研究机构:中国氢技术正在超越日德,但挑战仍然很大

极客网·极客观察7月17日 日本研究机构Astamuse最近列出一份榜单,对全球各国氢技术专利的竞争力进行排名。毫不意外,日本排在第一位,因为它拥有出色的燃料电池专利。中国进步神速排在第二,未来有可能会超越日本成为第一名。

日本企业将日本排在第一位可以理解,日本本身在氢技术领域也的确投入很大。报告称,日本企业和学术机构在2011年至2020年间提交氢相关技术专利申请34624项,在各国中最多,但数量相比2001年至2010年减少了30%,而同期中国申请量却大幅增长。

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中国氢技术专利位居全球第二

中国已经超越美国、韩国和德国排第二位,申请专利21235项。与2001至2010相比,中国专利申请数量增加近10倍,当年中国只排第五位。

中国大致是从2011年开始发力氢技术的。氢技术大体可以分为五大类,中国在其中四类已经超越日本,分别是制造、存储、安全控制和运输。虽然日本的尖端技术仍然领先,但中国申请的专利覆盖各个方面。

Astamuse在报告中说:“大约2015年之后中国的专利申请数量便迅速增加,最终它极可能会在氢技术各方面全面超越日本。”Astamuse认为,在全球氢技术最强的20家企业和机构中,日本占了8家,包括丰田、本田、日产、NGK Insulators、松下等,在相关元件和材料领域拥有大量专利的京瓷也在其中。

资料显示,按照规划,到2025年中国将会拥有5万辆氢汽车,每年生产10-20万吨可再生氢能源。到2035年中国将会建成覆盖多个行业的氢生态系统。

中国是全球最大的钢铁生产基地,炼铁需要将氧从铁矿石中剔除,变成纯铁,这一过程会用到煤炭或者天然气,排放出大量二氧化碳。如果用氢取代就会绿色很多,有了大量氢能源,中国可以减少铁矿石和焦煤进口,降低对澳大利亚的依赖。

极客网了解到,世界专利组织(WIPO)也在报告中指出,全球与氢燃料电池有关的专利申请量近几年增加很快,中国、日本、德国走在最前沿。

根据WIPO的数据,2016年至2020年,中国申请的氢燃料电池技术专利数量为7261项,占全球总量的69%。日本为1186项,占11.3%,德国为646项,占6.2%,韩国为583项,占比5.6%,美国为403项,占3.8%。

中国氢产业发展仍然面临挑战

由此可见,近几年中国的氢技术进步的确很快,但中国氢产业发展仍然面临不少挑战,有一些基本事实我们需要了解。

一方面,中国现在是全球最大的氢生产商,不过大多是灰色氢,也就是煤气化制氢和化学副产品氢。目前政府希望用可再生能源或其它清洁能源制氢。到2025年,中国希望每年用可再生能源制氢10-20万吨。

用太阳能风能制氢(P2G)是未来要走的道路。截止2022年2月,中国有120个可再生能源制氢项目正在推进,当中大多是小型试点项目,但也有一些大型商业化项目。

另一方面,中国氢市场仍处在发展早期,面临诸多挑战。可再生能源制氢成本很高,无法与灰色氢、蓝色氢(来自煤的合成或石化过程)比拼。投资者投资面临很大风险,因为氢的需求不确定,分销网络和基础设施也不完善。中国目前在氢存储和氢运输技术方面还要追赶。

谈到氢存储,目前有几种方式可以选择。一是特殊氢罐和存储容器,它需要用很高的压力存储氢,近期这种方法比较可行。存储气体、用氢气拖车运输是中国目前比较流行的方式,虽然氢气拖车技术已经很成熟,但这种技术远不能说理想。欧洲、北美、日本、韩国用的是第四代钢容器,加压70兆帕,中国现在用的还是第三代容器,压力只有35兆帕。

在液态氢存储方面中国的经验和技术还不够先进。中国不是没有液氢存储技术,只是目前主要用在航空和国防领域。盐穴储存可以大规模存储氢,美欧考虑将它用作战略储备,中国现在还没有。不过中国已经投巨资开发盐穴天然气存储项目。

运输氢有两种选择,一种是高压气态形式,一种是液态形式。氢运输网有管道或者非管道两种方式。中国的氢管道很少,目前只有两条管线,总长度不到500公里。全球氢管道约有4500公里,美国占了56%,欧洲也占了很大一部分。中国考虑妥善利用现有天然气管道,将氢与天然气混合在一起运输,目前这样的项目已经有了一个。

不过,现在中国有250个加氢站,占全球40%,排在世界第一位。分析认为,在未来5年到10年,中国极可能会向氢存储、氢运输投入海量资金,以寻求突破。

按照美国能源部的预测,2015年制氢成本为每千克6美元,到了2015年将会降到2美元。中国每年制氢2000万吨,约占全球三分之一。中国市场庞大,有足够的能力建一个氢生态系统。

汽车市场恐怕还不是氢的用武之地

不过,氢真的能在汽车市场找到用武之地吗?恐怕未必。弗劳恩霍夫系统与创新研究所(Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research)教授Patrick Plötz说:“氢在工业、运输、合成航空燃料市场有用武之地,但是说到道路运输,我觉得还要等等,等氢技术变得更成熟一些。目前不论是乘客还是货物运输,重点是电池电动汽车。”

2021年年初时,全球约有25000辆燃料电池汽车,共有540个加氢站,只有两款氢汽车可以购买。到了2022年年初,全球有1500万辆电池电动汽车和插电式混动汽车,有车型350多款。换言之,电动汽车生态系统已经渐渐完善,留给氢汽车的窗口已经关闭。

Patrick Plötz说:“当初电动汽车续航里程不到150公里,充电要几个小时,燃料电池汽车就有很大的市场,因为它可以跑长途。高压氢的能量密度相比电动汽车电池的能量密度更高,加氢只要几分钟,这些优势对氢汽车跑长途有利。但现在电池电动汽车在真实世界的续航里程已经达到400公里,一些新汽车使用800V电池,充电15分钟可以跑200公里。”

正因如此,现在向氢汽车投资会有很大的“沉没成本”。已经投了无数钱,如果现在不放弃继续投下去,当电动汽车电池形成规模效应,成本继续降低,性能继续提升,充电基础设施继续完善,燃料电池汽车将更加失去竞争力。

但是,如果是长途货车,每年要跑10万公里,它们也许需要氢。

还是那句话,中国市场足够大,完全可以多条腿走路,你认为呢?(小刀)


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