日本與韓國的氫能戰(zhàn)略與實踐探索

　　【編者按】潮涌科創(chuàng)，澎湃開局。上海市經(jīng)濟和信息化委員會、澎湃新聞聯(lián)合推出“上海新型產(chǎn)業(yè)體系重點領域大調(diào)研”，聚焦上海“3+6”產(chǎn)業(yè)體系、新賽道和未來產(chǎn)業(yè)的重點行業(yè)領域，鎖定船舶與海洋工程裝備、氫能汽車、機器人、智能工廠、新材料、智能終端、人工智能、元宇宙、數(shù)字經(jīng)濟、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)，深度調(diào)研上海產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展態(tài)勢和未來趨勢。

　　上海氫能汽車產(chǎn)業(yè)正在邁入“從1到10”進程(詳見澎湃科技報道)，本篇則聚焦日本與韓國的氫能戰(zhàn)略與實踐探索。他山之石，可以攻玉。

　　目前市場上僅有的兩款主流氫能源汽車是日本的豐田Mirai和韓國的現(xiàn)代Nexo。

　　縱觀當前的世界新能源汽車發(fā)展格局，中美在集中發(fā)展純電動車(Battery Electric Vehicle，BEV)，歐洲是純電動車和插電式混合動力車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)并行發(fā)展，只有日韓在發(fā)展純電和混動之外，還大力發(fā)展了氫能源燃料電池車(Fuel Cell Vehicle，F(xiàn)CV)。

　　目前市場上僅有的兩款主流氫能源汽車也毫不意外出自日本和韓國，日本的豐田Mirai和韓國的現(xiàn)代Nexo。

　　1973年能源危機之后，日本便早早開始發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，希望通過氫能永久解決能源問題。2017年，日本更是進一步發(fā)布了《氫能基本戰(zhàn)略》，成為了全世界第一個把氫能框架作為國家戰(zhàn)略的國家，該戰(zhàn)略的主要目標是降低氫能價格，大力推廣氫能應用，包括交通、住建、重工和石油冶煉，打造出真正意義上的氫能社會。

　　與日本類似，韓國97%的能源來自進口，同樣在能源戰(zhàn)略上選擇從化石燃料轉(zhuǎn)向氫氣。自文在寅政府以來(2018年后)，韓國開始將氫能定為國家經(jīng)濟增長和創(chuàng)造就業(yè)機會的關鍵引擎，隨著現(xiàn)代氫能車的強勢發(fā)展以及韓國氫能基礎設施突飛猛進的建設，目前韓國已經(jīng)是世界上最大的氫能車市場，占世界氫能車數(shù)量的55%。

　　但是氫能及氫能產(chǎn)業(yè)鏈的推廣仍然長路漫漫。日本政府最新的路線圖中，希望2030年本國氫氨燃料發(fā)電占比能達到1%的目標，與之相比核能發(fā)電占比約20%，這也說明人類能源問題的解決，很長一段時間還需要依靠核能、天然氣、石化能源等其他可再生能源。不過，隨著豐田Mirai第二代和現(xiàn)代Nexo氫能車逐漸走向市場，氫能在生活中的應用場景已經(jīng)開始逐步顯現(xiàn)，氫能社會的愿景也許已經(jīng)開始離人類越來越近。

　　日本氫能社會發(fā)展：起步早，專利多

　　氫能發(fā)展分為三個層面，生產(chǎn)氫、運輸氫和應用氫。生產(chǎn)方面，日本目前的主要做法是從海外的化石燃料中利用碳捕獲和儲存技術生產(chǎn)并進口氫;運輸方面，日本加強了進口和國內(nèi)氫的運輸、并分配基礎設施建設;應用方面，日本更是促進氫能在汽車(包括乘用車、卡車和叉車)、家庭熱電聯(lián)供和發(fā)電、工業(yè)等各個部門的大量應用，其中氫能汽車和氫能燃料電池的研發(fā)和應用是重中之重。

　　2002-2010年，日本經(jīng)濟、貿(mào)易和產(chǎn)業(yè)省資助了“燃料電池系統(tǒng)示范研究”項目，涵蓋“燃料電池車的示范研究”和“氫基礎設施示范研究”兩個主題，這對日本燃料電池汽車的發(fā)展起到了巨大的推動作用。豐田、本田、三菱、尼桑等日本主要汽車制造商都拿出自己的主要燃料電池車型加入了研發(fā)，為日本成為世界氫能專利大戶奠定了基礎。僅2011-2020年期間，日本申請的氫能相關專利就逾14萬項，其中大量的氫能燃料電池專利成為了日本的重要優(yōu)勢，它們是將氫能在汽車、住宅、工業(yè)等多應用場景部署的技術關鍵，技術出口的潛力巨大。

　　2011年日本福島核電站事故發(fā)生之后，日本在氫能領域繼續(xù)提速，發(fā)布了一系列涵蓋技術和經(jīng)濟方面的戰(zhàn)略規(guī)劃，如《氫氣和燃料電池戰(zhàn)略路線圖(Strategic Roadmap for Hydrogen and Fuel Cells)》，自2014年首次執(zhí)行之后，隨著時間推移，該路線圖也在一直更新。2019年3月，日本政府最新一版的《路線圖》中，提出了詳細的基本技術規(guī)格和成本目標，并細化了實現(xiàn)這些目標所需的措施。其中氫能車的數(shù)量目標包括2025年達到20萬輛，2030年達到80萬輛，加氫站目標包括2025年達到320個，2030年達到900個。

　　為了實現(xiàn)氫能社會的戰(zhàn)略，日本政府提供了充足的財政補貼。僅2020財年，日本政府對氫的財政補貼就包括：清潔能源汽車(包括但不限于氫和燃料電池)2.47億美元，住宅燃料電池和燃料電池創(chuàng)新4000萬美元，創(chuàng)新燃料電池研發(fā)5250萬美元，供氫基礎設施研發(fā)3000萬美元，加氫站1.2億美元，開發(fā)利用國外新資源的氫供應鏈1.41億美元，氫氣生產(chǎn)、儲存和使用技術開發(fā)1500萬美元。此外，日本國家研發(fā)機構“新能源和工業(yè)技術開發(fā)部”更是撥款27億美元建立大規(guī)模氫氣供應鏈，撥款7億美元用于生產(chǎn)綠氫的氫能項目。

　　2014年12月，豐田Mirai首次實現(xiàn)商業(yè)量產(chǎn)，當時是主要賣給租車公司;2016年3月，本田的第一款氫燃料電池汽車Clarity車型面世，開始向大眾消費者銷售。2020年12月，第二代豐田Mirai正式發(fā)布，擁有L2級自動駕駛，續(xù)航可達850公里，借著2020年東京奧運會的東風和當時“碳中和”的潮流，第二代Mirai在海內(nèi)外引發(fā)市場熱烈關注。

　　豐田Mirai：減少重金屬使用，擴大燃料電池規(guī)模效應

　　第一代豐田Mirai自2014年上市以來，在全球范圍內(nèi)銷量十分有限，一方面是由于它740萬日元(約67000美元)的昂貴價格，另一方面，加氫站數(shù)量較少也讓氫能汽車的吸引力大打折扣。第一代Mirai的產(chǎn)能只有一年3000輛左右。

　　第二代Mirai在解決其中一些問題上取得了進展。生產(chǎn)成本降低了三分之二，產(chǎn)能提高到每年30000臺。燃料電池系統(tǒng)的重新設計和升級讓新Mirai的續(xù)航能力提高了30%達850公里，但710萬日元的售價仍然讓絕大多數(shù)消費者對其望而卻步。2021年，第二代Mirai實現(xiàn)了5600余輛的銷量，占其累計銷量的一半以上，但距離實現(xiàn)2030年全球200萬累計銷量的目標仍然較遠。

　　實際上，為Mirai降低成本的嘗試從未停止過。2016年，豐田MIRAI研發(fā)總工程師田中義和在接受媒體群訪的時候曾經(jīng)介紹過豐田的嘗試。一是在氫燃料電池中，減少貴金屬作為催化劑的使用。二是通過規(guī)模效應大幅降低成本，這就需要生產(chǎn)技術的換代升級。

　　田中義和介紹，2008年豐田曾發(fā)布過一款燃料電池車SUV，和那款車相比，第一代MIRAI的氫燃料電池中，作為催化劑作用的鉑金的比例已經(jīng)降到了原來的三分之一左右。通過鈷和鉑的合金的材料當做催化裝置，一方面能提高催化的性能，另一方面也大幅度降低了鉑金的用量。

　　不過，豐田減少重金屬使用和擴大規(guī)模效應的努力從未停止。3年后的2019年，豐田燃料電池系統(tǒng)開發(fā)的總經(jīng)理廣瀨克彥在接受媒體訪談時，介紹豐田的燃料電池組中，作為催化劑的鉑金僅使用大約10克，是第一輛燃料電池車鉑金用量的十分之一。廣瀨克彥介紹，現(xiàn)在燃料電池組中最昂貴的材料是0.01毫米的薄膜，而制造工藝其實比用于其中的材料更昂貴。

　　至于通過規(guī)模效應降低成本，廣瀨克彥表示與電池相比，“燃料電池仍處于規(guī)模化的早期階段”，但現(xiàn)在，除了生產(chǎn)氫能車Mirai之外，豐田已經(jīng)將其燃料電池技術提供給卡車、公共汽車和“車之外的許多應用”， 廣瀨克彥介紹，這樣的規(guī)模效應已經(jīng)讓豐田擁有了“世界上成本最低的燃料電池”。

當?shù)貢r間2021年11月10日，韓國蔚山，當?shù)嘏e行“2021年蔚山國際氫能博覽會暨論壇“(H2WORLD)，展出氫燃料電池車輛，并鼓勵氫能源的使用。人民視覺 資料圖

　　韓國氫經(jīng)濟：大力補貼下的后起之秀

　　2018年，韓國把“氫經(jīng)濟”設定為創(chuàng)新增長三大戰(zhàn)略投資領域，設立了成為生產(chǎn)和應用氫能燃料電池汽車的全球領導者的目標。2019年，韓國通過《氫經(jīng)濟搞活指南》、《氫技術開發(fā)指南》，提出從碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)換成氫經(jīng)濟的政策性、技術性藍圖。2020年2月，韓國制定了《關于發(fā)展氫經(jīng)濟與安全管理氫氣的法律》(簡稱《氫氣法》)，樹立政府層面的積極扶持體系，以促進氫經(jīng)濟發(fā)展、打造氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

　　除了政策上的全面支持之外，韓國為氫能產(chǎn)業(yè)也提供了更加激進的財政補貼。

　　2021財年，韓國政府向氫能產(chǎn)業(yè)的支出為7.019億美元，比2020年增長40%。此外，韓國政府承諾截至2022年投入23.4億美元，建設包括公共汽車和私家車在內(nèi)的氫能汽車產(chǎn)業(yè)。目前，韓國建造加氫站成本的一半均為政府補貼。為了促進氫能車的銷售，韓國政府為每輛氫能車提供的購買補貼更是高達27300美元至30300美元。據(jù)韓國經(jīng)濟部，五家韓國集團企業(yè)也計劃在2030年前，在氫能技術上投資380億美元。

　　韓國以2040年為期限，制定了氫能產(chǎn)業(yè)目標。消費方面，將氫能源的年銷量從目前的一年13萬噸增加到一年526萬噸。交通運輸方面，將2040年氫能車目標定為近300萬輛，包括韓國本土生產(chǎn)290萬輛乘用車，3萬輛卡車，和4萬輛公交車。韓國的氫能源網(wǎng)絡 (HyNet) 于2019年設立規(guī)劃，初始投資為1.19億美元。韓國加氫站2019年數(shù)量為24個，目標是2022 年增加至310個、2040年增加至1,200個。此外，韓國還設立了2040年部署15千兆瓦公共基礎設施的燃料電池的目標。

　　在韓國政府的大力補貼和政策刺激之下，現(xiàn)代Nexo銷量世界領先。據(jù)韓國先驅(qū)報報道，2021年1至11月全球共注冊燃料電池電動車16200輛，比去年增長95.1%。其中現(xiàn)代Nexo在全球售出8900輛排名第一，這個數(shù)字與去年相比同比增長46%。緊隨其后的是豐田銷售了5700輛，本田為300輛。

　　實際上，1998年起，現(xiàn)代汽車就開始在氫燃料電池技術領域研發(fā);2013年成為全球首家實現(xiàn)氫燃料電池車(ix35)量產(chǎn)的企業(yè)，2018年推出氫燃料電池車NEXO。NEXO搭載現(xiàn)代汽車第四代燃料電池技術，加氫只需5分鐘，便可續(xù)航800公里以上。

　　2021年9月，現(xiàn)代汽車集團發(fā)布了“氫能愿景2040”，計劃2030年之前所有商用車型全部搭載氫燃料電池系統(tǒng);2030年，氫燃料汽車的價格下降到純電動汽車同等水平;到2040年，讓所有人，在所有場景下，都可以輕松使用氫能，實現(xiàn)氫能社會。

　　加氫站建設待提速，綠氫示范工廠登上舞臺

　　目前，氫能發(fā)電技術尚處在商業(yè)化的早期階段，氫能的生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)裙溕形唇?，基礎設施薄弱，目前燃料電池、加氫站和家庭熱電聯(lián)供的成本都相對較高，整個產(chǎn)業(yè)鏈都高度依賴財政補貼。

　　日本加氫站的建設進度也并不理想。從2014年啟動建設到2022年5月底，共計161個加氫站投入使用，集中在3個主要大城市附近。與之相比，全日本加油站有30000個。據(jù)CBS記者2021年11月報道，在日本東京最為繁忙的加氫站，平均每天大約40-50位顧客前來加氫，但大多數(shù)人只是為了保護性地把氫氣箱加滿。平均每3個月就會有一位司機因為氫氣箱空了而不得不停在半路上，等待被拖車拖走。氫能車除了車型少，價格高之外，作為基礎設施的加氫站的匱乏也讓消費者感到失望。業(yè)界擔心，按照現(xiàn)在的加氫站建設速度，日本無法完成自己的2030年加氫站建設目標。

　　其次，現(xiàn)在日韓采用的氫仍然大多屬于“灰氫”，即用化石能源制造出的氫，這樣的氫制造成本較低，但仍會產(chǎn)生碳排放，這也受到了國際社會的詬病。雖然使用“灰氫”并不會影響日本的氫能戰(zhàn)略，但采用更多的“綠氫”(從可再生能源中提取，是真正的零碳能源)也成為了日韓具有示范效應的發(fā)展目標。

　　2020年，日本在福島核事故現(xiàn)場附近開設了世界上最大的可再生能源制氫工廠之一“福島氫能源研究基地(Fukushima Hydrogen Energy Research Field，簡稱FH2R)”。日本川崎重工2019年推出了世界上第一艘液態(tài)氫運輸船“Suiso Frontier”。東京擁有一支氫能公交車隊，東京奧運會的圣火也以氫作為燃料，日本希望用這些舉措在奧運會期間向世界展示自己對氫能社會的愿景。

　　此外，豐田也與建筑公司Obayashi合作建設綠氫示范工廠，利用地熱能生產(chǎn)的氫氣用于賽車比賽。該工廠位于大分縣山區(qū)，利用地表以下約700米的地熱能分解水來制造氫氣。該項目也為九州周圍的加氫站提供氫氣，希望提供一種本地生產(chǎn)供當?shù)叵M的綠色模式。

　　因地制宜也是減少碳排放的一種方法。韓國重要工業(yè)城市、現(xiàn)代重工的總部和重要造船中心之一蔚山市，現(xiàn)在已成為能源轉(zhuǎn)型項目的所在地。現(xiàn)代汽車、韓國斗山集團等其他公司都在這座城市測試他們的氫能技術和產(chǎn)品。蔚山的氫能源價格便宜且儲量豐富，因為氫是當?shù)刂匾氖療捰蛷S的副產(chǎn)品。據(jù)韓國貿(mào)易、工業(yè)和能源部稱，目前氫氣在煉油過程中是燃燒用于加熱或釋放到大氣中，因此使用氫氣不會顯著增加煉油廠的碳足跡。截至2022年3月，蔚山市已有2,481輛氫燃料電池汽車上路，加氫站11個。

　　盡管未來仍不明朗，不管是日本和韓國，氫能戰(zhàn)略都仍在持續(xù)穩(wěn)步地推進下去，包括政府補貼、鼓勵氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，以及與相關行業(yè)合作，擴大全社會更好地適應氫燃料電池技術等。隨著未來氫能技術前景和商業(yè)化更加明朗，相信日本和韓國還將進一步調(diào)整自己的氫能戰(zhàn)略，而我們也可以期待更多的氫能車品牌上路通行。（記者 承天蒙）