解密日本与氢能的不解之缘
撰文 | 张书铭
编辑 | 郭郭
→这是《环球零碳》的第119篇原创
环球零碳
碳中和领域的《新青年》
摘要：日本是一个高度工业化的国家，严重缺乏碳氢化合物资源，因此使用氢能具有多重价值，包括能源安全、工业竞争力和减少碳排放。这是日本下决心以举国之力发展氢能的重要原因。日本还高度重视确保获得氢原料。因此，它已经开始测试各种采购氢的选择，并且存在一个关于其外交如何适应这种需求的问题。
为了应对气候变化带来的环境问题，全球的碳中和行动已形成共识，但在实现碳中和目标上，选择什么样的清洁能源路线却大有不同。
以新能源车为例，中、美、欧已经默契地选择了锂电池技术路线，并对全球锂矿资源开展了争夺。而日本却在氢能这个终极清洁能源的部署上孤注一掷，并提出要在全球率先实现“氢社会”。
尽管很多国家都把氢能作为未来能源替代的终极解决方案，并提出氢能发展战略，但在目前氢气制取和使用成本还比较高的阶段，像日本这样着迷于氢能的国家还不多。
2017年12月出台《氢能基本战略》后，日本政府又于2019年3月公布《氢能利用进度表》，旨在明确至2030年日本应用氢能的关键目标。据日本共同社2021年6月15日报道，日本政府和企业正在加速推动氢能源，菅义伟内阁提出在2030年前，要把加氢站增加到1000个，未来10年内要拨款3700亿日元支持氢能源发展。日本还广泛地跟澳大利亚、中东、印度等国家，共同发展氢能贸易，打造氢能产业链。
日本是一个高度工业化的国家，严重缺乏碳氢化合物资源，因此使用氢能具有多重价值，包括能源安全、工业竞争力和减少碳排放。这是日本下决心以举国之力发展氢能的重要原因。
图说：日本正在打造一个氢能社会
来源：Innovatorsmag
01
日本为什么要押宝氢能
氢能可通个电解水获得，理论上有取之不尽的优势。而且氢气在空气中直接燃烧生成水，没有二氧化碳排放，并且具有1.4*108J的高热值，是石油燃料热值的足足3倍还要多。同时，可以利用广泛的可再生能源，不受地域限制，是储存电力的最低成本选择。
日本之所以要押宝氢能。除了氢本身作为清洁能源的优点外，还跟日本的地理环境有关。
首先，日本岛国矿产资源匮乏。现在中美大刀阔斧主推的电动汽车的核心部件电池对锂的需求量大，平均一辆电动车需要9kg的锂。但是日本对锂矿的保有量少，只能大量进口。以碳酸锂价格为例，其售价已经历了多轮飙升。2020年三季度到2021上半年，价格从4万元/吨涨至9万元/吨。最近因为乌克兰战争，还一度突破50万元/吨。
对于日本来说，这个代价或许难以承受。再加上在纯电动汽车上，日本起步晚于美国、中国企业，不占优势。
反观氢能环保高效且制法多样，只要在技术上实现领先，就能打破先天桎梏。仅仅一个丰田公司在氢燃料电池系统上就拥有6000多项专利，占了全球相关专利的一半。日本的丰田，本田，日产，松下，东芝等，在氢能和燃料电池技术方面，已经成为全球的领头羊。在质子交换膜燃料电池，燃料电池系统和车载储氢这三大技术上，日本和美国的专利加起来，在全球市场的占比超过50%。
如果有其他国家选择氢燃料电池取代汽油，日本无论是卖产品还是卖技术授权都能赚大钱。
其次，日本冬季气候严寒，锂电池在低温的条件下续航能力大打折扣，而氢燃料电池系统则不会受温度影响。与此同时，日本国土狭长、人口稠密，加氢站建设具有可行性。根据国际能源署 2018年的数据，可以看出日本建设的加氢站数量是全球第一。
图说：2018 年全球加氢站建设和分布情况
来源：IEA
目前一座加氢站的建设成本是加油站的4倍以上，运营费用成本是7倍。而对于中美这样的幅员辽阔的大国来说，只能将氢能作为备选的技术路线或者是作为纯粹的技术储备。无论是政府还是企业，都没有在全国全面建设氢能源基础设施的打算，也很少开发适合本国市场的具体应用技术。加上作为氢能的下游行业——氢能源汽车获利的可能性太低；同时因为氢气要加压储存，加氢站和运输管道的安全性一直没有得到公众的认同；除了成本和安全问题，氢燃料电池产业链本身也有一些技术难题，比如说催化剂中毒等问题。
02
日本扩大氢能使用场景
2021年2月份，日产汽车宣布停止开发氢燃料电池车，7月份，本田也跟进叫停了氢燃料汽车，奥运会结束以后就要正式停产了。尽管日产和本田都声称这只是暂时停止研发，他们仍然看好氢能源的长远前景。目前，日本的大企业只有丰田一家还在坚持自己的氢能源“信仰”。
在新能源这个潜力巨大的行业，日本企业和过去一样，搭建了完整的产业链，还用专利封锁了所有技术路线，别国企业新进来只有给日本人打工和做代理的选择。日本貌似占据了技术制高点，但是投资拉不到盟友，销售找不到市场，只能看着自己的氢能源专利逐渐过期，技术路线逐渐边缘化。国际学者表示：日本选对了新能源的战略方向，但是选错了技术路线，和氢燃料电池技术绑定太深，所以落后。其实与其说日本选错了技术路线，不如说是日本在能源博弈中的劣势早已在矿产资源匮乏与被迫“孤军奋战”中冥冥注定。
但氢能的市场潜力并不会局限于氢燃料电池这一项，氢能在工业和发电领域的优势，可以通过和氨能的协同使用，为实现碳中和起到至关重要的作用。日本政府在发电、炼钢、航运、化工、建筑等领域也鼓励企业扩大氢能应用场景。
比如，2021年4月，日本政府计划：到2050年，氢气和氨气发电将占日本总能源产量的10%左右；2023年之前将突破燃煤火力发电厂混合氨燃烧技术；2025年可将氨含量为20%的燃料投入实际应用；2040年实现100%的氨燃烧火力发电技术的开发。
日本将氢能视为其经济脱碳同时保持其工业竞争力的主要方式。氢能是根据2050 年实现碳中和的绿色增长战略确定的 14 个部门之一，这将是日本实现双重目标的能力的关键。日本政府在 2021 年 6 月宣布更新绿色增长战略，在氢能方面加倍投入，为优先行业增加了具体的行动计划。
03
日本打造全球氢能供应链
日本高度重视确保获得氢原料。因此，它已经开始测试各种采购氢的选择，并且存在一个关于其外交如何适应这种需求的问题。无论是日本政府，还是日本企业，都广开门路，在全球寻找氢能合作机会，打造全球氢能贸易链。
比如，沙特国家石油公司沙特阿美与日本贸易公司三菱株式会社及工程公司JGC合作构建以氨气为载体的氢供应链。考虑到纯氢较难储存和运输，氨则可以通过现有的基础设施以较低的成本进行处理，沙特阿美选择利用其天然气工厂从天然气中制氨，将其运输至日本后，再从氨中分离出氢能。2020年10月，沙特国家石油公司沙特阿美成功将40吨高等级蓝氨（配合CCS技术，使天然气制氨零碳排放）海运至日本，用于零碳发电。
图说：“蓝氨”供应链的概念性流程图
来源：维科网
2022年1月6日，澳大利亚政府发表声明称，它将通过澳大利亚清洁氢气贸易计划（ACHTP）投资1.5亿美元，以支持出口供应链开发项目和清洁氢气及其衍生化合物（如清洁氨）的商业生产。澳大利亚工业部表示，ACHTP的第一轮投资将集中在日澳脱碳技术合作项目下对日本的清洁氢气出口。莫里森总理说。"通过这个1.5亿美元的项目，澳大利亚将与其他国家合作，降低清洁能源技术的成本，以实现我们对减少碳排放的承诺。澳大利亚和日本计划在实现零排放的同时推动经济和就业增长，而清洁氢能是该计划的核心。"
此外，据《能源经济》3月21日消息，印度和日本已同意扩大深化其清洁能源伙伴关系，以涵盖电动汽车、电池存储和绿色氢燃料，作为两个亚洲经济体的净零碳排放途径的枢纽，其中包括电动汽车（EV），电池等存储系统，电动汽车充电基础设施（EVCI），太阳能开发，如太阳能光伏电池，风能，以及清洁煤技术。
国际合作对于日本氢能产业的发展、技术改进和成本降低至关重要。通过多次和氢能生产合作伙伴定期的会晤，不断强化国际合作对氢能发展的重要作用，日本已与多国达成协议，未来必定将在氢能发展战略的道路上稳步前行。
--------
参考资料：
[1]https://www.seetao.com/details/131278.html
[2]http://www.cspplaza.com/article-18620-1.html
[3]http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201907101338388863_1.pdf
[4]https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen
[5]https://m.ofweek.com/hydrogen/2021-09/ART-180820-8130-30522363.html
[6]https://news.bjx.com.cn/html/20220114/1199457.shtml
[7]https://www.csis.org/analysis/japans-hydrogen-industrial-strategy
END
推荐阅读
（点击文字即可跳转阅读）
零碳精选
零碳动态
零碳新知
扫描左方二维码
加入百万社群
欢迎分享、收藏、点赞、在看
让零碳走进生活