主要關(guān)注的是創(chuàng)新型企業(yè)，美國(guó)傳統(tǒng)車(chē)企的風(fēng)格與歐洲車(chē)企并無(wú)本質(zhì)上的差異。

 

而顧茸蕾博士分析到，日韓企業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新在細(xì)節(jié)上與歐美企業(yè)又有差異，歐美傳統(tǒng)企業(yè)希望科研投入能在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)看到經(jīng)濟(jì)效益，而豐田企業(yè)卻有一套保持企業(yè)新項(xiàng)目?jī)?chǔ)備的機(jī)制，他們有一筆資金專(zhuān)門(mén)投入未來(lái)技術(shù)，屬于公司固定的成本開(kāi)支，不會(huì)列入公司生產(chǎn)單位的業(yè)績(jī)考核，所以豐田儲(chǔ)備的技術(shù)其實(shí)遠(yuǎn)高于其他傳統(tǒng)車(chē)企。

 

事實(shí)上美國(guó)在全球氫能領(lǐng)域的成就依然超前，這是因?yàn)闅淠墚a(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，除燃料電池外，還涉及到眾多的技術(shù)，包括化工技術(shù)、電解水技術(shù)、氫氣的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)（管道、液氫、鹽穴儲(chǔ)氫等），美國(guó)都有很好的基礎(chǔ)。2021年，美國(guó)氫氣產(chǎn)量達(dá)到1000萬(wàn)噸，主要應(yīng)用于石油精煉（55%）、制氨和甲醇（35%）。當(dāng)前美國(guó)電解槽裝機(jī)規(guī)模超3.7GW。

 

截至2022年底，公開(kāi)宣布的清潔氫生產(chǎn)項(xiàng)目生產(chǎn)潛力達(dá)到1200萬(wàn)噸。在儲(chǔ)運(yùn)端，美國(guó)當(dāng)前有專(zhuān)用氫氣管道約2575km和三個(gè)地質(zhì)儲(chǔ)氫洞穴，已經(jīng)建成液化工廠(chǎng)11座累計(jì)產(chǎn)能超過(guò)200公噸/天。終端包括6萬(wàn)+臺(tái)燃料電池叉車(chē)、50個(gè)加氫站、80+臺(tái)燃料電池公交車(chē)、1.6萬(wàn)+臺(tái)燃料電池車(chē)。

 

我理解，美國(guó)現(xiàn)階段在乘用車(chē)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)主要在電動(dòng)車(chē)，而亞洲國(guó)家燃料電池乘用車(chē)的優(yōu)勢(shì)更加明顯，所以，美國(guó)當(dāng)期的路線(xiàn)圖并不代表世界燃料電池汽車(chē)的趨勢(shì)就此擱置。固然，燃油車(chē)時(shí)代的品牌時(shí)代，發(fā)動(dòng)機(jī)是品牌車(chē)企重要的核心競(jìng)爭(zhēng)力，但對(duì)于顛覆性電動(dòng)汽車(chē)，技術(shù)突破有先有后，率先突破電池技術(shù)的不一定是整車(chē)企業(yè)，整車(chē)廠(chǎng)無(wú)法等到自己電池的成熟再啟動(dòng)電動(dòng)車(chē)戰(zhàn)略。現(xiàn)階段全球汽車(chē)市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重過(guò)剩，燃料電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程更多取決于基礎(chǔ)建設(shè)和成本的下降，全球綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展顯然有助于這個(gè)目標(biāo)。