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在电动化浪潮之下,锂电池已成为炙手可热的黄金赛道。热点之外,如今又有一股新的技术力量逐渐壮大,它并不是要颠覆谁,而是作为锂电池的补充,成为能源变革的新推手。
今年以来,锂电池板块的高景气度再次超出了大家的认知,宁德时代(SZ:300750)的市值站上1．3万亿高点,众多二线锂电企业和材料企业的股价更是争先恐后地创下历史新高。相比之下,同样是新能源路线,氢燃料电池板块却显得格外冷清。
直到最近的一条消息让氢燃料电池重回大家视线,日本本田汽车宣布,自今年8月开始,将终止以氢气为燃料的氢燃料电池汽车的生产。就在半年前,日产宣布暂停与戴姆勒及福特合作开发燃料电池车的计划。
要知道,日本是布局燃料电池最早的国家之一,其两大车企先后放弃了氢燃料电池这条路线,本身就备受质疑的燃料电池车这回要彻底凉了吗?
面对新的技术,有人退出、有人进场,是再正常不过的事情。本田的氢燃料电池汽车累计销量仅1900台,本田关闭了氢燃料电池汽车工厂,主要还是迫于业绩压力。实际上本田的燃料电池业务并没有停止,其与通用汽车合作开发的氢燃料电池车仍在进行中。日本丰田也已在去年研发出第二代氢燃料电池汽车。
视线回到国内,作为新能源汽车推广最成功的国家之一,我国正在发力氢燃料电池领域。中国已累计推广氢燃料电池商用车超7000辆,悄然间已经是世界上运行氢燃料电池商用车最多的国家了。在半年后的2022年北京冬奥会上,张家口核心赛区的冬奥保障车辆将全部采用氢燃料电池客车,涉及大巴车、中巴车和小轿车等多个车型,总量将达到2000辆。
不过也得承认,氢燃料电池汽车跟电动汽车比起来,两者的规模和技术水平都还不能相提并论。根据公安部的汽车保有量数据,截至2021年6月,全国纯电动汽车保有量达493万辆,而氢燃料电池车全部加起来还不足1万辆,氢燃料电池汽车相当于电动汽车10年前的阶段。
一句话总结,国内的电动汽车已经实现商业化,并且在大步向前发展,而氢燃料电池汽车产业还处在商业化前期。那么我们国家为什么要大费周章的推广氢燃料电池,氢燃料电池未来的出路在哪里?
01
氢燃料电池的战略意义
【1】何谓氢燃料电池?
所谓氢燃料电池就是氢气与氧气通过电化学反应产生电能的能量转化装置。其放电的机理是氢气从阳极进入,在催化剂的作用下释放电子形成带正电荷的氢离子,接着氢离子从阳极穿过电解质膜跑到负极与氧气结合生产水,而电子则源源不断的流入电路形成电流。
图1:燃料电池工作原理,资料来源:招商证券
整个过程只会生产水和热(该电化学反应属于放热反应),是真正意义上的零排放、零污染。这看起来是一个极其完美的方案,但是社会上对氢燃料电池的质疑声却不绝于耳。
在文章开篇,笔者有必要就大众对氢燃料电池车不安全的误解做些补充说明:
大家印象中的氢气属于国家管制危险化学品,易燃易爆,极其危险。实际上氢气的着火点为500°C,远高于汽油的300°C,另外氢气是密度最低的物质,即使泄漏,在空气中也很容易向上扩散并迅速稀释,所以氢气并非大家想象的那样易燃易爆。
其次,氢燃料电池的放电只是一个电化学过程,电池的内部根本就不会发生氢气和氧气燃烧,当然也就不会有火苗,这一点跟锂电池是类似的。所以驾驶氢燃料电池车并不是人坐车里,车上烧着氢气炉子。
最后,讲讲储氢瓶,这相当于传统燃油车的油箱,其安全性更是有保障。这瓶子不仅耐得住火烧、枪击,碰到车辆着火,只要储氢瓶的温度超过设计值,储氢瓶的阀门会自动开启,迅速排出氢气。
早在2008年的北京奥运会期间,福田与清华大学共同研制的氢燃料电池客车就开始示范运行,到了2016年,国内首条氢能源公交线路在佛山市投入使用,至今未有一例氢燃料电池车的安全事故。
【2】能源命脉要掌握在自己手中
燃料电池是氢能的重要应用领域之一,而氢能不单单是清洁能源,更是具有国家战略意义的能源。众所周知,我国是典型的“富煤、缺油、少气”的国家,国内使用的石油严重依赖进口,并且石油的进口量和对外依存度度在逐年提升。
所以说国家推广氢能和光伏、风电等可再生能源的初衷是一样的,就是减少对石油的依赖,保障我国的能源安全,避免未来被卡脖子。
你看“缺油缺煤”的日本早在2013年就发布《日本再复兴战略》,将氢能源的发展纳入了国家发展战略,我国也在2016年发布的《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》中将氢能源的发展列入了国家能源战略的部署中。
图2:我国的石油进口量和对外依存度逐年提升,资料来源:BP,华创证券
【3】氢电互补
从碳排放角度,为了达成我国2060年碳中和的宏伟目标,我们也同样需要发展燃料电池。
相信有人会对这个结论有疑问,汽车用上锂电池照样可以实现零排放,并且电动车已经基本实现平价化了,整个锂电池产业链已经形成规模;相反,同时起跑的燃料电池仍处在商业化早期,跟国外的差距还比较大,还有什么必要再发展氢燃料电池?
毋庸置疑,国内汽车的电动化成效显著,销量屡创新高,但是电动车的增长主要来自乘用车,商用车几乎没有增长,尤其是中长途的重卡领域,电动化进展缓慢,甚至受阻。过去几年,新能源商用车在新能源内部渗透率不升反降,到了2020年新能源商用车的占比仅有9%。
图3:新能源商用车占新能源车内部比重较低,资料来源:中汽协,长江证券研究所
究其原因,锂电池能量密度低,充电时间长等短板难以解决。讲到这里有人会想到固态电池,在《固态电池军备竞赛悄然开局》一文中我们总结固态电池是锂电池的“升级版”,主要还是是为了解决安全问题,并不能解决电池重量过大的问题。
假如真要让长途重卡换上锂电池,这相当于是带着电池在跑(40吨的电动重卡,想要实现500公里续航需要近10吨的电池),中途还要停上几个小时充电,经济性可想而知。
再就是低温性能,像磷酸铁锂电池,固然有成本低、安全性高的优势,但是一到冬天就怂了。尤其是长城以北地区,冬天车内开暖气,续航要大打折扣,所以我们看到北方地区电动公交的普及率远低于南方地区。而氢燃料电池车的优势在于,燃料加注时间和续航里程基本上跟燃油车相同,续航里程可轻松达500公里以上,冬天也有余热供车内取暖。
最具代表性的是丰田新一代Mirai氢燃料电池汽车,其续航里程达到850km、加氢时间仅需5分钟、零下30°C低温启动。
更重要的一点,商用车保有量仅占我国汽车保有量的12%左右,却是交通领域碳排放的“罪魁祸首”。根据中国移动源环境管理年报(2020)数据,商用车温室气体排放量占到了交通领域的77．3%。
图4:商用车占交通领域温室气体排放绝大多数,资料来源:《中国移动源环境管理年报(2020)》
所以国家发展氢燃料电池并非是以清洁能源的名义干掉锂电池,而是与锂电池并存互补,锂电池的投资者并不用担忧这个问题。在乘用车领域,电动化方案已经达成共识(当然氢燃料电池在价格方面也竞争不过锂电池);在中长途、载重型的商用车领域,氢燃料电池更胜一筹,相当于是未来多了一个新赛道。
所以我国燃料电池产业化应用一直聚焦在商用车领域,当前国内氢燃料电池汽车保有量近8000辆,其中商用车占了7000余辆。
图5:氢燃料电池的优点,资料来源:方正证券
