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一波三折的東京奧運會終于在7月23日正式拉開帷幕。早在2016年，當時的東京市長舛添要一就宣稱“東京奧運會將留下一個氫社會作為遺產”，就像新干線高速一樣。
今年的奧運火炬平臺和部分奧運火炬使用氫氣作為燃料，這在奧運歷史上尚屬首次；奧運村的熱水系統也完全由氫燃料提供動力；運動員甚至乘坐氫燃料電池巴士前往比賽場地。用于生產氫氣的電力來自福島縣的太陽能電池板。從制氫、儲氫、氫運輸到終端應用，整個過程不使用任何化石燃料，這是日本第一個完整的氫能基礎設施系統，也代表了日本向世界展示氫能戰略的雄心。
那么，氫能有哪些特點和價值呢？氫能將如何在解決全球變暖問題的過程中占有一席之地？
氫能的特點和價值
氫能是一種清潔的、高能量密度的二次能源。氫氣的燃燒只產生水蒸氣，不產生溫室氣體。如果在制氫過程中確保零碳排放，氫是一種理想的清潔能源。
氫具有更高的能量密度。每公斤氫燃料的能量至少是每公斤鋰電池的130倍；體積能量密度（單位體積所能儲存的能量）是鋰電池的兩倍，未來有望達到5倍。如下圖所示，對于氫燃料電池汽車而言，每增加一英里里程，所需氫燃料的重量幾乎可以忽略不計，但相比之下，鋰電池汽車需要大幅增加電池的重量和體積。勢必對電動汽車的結構設計和電機性能提出更高的要求。再加上氫燃料電池汽車在寒冷環境下的啟動和續航方面的技術突破，氫能在長途運輸、航空、航運、重工業等需要高能量、長續航和燃料的行業中占據巨大優勢。可以應對極端天氣。
此外，氫能的生產、儲存、運輸、使用等方面非常多樣化，是實現電能、熱能、液體燃料等能量轉換的媒介。與電力類似，氫可以從太陽能、風能、核能和傳統化石能源等一次能源中轉化而來。在儲運方面，氣氫或液氫可通過天然氣管道或LNG船運輸；氫能可以更高的轉換效率被轉換成電能或熱能，由此產生的應用場景非常廣泛，包括作為偏遠地區分布式清潔能源系統的儲能解決方案。
當然，氫能在碳中和戰略下發揮重要作用的前提是制氫過程必須使用清潔的一次能源。氫一般分為：灰氫、藍氫和綠氫。
灰氫由化石能源制成。目前，世界上95%以上的氫是灰氫。灰氫成本可低至1美元/公斤，并已大規模生產，廣泛用于煉油和制氨（主要用于化肥）。
藍氫也由化石能源制成，但需要在制造過程中的每個碳排放環節使用碳捕獲技術。現有技術可以捕獲約90%的碳排放。按最低灰氫價格計算，目前藍氫成本可低至1.5美元/公斤。
綠色氫由零碳排放的清潔能源轉化而來。由于制氫技術不成熟，特別是目前電解水技術的成本和材料，目前綠氫成本在2.5-6美元/kg之間。彭博新能源財經（BNEF）和國際能源署（IEA）預測，到2030年左右，綠氫的成本將與藍氫相當。
日本氫能產業實踐
氫能產業鏈主要包括制氫（Production）、儲氫（Storage）、氫運輸（Distribution）和終端使用（End Use）。
從綠色氫制造到東京奧運會終端應用的完整氫能基礎設施體系，在全球尚屬罕見。這很大程度上得益于日本政府過去十年的長期投資（今年正好是福島核事故十周年）。目前政府的研發預算是世界第二，僅次于歐盟。
日本在福島縣建成了世界上最大的太陽能制氫基地之一；家用氫燃料電池設備Ene-Farm已售出14萬臺；至少有4萬輛氫燃料電池汽車投入使用；至少已建成135座加氫站是全球最大的加氫站網絡。
日本的氫儲運技術和實踐也走在世界前列。今年上半年，由日本川崎重工建造的全球首艘液化氫運輸船Suiso Frontier已投入試運行。氫氣的沸點/液化溫度比液化天然氣的儲存溫度低100°C。這艘船將從9000公里外的澳大利亞運送液態氫到日本。這條氫運輸路線將在2030年將日本氫燃料的CIF價格降低4倍。
但是，日本氫能產業鏈的成本仍然很高。東京奧運會使用的氫燃料電池公交車的價格是柴油公交車的4倍。同等條件下，氫燃料的成本至少是柴油的2.6倍。與鋰電池產業鏈相比，氫能源和氫燃料電池產業鏈更長、更復雜，很多環節還需要技術突破和商業化探索。
面對氫能的未來，業內專家眾說紛紜。有人認為液氫和氣氫將成為主流，也有人認為以甲醇或氨為代表的儲氫運氫載體將成為主流。就重要性而言，有人認為氫能是世界各國實現2050年（發達國家）和2060年（中國）碳中和目標的最后一塊拼圖，是深度脫碳的關鍵能源；甚至有人認為氫能能源是“21世紀的終極能源”，世界經濟和能源結構也將隨之發生變化。無論如何，政府、國際智庫和市場對解決上述氫能技術問題普遍持樂觀態度。
各國政府為氫能產業設定了目標
近十年來，國內外政府從行業倡導轉向制定行業規范和具體的行業支持。其中，交通相關產業鏈將受到各國政府政策的青睞。目前，資本市場普遍看好氫能產業的發展。可以說，氫能產業在整個能源行業中的地位已經逐步提升。
截至2021年初，全球已有30多個國家發布了氫能產業發展路線圖，并承諾提供公共資金支持氫能應用。日本和歐盟都公布了氫能戰略，分別制定了2030年和2050年綠色制氫和氫能源汽車普及率的具體目標。國際氫能委員會預測，到2050年，氫能將占全球的18%。世界能源終端需求。此外，氫燃料電池汽車將占全球汽車的20%至25%，每年為交通運輸業貢獻至少三分之一的碳減排量。
去年，國務院辦公廳、國家能源局出臺《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》、《關于建立健全清潔能源消納長效機制的指導意見（征求意見稿）》等配套政策，鼓勵推動綠色氫、分布式能源、燃料電池等關鍵技術的研發和商業應用，氫能產業將進入商業化和規模化發展的新階段。
今年，國務院國資委在總結上半年央企經濟運行情況時表示，超過三分之一的央企已經在制定整體氫能產業鏈布局。
工信部預測，到2035年，新能源汽車銷量將占新車總銷量的50%以上。商用車將實現氫動力轉型。氫燃料電池汽車保有量達到100萬輛左右，建設加氫站5000座。中國氫能聯盟預測，到2050年，氫能將占中國能源系統的10%，對氫的需求量將接近6000萬噸，年經濟產值至少達到10萬億元。綠色氫的規模將達到4000萬噸，占比最高。其中，交通部門使用氫氣2458萬噸，占交通部門整體能源消耗的19%，減少碳排放3.56億噸；氫燃料電池汽車年產量達到520萬輛。
在資本層面，近期大量政府引導基金和能源產業資本紛紛聚焦氫能。截至2021年6月，全球大型氫能項目和投資事件已達359個，其中至少三分之一發生在今年上半年，且增速較快。各國政府累計承諾投入至少700億美元公共資金投資氫能產業。預計到2030年，各國政府、資本和企業至少將在氫能產業投資5000億美元。
氫能產業的未來與投資機會
我們相信氫能產業將在世界能源結構中占據一席之地。由于其發展尚處于起步階段，投資機構應重點關注國內外支持補貼政策和市場反應。
在終端應用方面，氫能和電能同為二次能源，既互補又競爭。投資機構可重點關注：1）氫能在電動化、脫碳困難的行業中的應用，包括長途運輸、航空、船舶、重工業等； 2）氫能在分布式能源系統中的應用，緩解清潔能源穩定性差、利用效率低、吸收壓力大等問題。
這種互補與競爭的動態平衡，需要投資機構實時了解氫能產業的關鍵技術路徑選擇和技術發展。重點關注液氫、氣氫與甲醇或氨等氫能載體之間的路徑選擇。在上游制氫環節，重點是電解水技術與材料、碳捕集技術的創新；儲氫環節需要重點關注氫燃料電池的系統設計、貴金屬開采和成本，以及大規模量產的機會；此外，儲氫在成本和安全運輸方面還有很大的提升空間。需要實時了解氫能行業對汽油和液化天然氣管道、運輸港口、加油站、加氣站等現有能源系統的有效利用情況。
同時，我們還應該關注具有直接競爭性的蓄電池（包括鋰電池）技術在體積和質量能量密度方面是否有革命性的突破。
與工業革命前相比，全球平均氣溫上升了約1°C。但是，我們現在擁有的清潔技術無法達到聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）設定的將溫度提高到 1.5°C 以下的目標。這需要前所未有的技術創新和能源革命。
縱觀人類能源革命的歷史，是一部能源效率從高碳到低碳，從低能量密度到高能量密度不斷提升的歷史，每一次革命都最終在安全、可靠和高效之間取得平衡。那么，2020年東京奧運會能否真正為世界打開氫能社會的大門，氫能產業的發展在多大程度上有助于解決全球變暖問題，引領全球能源革命，我們充滿信心期望。
