我最近花了一些時間來回顧幾大汽車品牌企業氫能發展歷史，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發燃料電池汽車的書，又有機會訪談到在霍尼韋爾服務過多年的顧茸蕾博士。結合他們的資料與描述，以及我翻閱的眾多歷史資料，我梳理了美國氫能產業化的歷史脈絡，并企圖從產業發展的邏輯中尋找《路線圖》的合理性。

 

 

來源：美國能源部國家清潔氫戰略和路線圖(草案)- 2022年9月

 

1 航天技術民用化

 

盡管已經實現能源自主的美國發展氫能的緊迫感遠不如歐洲和亞洲國家，我們還是不得不將這個國家的氫能產業放在最顯著的位置，這是一個不斷創造奇跡的國家，一個代表世界顛覆性創新的國家。

 

1839年世界第一塊燃料電池在英國被發明出來，但直到20世紀50年代燃料電池應用才有了實質性的進展，1965年美國率先用燃料電池將阿波羅送上了太空，1966年通用汽車又將燃料電池用于汽車上。上世紀70年代中期，能源安全和對外國石油的依賴是美國面臨的主要問題。多年來，美國能源部在氫氣和相關技術方面建立了強大的研發活動，與許多法定機構保持一致，1970年，美國提出了“氫經濟”的概念，此時剛好遇到第一次石油危機的爆發，氫能被寄予厚望。

 

1990年，加州出臺零排放汽車（Zero Emission Vehicle，簡稱ZEV，包括BEV和FCEV）法案，通過強制規定企業零排放汽車銷售比例和信用額度積分的方式來迫使車企推廣ZEV，大大影響了燃料電池汽車的發展。這一時期，燃料電池在航天領域的專利到期，美國考慮將這一技術民用化，并再次提出氫能發展的規劃，這一次提出了研究、發展和示范的法案，當時提出“五年管理計劃”，顯然對氫能產業化的難度估計不足，并未達到預期目標。此后，美國對氫能的鼓勵政策一直沒有停止，而且從應用端的可行性研究到示范應用。

 

2 制定國家氫能路線圖

 

進入21世紀美國政、產、學、研多部門對發展氫能基本達成共識，從而轉入制定國家氫能戰略，2001年提出30年氫能源轉型的愿景。2002年4月美國制定了《國家氫能路線圖》，為協調長期的、公共的和私人的氫能發展提供基本的方向；2002年11月又制定了長期的戰略規劃，概述了氫在美國國家的潛在作用和實現氫能經濟的共同愿景。

 

在這份戰略規劃里，詳細地制定了從制氫、氫氣輸送、儲氫、氫燃料電池、終端應用場景等做了全面的闡述，這已經是一個基于全產業鏈的氫能戰略。此后的十年，美國圍繞氫能產業鏈建設展開了基礎建設與激勵機制。到2014年，隨著燃料電池在汽車領域技術的成熟，美國明確氫能在交通運輸轉型中的主導作用。

 

2020年美國又將氫能產業的重點轉向清潔氫的降本，美國能源部（DOE）即提出了氫能項目計劃，初步規劃了到2030年及更長時期氫能研究、開發和示范的總體戰略框架。

 

2021年，氫能攻關計劃（Hydrogen Energy Earthshot）首次提出了降本目標，預計到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《兩黨基礎設施法》（BIL），提出對清潔氫產業投資95億美元，其中：

 

（1）80億美元用于區域氫能中心建設；（2）10億美元用于電解水制氫計劃，包括從研發、示范到產業化的完整創新鏈，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，并支持美國清潔氫設備的制造。

 

2022年8月的通貨膨脹削減法案為氫能產業鏈環節提供補貼和貸款，主要包括上游制氫、制氫設備、下游工業示范部門、氫燃料電池車等。

 

2022年9月，DOE發布了國家清潔氫能戰略和路線圖草案，2023年6月發布了國家清潔氫能戰略和路線圖，全面概述了美國氫氣生產、運輸、儲存和使用的潛力，美國實現清潔氫能的主要挑戰，及促進氫能發展的關鍵戰略。路線圖的目標為在2030年碳排放水平較2005年低50-52%，2035實現100%的無碳污染電力，2050年實現凈零排放。根據路線圖的預計，美國2030、2040、2050年清潔氫的預計市場空間分別為1000/2000/5000萬噸，2030年氫能建設可以帶來10萬個直接和間接凈新增就業。

 

“氫能計劃”設定了到2030年氫能發展的技術和經濟指標，主要包括：（1）電解槽成本降至300美元/千瓦，運行壽命達到8萬小時，系統轉換效率達到65%，工業和電力部門用氫價格降至1美元/千克，交通部門用氫價格降至2美元/千克；（2）早期市場中交通部門氫氣輸配成本降至5美元/千克，最終擴大的高價值產品市場中氫氣輸配成本降至2美元/千克；(3)車載儲氫系統成本在能量密度2.2千瓦時/千克、1.7千瓦時/升下達到8美元/千瓦時，便攜式燃料電池電源系統儲氫成本在能量密度1千瓦時/千克、1.3千瓦時/升下達到0.5美元/千瓦時，儲氫罐用高強度碳纖維成本達到13美元/千克；(4)用于長途重型卡車的質子交換膜燃料電池系統成本降至80美元/千瓦，運行壽命達到2.5萬小時，用于固定式發電的固體氧化物燃料電池系統成本降至900美元/千瓦，運行壽命達到4萬小時。

 

表 美國50多年來氫能產業政策

 

 

3 氫能重點轉移

 

但顯然，美國自上世紀60年代的軍轉民燃料電池技術似乎已經不再是重點，而是將經濟性和氫的能源屬性放在了更重要的位置。

 

美國認為，氫不僅是高效的清潔能源，也是經濟增長的驅動力，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的整個化工行業的關鍵原料；氫與燃料電池或基于燃燒的技術一起，可以在運輸、固定或遠程電力以及便攜式電力應用中實現零排放或接近零排放；氫可以用于千兆瓦時的儲能，并作為電網的“響應負載”，以確保電網穩定，提高發電機的利用率，包括核能、煤炭、天然氣和可再生能源；氫氣可用于各種國內行業，如鋼鐵、水泥、氨和其他化學品的制造；氫氣可以由不同的國內資源生產，用于多個部門，也可以用于出口，預期到2050年，氫技術的全球市場潛力將達到2.5萬億美元，據估計，氫經濟每年可帶來7500億美元的收入，并累計創造340萬個就業崗位。

 

敏感的人從2023年版的《美國國家清潔氫戰略和路線圖》看到一些信息，美國本次提出了氫氣從制取到運輸的降本目標，在應用端也提出了燃料電池的使用壽命和成本目標，但在交通領域鼓勵的是重型卡車而沒有乘用車。

 

圖片4 漸進式創新與顛覆性創新的差異

 

毫無疑問，通用汽車是現有汽車品牌中最早開始燃料電池汽車研究的企業，早在1964年便開始燃料電池的研究，1966年推出第一臺燃料電池汽車，是上世紀70年代第一波氫能浪潮的先鋒。到1995年又啟動了Giner Stack發展計劃，先后與埃克森美孚、BP、雪佛龍、殼牌、豐田汽車、鈴木、寶馬等能源及汽車企業的合作，并于2003年推出世界首款可駕駛的采用線控技術的氫燃料電池概念車——Hy-wire。

 

福特汽車也是燃料電池汽車重要的踐行企業，1998年加入由戴姆勒和巴拉德組建的燃料電池汽車聯合實驗室，這一合作于2005年終止。

 

此后一段時間，美國的乘用車幾乎擱置了他們的燃料電池汽車發展路徑，通用汽車在研究燃料電池汽車的同時，也在研究電動汽車，1996年便推出了首款量產純電動車EV1，通用亦是電動汽車的開山鼻祖，早在1912年就生產過682輛電動卡車。就像今天純電動汽車的車輪跑到了燃料電池汽車的車輪一樣，上個世紀初期燃油車的車輪跑到了電動汽車的前面，企業需要在趨勢上做選擇。曾經改變世界的汽車巨頭福特的命運也沒有更好，燃料電池汽車輸給了豐田和現代，電動汽車輸給了“新勢力”。

 

顯然，以漸進式改革為指導思想的傳統汽車企業并不適應顛覆性創新的環境，這不是美國單個國家的現象，傳統企業路徑依賴和創新機制與“新勢力”不同是產業變革中遇到的普遍問題。美國今天的氫能政策沒有提出乘用車的目標，是因為整車企業短時間內無法達成盈利目標，沒有走下去。

 

但顯然，美國依然是全球氫能產業發展最先進的國家之一，“華爾街”賦予了這個國家極強的創新活力，機會與風險并存的風險投資成就了無數美國的科技型企業，成就了IBM、Facebook，也成就了特斯拉。

 

不偏不倚，美國的風險投資剛好遇到了馬斯克，電動汽車率先突破成為了燃料電池汽車發展的阻力。同樣，燃料電池領域的“新勢力”普拉格能源、尼古拉也在演繹機會與風險的極限，也是美國燃料電池重卡、叉車、固定式發電等應用領域的希望所在。“新勢力”企業來自風險投資的資金是“零成本”，而傳統企業卻面臨投入產出的巨大壓力，這是市場的創新機制導致的必然結果。

 

至于，為什么同樣是傳統車企的豐田和現代能夠在乘用車上勝出，以至于今天有機會布局氫能乘用車，德國Werner Tillmetz和 André Martin在《Wasserstoff auf dem Weg zur Elektromobilität》一書檢討到：歐洲企業與北美企業比較在創新機制和文化上存在差異，歐洲企業對創新項目需要充分論證才會進入市場開發，而北美企業通常會在應用中來驗證理論上的可能性。而且他們認為，對于產業鏈復雜、跨學科、跨部門的氫能產業戴姆勒與巴拉德、福特的科研體系達不到NEDO統一協調國內產業鏈資源的效率。事實上，盡管美國風險投資勝于歐洲，但風險投資主要關注的是創新型企業，美國傳統車企的風格與歐洲車企并無本質上的差異。

 

而顧茸蕾博士分析到，日韓企業的持續創新在細節上與歐美企業又有差異，歐美傳統企業希望科研投入能在預期的時間內看到經濟效益，而豐田企業卻有一套保持企業新項目儲備的機制，他們有一筆資金專門投入未來技術，屬于公司固定的成本開支，不會列入公司生產單位的業績考核，所以豐田儲備的技術其實遠高于其他傳統車企。

 

事實上美國在全球氫能領域的成就依然超前，這是因為氫能產業鏈長，除燃料電池外，還涉及到眾多的技術，包括化工技術、電解水技術、氫氣的儲運技術（管道、液氫、鹽穴儲氫等），美國都有很好的基礎。2021年，美國氫氣產量達到1000萬噸，主要應用于石油精煉（55%）、制氨和甲醇（35%）。當前美國電解槽裝機規模超3.7GW。

 

截至2022年底，公開宣布的清潔氫生產項目生產潛力達到1200萬噸。在儲運端，美國當前有專用氫氣管道約2575km和三個地質儲氫洞穴，已經建成液化工廠11座累計產能超過200公噸/天。終端包括6萬+臺燃料電池叉車、50個加氫站、80+臺燃料電池公交車、1.6萬+臺燃料電池車。

 

我理解，美國現階段在乘用車領域的優勢主要在電動車，而亞洲國家燃料電池乘用車的優勢更加明顯，所以，美國當期的路線圖并不代表世界燃料電池汽車的趨勢就此擱置。固然，燃油車時代的品牌時代，發動機是品牌車企重要的核心競爭力，但對于顛覆性電動汽車，技術突破有先有后，率先突破電池技術的不一定是整車企業，整車廠無法等到自己電池的成熟再啟動電動車戰略。現階段全球汽車市場產業嚴重過剩，燃料電池產業化進程更多取決于基礎建設和成本的下降，全球綠氫產業的發展顯然有助于這個目標。