中日在清洁能源上合作，能源与汽车领域能否迎来新变局？

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2021年12月21日，第七轮中日企业家和前高官对话会议，就中日经济形势、区域经济合作、绿色转型进行了深度对话。5天后的26日，国家发展改革委员会与日本经济产业省以在线方式召开了“日中节能环保综合论坛” 国际会议，双方决定在清洁能源上进行合作。合作的内容之一是中国榆林化学和日立造船合作利用氢气和二氧化碳来生成城市燃气主要成分甲烷。

据新闻媒体披露，中日合作清洁能源的目标是：到2025年，在陕西省的工业园区启动该项目。由日立造船负责建造利用氢气和二氧化碳来生成甲烷的设备。由榆林化学提供作为当地工厂的副产品排放出来的氢气和二氧化碳。合作双方希望通过二氧化碳的循环再利用来减少温室气体排放量。

日本和中国在可代替天然气的清洁燃料技术方面展开合作，使来源于可再生能源的氢气与二氧化碳发生反应，生成城市燃气。由于以二氧化碳为原料，因此可以抵消温室气体排放。由中日两国企业展开合作，政府和民间共同培育环保技术。

在外交关系似乎跌入低谷的时候，传来中日合作开发清洁能源的劲爆新闻，有什么背景？我们为什么选择日本而不是韩国或美国进行清洁能源的开发合作？利用氢气和二氧化碳来生成城市燃气项目合作的过程中或合作之后，还有可能在其他新能源项目上进行合作吗？这样的合作对我国能源行业特别是新能源开发行业有什么影响？

一、要实现我国对世界的碳中和承诺，任务艰巨。此乃合作的大背景

2020年9月，我国提出了“努力争取2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”的应对气候变化新目标。推动碳排放尽早达峰是我国履行国家自主贡献承诺、赢得全球气候治理主动权的重要手段，也是我国建设生态文明、践行绿色发展理念的核心内容和内在要求。

根据全球碳地图集2019年的统计数据，自2006年我国CO2排放量超过美国，连续13年成为全球最大的温室气体排放国。2019年我国CO2排放量为101.75亿吨，与美国、印度、俄罗斯和日本CO2排放量之和相当。我国CO2排放量与经济增长具有较高的匹配度，上世纪90年代排放量平稳增加，2000至2013年排放量快速增加，2015年后排放量逐渐趋稳。

国家应对气候变化战略研究和国际合作中心、清华大学等研究机构认为，我国2030年左右能实现碳达峰，峰值可控制在120亿吨和人均8.5吨之内。到2050年碳排放总量将回落到2010年前排放水平。若抓住当前经济、产业、能源低碳转型的良好机遇期，进一步强化各部门的减排努力，我国能源消费相关碳排放量有望在2025年左右提早达峰，峰值水平控制在105亿吨CO2当量左右，2030年碳排放强度较2005年下降约70%，到2050年碳排放总量将回落到2005年前碳排放水平。

但上述专家对碳达峰的预估实际上是建立在新能源替代石化能源理想化发展的基础之上的。2021年下半年不少工业大省频繁断电，即是对碳达峰乐观估计的悲观提示。

要继续深入打好污染防治攻坚战，实现减污降碳协同效应，中央经济工作会议在明年的能源政策安排上，也要求“十四五”期间，我国要以降碳为总抓手，调整优化环境治理模式，加快推动从末端治理向源头治理转变，降低碳排放，从根本上解决环境污染问题。

如何将工业生产过程中排放的废气中的主要成分二氧化碳，转废为宝，我国的技术研究起步较晚，还没有能够投入到实际运用的技术成果。基于我国目前在清洁能源领域的技术现状，与有技术储备的国家进行合作，在合作中提高我们自身清洁能源技术研究的水平，这无疑是比较切合实际与目标的选择。

二、在“二氧化碳转化再生能源”项目上，我们为什么选择与日本合作？

据了解，由日立造船负责建造的利用氢气和二氧化碳来生成城市燃气主要成分甲烷的设备，将是该技术领域全球规模最大的设备。设备制造能力（换算为摄氏0度、1个大气压的标准状态）为每小时500立方米，将来规模生产会提高到5000立方米。

日立造船在用于制造甲烷的催化剂方面拥有世界领先的自主技术。虽然该技术如果使用商品氢气和商品二氧化碳，制造出来的成本会达到目前中国天然气价格的数倍，但由于该项目使用的氢气和二氧化碳均为当地工厂剩余的副产品，因此预计会获得盈利。目前能做到利用工厂排放的废弃物生产清洁能源并可以盈利的技术非常少。而当地工厂排放的二氧化碳如果能转化为清洁能源，其碳排放权带来的收益，也非常可观。

日立造船将建造可生成甲烷的成套设备（筑港工厂）

在这个项目中，如何降低氢气的生产成本是关键所在。据日本经济产业省估算，国外以天然气为原料制造氢气的成本为11.5日元即0.67元人民币/立方米。利用来自可再生能源的电分解水制备的绿氢成本更高。但中国有很多可再生能源设备，有的地区电力也很难完全输送到耗电量大的沿海地区。这些剩余的可再生能源与电力可以低价输送给制氢工厂。

日立造船也在与东丽等合作，寻求继续降低绿氢制造装置的成本。日本经济产业省提出了2030年之前将绿氢制造成本降至现在六分之一左右的目标，并决定从扶持脱碳技术开发的2万亿日元基金里安排降低绿氢制造成本技术的研发补助。

能源专家们认为，将氢气用作发电和汽车燃料的需求还很小，通过变成甲烷，通过现有的城市燃气管道供给工厂和家庭等，被认为可作为氢气使用普及之前的过渡措施。很显然，我们和日本合作的这个项目，也不可能停留在转化工业废气为清洁能源并供给工厂使用这个层面，也一定看到了这一技术更广阔的的市场前景。

三、我们会在其他新能源项目上与日本进行合作吗？

日本不仅在利用氢气和二氧化碳来生成城市燃气方面拥有世界领先的技术储备，在以氢气为主导的整个清洁能源领域，其技术都处于世界领先的水平。实际上，在这次 “日中节能环保综合论坛”上，不仅达成了中国榆林化学和日立造船合作利用氢气和二氧化碳来生成甲烷的项目，还达成了东芝能源系统与解决方案公司将与山东能源集团在氢气燃料电池系统的合作等脱碳领域的11项合作计划。

毫无疑问，氢能是全球开始推动的脱碳化的王牌。氢气作为能利用水来制造、燃烧后不产生二氧化碳的“梦想燃料”而备受国际社会的期待。有能源专家预测称，2050年氢能相关的世界市场规模将增至2.5万亿美元约16万亿人民币。日本企业在燃料电池和运输等氢能相关技术开发方面处于公认的世界领先水平。

从事技术信息分析的日本信息专家Astamuse针对2010～2019年在全球范围内申请的近17万项氢能专利进行了综合能力评估。从氢能的综合实力来看，第1位是日本，第2位是中国，第3位是美国，第4位是韩国，第5位是德国。

目前的氢能局面虽然是日本一马当先，中国第二，但我们在氢能方面的技术水平比日本还是存在较大的差距。

按企业来看，丰田高居首位，远远甩开第2位以下的企业。第2位是日产汽车，第4位是本田，第7位是松下，前10位以内有4家日企。中国仅中科院一家名列第5。第10～20位则有住友电气工业、京瓷、日本特殊陶业、日本碍子和东丽等零部件和原材料厂商进入。除了燃料电池之外，还在氢气制造、储藏和压缩技术方面日企的综合实力也很突出。

随着对全球变暖的危机意识的迅速增强，欧美、澳大利亚、中国和韩国等也开始推进氢气的制造和普及。日本政府提出到2030年使氢气制造成本降至每立方米30日元约1.68元人民币、2050年降至20日元约1.12元人民币的目标。

在氢燃料电池降低成本的关键领域，东芝率先取得了突破。2021年9月初，东芝已经开发出了体积和重量比此前减少2成的产品。新产品可将最多100台结合起来发电，能以1万千瓦的装机容量应对工厂和写字楼的电力需求。通过小型化，设备的制造成本减少6成，预计规模化生产后，制造成本将进一步降至此前的4成左右。东芝的氢燃料电池新产品将在2021年度内上市。

氢气制造成本的降低，将加速氢能的应用推广。而东芝已经拥有该领域领先的技术与设备。这应该是我国政府促成东芝能源系统与解决方案公司将与山东能源集团在氢气燃料电池系统合作的基本考量。

四、中日在清洁燃料上合作，国内能源行业面临变局

最近中日两国在利用氢气和二氧化碳生成甲烷、以及氢气燃料电池系统的合作，对我国能源行业、新能源开发行业和汽车行业均有重大影响。

一是在能源行业。

随着氢气和二氧化碳生成甲烷技术的不断优化和产品成本的下降，氢气和二氧化碳合成甲烷将逐步取代天然气。有些时候新技术可能很快得到突破，天然气的市场逐步或者突然被合成甲烷取代，都不会是意外。但受到影响的可能仅仅是天然气开采行业。天然气的运输、储存和销售行业，应该是可以与合成甲烷平稳对接的。

二是在动力电池行业。

随着氢燃料电池的成本下降和市场推广，目前以各种锂电为主的动力电池行业可能会面临着极大的挑战。

目前看，虽然锂电池生产技术成熟、产业链完善、可以批量化生产且生产成本低，正处于规模效应扩大阶段。而氢燃料电池制造难度较大，对于质子交换膜、关键材料催化剂、双极板等技术要求高，这些关键技术还主要掌握在日本、美国、欧洲手中。但氢燃料却是新能源发展的最终形式，因为它的反应产物只有水，真正能做到“零排放”。

除此之外氢燃料电池还有很多显著优势：氢是世界上最多的元素，氢气来源极其广泛并且是可再生资源；氢能转化效率可超过50%(内燃机转化效率为10%)；使用寿命长；加注氢气的时间短等等。比如氢燃料电池充氢只需要320秒，而锂电池充电需3个半小时；比如氢燃料电池轻易可实现汽车900km以上的续航，而锂电池的续航里程仅为400km左右；比如从质量能量密度上来看，锂电池能量密度为90-140Wh/kg，三元锂电池理论能量密度是300-350Wh／kg，但氢燃料电池目前已经达到600Wh/kg，理论上限是1-2万Wh/kg，提升空间巨大。

目前阻碍氢燃料电池推广的主要阻碍一是成本、二是储存。而日本氢燃料电池的成本在2021年底已经降低到了一年前的4成，随着技术的进步和规模的扩大，还会继续大幅度降低，估计1-3年左右氢燃料电池的Wh成本就能够达到锂电相近的水平。

可以预料，氢燃料电池将逐步取代锂电池成为汽车等产品的动力电池。若干年后，锂电池的使用领域不得已将完全转向移动电子产品、固定的小微型电子产品和储能领域。

三是在新能源汽车行业。

不可否认，不仅氢燃料是新能源发展的最终形式，氢燃料汽车，也将是汽车发展的最终方式。以锂电池为基础的动力汽车，不过是新能源汽车的过渡性产品，将以比传统汽车快得多的方式退出市场。

从1994年奔驰推出了世界上第一款氢燃料电池车NECARI，到2015年等来世界上第一款量产的氢燃料电池车丰田Mirai，氢燃料电池车的技术积累已经到了厚积薄发的程度。

丰田的Mirai和本田的FCV是目前世界上最先进的氢燃料电池车型。丰田对于氢燃料电池车的探索从90年代就开始了，到2002年丰田就已经开始在日本、美国限量发售氢燃料电池车“丰田FCH”。2008年针对特定用户销售的“ToyotaFCHV-adv”，丰田把一次加氢后的最大行驶里程从以往的330km提高到了830km，并且能在零下30度的低温地带启动行驶。第一款量产的氢燃料电池车是“MIRAI”，2014年12月15日在日本正式发售。随后，氢燃料电池巴士也在2020年投入市场。

技术及成本控制上的不断突破，推动着丰田在氢燃料电池领域的发展。目前在日本，MIRAI最终补贴完的售价在人民币26万元左右，这个价格只相当氢燃料电池车刚刚起步阶段的不到5%。

价格的下降带来市场的扩张。丰田于2014年12月在日本开始销售FCEV“MIRAI”，随后从2015年秋季开始将销售范围扩大至美国和欧洲。年产量也从2015年的约700辆，到2016年的约2000辆，再到2017年的约3000辆，每年不断增长。丰田Mirai累积的订单已经排到了2020年，2020年年产量已超过3万辆。

国家早已看到了这一趋势。所以在《中国制造2025》中明确提出了氢燃料电池汽车及其关键部件的技术路线图，对氢燃料电池关键材料的研发提出了技术目标；随后2016年11月国务院印发的《十三五国家战略性新兴产业发展规划》中，提出氢燃料电池汽车要产业化，到2020年要实现氢燃料电池车批量生产和规模化示范应用。

在12月24日国家能源局工作会议上，也决定2022年要加快推进能源科技创新和技术装备攻关。重点推动燃气轮机、核电、可再生能源、油气、储能、氢能等重点领域技术攻关，力争绿色低碳前沿技术取得突破；要大力开展技术和产业创新。着力构建能源领域碳达峰碳中和标准体系，推进数字化技术创新。加快5G、区块链在能源领域应用，推动新型储能规模化市场化发展，探索氢能、综合智慧能源服务发展新模式。

国内的新能源汽车行业和传统汽车行业，要认真研读国家与碳达峰和碳中和相关的能源新政策，应及时应对“东芝能源系统与解决方案公司将与山东能源集团在氢气燃料电池系统合作”对国内动力电池行业带来的深远影响，以及动力电池发展趋势对新能源汽车行业的影响，尽早研发氢燃料电池车，加大对氢燃料电池及相关技术的了解和布局，争取在氢燃料电池车赛道上，和锂电车一样取得满意的市场份额。

【作者：国证大数据徐晓伟】