最近燃料電池實(shí)在太火，從一級(jí)市場(chǎng)上周已經(jīng)火到二級(jí)市場(chǎng)來(lái)了。其實(shí)燃料電池已經(jīng)提了好幾輪了，有一定的規(guī)律：鋰電池熄火的時(shí)候，燃料電池就開(kāi)始火，不過(guò)火的時(shí)間有長(zhǎng)有短。

燃料電池是個(gè)非常有爭(zhēng)議的話題。看多看空的人估計(jì)誰(shuí)也說(shuō)不說(shuō)服不了誰(shuí)。誠(chéng)然，產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要很長(zhǎng)時(shí)間，成功與否充滿不確定性。咱們還是從產(chǎn)業(yè)的角度來(lái)聊聊燃料電池。

1、能源的原理了解一下：燃料電池的確在能量轉(zhuǎn)換上具備優(yōu)勢(shì)。

作為自然設(shè)備的基本要素之一，能源的本質(zhì)是在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過(guò)程可以安全、高效、經(jīng)濟(jì)地被人類所利用。

能源的效率是在做能源有效評(píng)價(jià)的時(shí)候必須要量化的一個(gè)指標(biāo)。我們知道目前的幾種典型能源轉(zhuǎn)化方式：

這種間接轉(zhuǎn)換的形式，熱能——機(jī)械能——電能無(wú)外乎就是盡量提高轉(zhuǎn)換效率。

大家關(guān)注燃料電池，就是因?yàn)樗侵苯影鸦瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換成了電能，中間沒(méi)有機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，所以就沒(méi)有卡諾循環(huán)的限制。

需知熱量是個(gè)低品位的能量，如果要變成高品位的能量，必須花費(fèi)一定的代價(jià)。花費(fèi)的代價(jià)要小，就要提高熱效率。電能和機(jī)械能是高品位的能量。熱力學(xué)第二定律認(rèn)為：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，或不可逆熱力過(guò)程中熵的微增量總是大于零。又稱“熵增定律”。

所以火電廠、特種差不多都遵循郎肯循環(huán)的理論，只不過(guò)特種的一次回路變成了核反應(yīng)堆。

燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電站不太一樣。它之所以效率高就是因?yàn)樘烊粴獍l(fā)電機(jī)組比較有特色：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連續(xù)輸出功率;啟動(dòng)快，達(dá)滿負(fù)荷快速;開(kāi)式循環(huán)，工質(zhì)流動(dòng)。下圖是傳統(tǒng)火電站功率輸出曲線+燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)輸出的兩種曲線的疊加。這是熱效率最高的一種方式。

2、燃料電池的應(yīng)用更適合做熱電聯(lián)產(chǎn)電站，而不是車用。

市場(chǎng)看好燃料電池，是容易理解的，原理上它具有很大的吸引力。燃料電池可以很容易同時(shí)兼具高能量和高功率特性，這正是其獨(dú)特的開(kāi)放式工作原理決定的。電堆是電化學(xué)發(fā)生的場(chǎng)所，其獨(dú)特的異相電催化反應(yīng)過(guò)程，使得不管是氫的電化學(xué)氧化還是氧的電化學(xué)還原，都可以在Pt/C催化劑表面獲得較高的交換電流密度。

目前燃料電池最大應(yīng)用還是在固定式熱電聯(lián)產(chǎn)。比如日本用的基本都是0.5-10KW之間，因?yàn)槿剂想姵貢?huì)產(chǎn)生熱副產(chǎn)品。所以利用好熱水和蒸汽，就提高了使用效率。

筆者認(rèn)為，燃料電池車用目前占比很小是非常正常的。汽車行業(yè)和電站能源完全是兩個(gè)行業(yè)，汽車是消費(fèi)品，是完全競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。而電站是能源系統(tǒng)的2B。家庭熱電聯(lián)產(chǎn)又是完全競(jìng)爭(zhēng)的家電市場(chǎng)。燃料電池從電站切入是相對(duì)容易的。而切入家電和汽車，則是打硬仗。

從消費(fèi)電池到動(dòng)力電池，我們都知道產(chǎn)業(yè)規(guī)律不可逆。其實(shí)燃料電池發(fā)明得更早，1839年WilliamRobertGrove發(fā)明的燃料電池，1970年Whittingham發(fā)明的鋰電池，直到1991年Sony才開(kāi)始鋰電池的商用，而鋰電池應(yīng)用到動(dòng)力領(lǐng)域更是到了2008-2009年。主導(dǎo)商業(yè)化的一直都是終端大用戶。比如當(dāng)年的索尼，后來(lái)的起亞-LG和BOSH-SDI。

沒(méi)有領(lǐng)頭的大企業(yè)，消費(fèi)電池和動(dòng)力電池都無(wú)法商用。這些企業(yè)也不是憑空就切入該領(lǐng)域。比如松下是1931年就開(kāi)始各種電池的研發(fā)，1994年才開(kāi)始鋰電池的商用研發(fā)。這些電池和車企巨頭很早就切入最前沿的技術(shù)研究，做了充分的儲(chǔ)備，等到技術(shù)和商用條件成熟了，就會(huì)聯(lián)合上下游一起開(kāi)始商用。

豐田2015年的時(shí)候宣布免費(fèi)發(fā)布6000多項(xiàng)專利。筆者認(rèn)為：首先日本真是個(gè)很封閉的國(guó)家，無(wú)論在哪個(gè)行業(yè)都是如此。其次宣布免費(fèi)，因?yàn)閮H豐田一家根本玩不起來(lái)，新能源需要大量的投資，光捂著技術(shù)，成本降低不下來(lái)沒(méi)有用。再次宣布免費(fèi)之后，結(jié)果其他車企還是沒(méi)有跟上，繼續(xù)做鋰電。大家都不是傻子。雖然說(shuō)專利免費(fèi)，真的獲取到技術(shù)還是難度極大。日本公司沒(méi)有這么大方。

3、成本、成本還是成本，重要事情說(shuō)三遍。

由于傳統(tǒng)車企和電池企業(yè)不是一個(gè)技術(shù)體系，大家都是在爭(zhēng)奪大規(guī)模量產(chǎn)的knowhow。搞研究的都知道，技術(shù)好和大規(guī)模產(chǎn)量完全不是一回事。能夠大規(guī)模量產(chǎn)，將成本降低到一定的程度，產(chǎn)品一致性做到最好就是厲害。其他企業(yè)就算最早做出來(lái)的，產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)最好，都不算什么。

所以燃料電池競(jìng)爭(zhēng)的不是技術(shù)，而是大規(guī)模量產(chǎn)的能力。它的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是其他的各種電池技術(shù)創(chuàng)造的商業(yè)壁壘。

氫燃料電池應(yīng)用或遭掣肘

量產(chǎn)不是件容易的事兒。首先得大規(guī)模投入，具備相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)能。既然投入，就要算IRR，因?yàn)椴还茕囯姽夥€是燃料電池都是重資產(chǎn)。算IRR就得預(yù)測(cè)將來(lái)商業(yè)化的價(jià)格和量，所以在未來(lái)高度不確定之下，就靠補(bǔ)貼推動(dòng)。

補(bǔ)貼這玩兒意就說(shuō)不準(zhǔn)了。從光伏風(fēng)電到鋰電全部政策導(dǎo)向，不確定性太大。比如說(shuō)是2018年光伏531政策，直接給規(guī)模砍半。比如說(shuō)最近可能出的新能源汽車補(bǔ)貼政策，最差版本是補(bǔ)貼下降60%。當(dāng)初測(cè)算的時(shí)候得給補(bǔ)貼打個(gè)大大的折扣。不僅僅是中國(guó)，國(guó)外的補(bǔ)貼一樣，說(shuō)沒(méi)就沒(méi)。筆者估計(jì)如果投燃料電池，企業(yè)大概率還是國(guó)企。

我覺(jué)得可觀測(cè)的指標(biāo)仍然是車廠的動(dòng)作。以前還有豐田，最近聽(tīng)說(shuō)豐田已經(jīng)轉(zhuǎn)投鋰電和固態(tài)，那就不得而知了。其他的車企，以前還有在燃料電池領(lǐng)域進(jìn)行探索的，現(xiàn)在都沒(méi)動(dòng)靜。

4、氫氣獲取是個(gè)大難題。

燃料電池的電堆本身，筆者在這里不做討論。因?yàn)榧词故谴嬖谥鞣N膜材料、雙極板或者是催化劑的技術(shù)難題，克服它也是時(shí)間問(wèn)題。

燃料電池的難度在于氫氣的獲取。上游的原材料，基本都是大宗資源品，大宗資源品是供給關(guān)系決定的。中游的電池，無(wú)論是燃料電池和鋰電池，都是制造業(yè)，制造業(yè)咱們國(guó)家是強(qiáng)項(xiàng)。只要是一堆裝備和材料搞出來(lái)的東西，我們是有優(yōu)勢(shì)的。

氫不是一次能源，是二次能源。氫氣行業(yè)的制造是以廠區(qū)為中心，向周圍輻射，原因是它基本是作為工業(yè)生產(chǎn)輔助原料，氫氣的運(yùn)輸成本高(包括是高壓液氫是剛有的國(guó)標(biāo)，只有日本有70Mpa的儲(chǔ)氫罐)，所以氣體氫運(yùn)輸半徑是200公里，液氫運(yùn)輸半徑1000公里。氫氣下游的應(yīng)用為：石化行業(yè)(天然氣重整，水煤氣制氫)，精細(xì)化工、醫(yī)藥、電子、冶金、科研。

先說(shuō)下純度較低的天然氣和水煤氣制氫。C+H2O-CO+H2+熱量，CO+H2O-CO2+H2,該方法得到的氫氣純度80%左右。該方法成本較低，產(chǎn)量大，設(shè)備多，在合成氨廠多用這個(gè)方法。我國(guó)合成氨企業(yè)廣泛分布于各個(gè)省市。

石油裂解副產(chǎn)品氫氣，產(chǎn)量大，下游就近使用在汽油加氫、化肥廠。這種國(guó)外使用的最為普遍，CH4+H2O-CO+3H2。

目前氫氣的下游需求，全球煉油廠需求占比80%，合成氨和甲醇等化工廠需求占比16%，其他氫氣需求占比4%。由于我國(guó)的煉油領(lǐng)域的份額急劇擴(kuò)大，比如山東地?zé)挼尼绕穑覈?guó)的氫氣消耗增速遠(yuǎn)超其他國(guó)家。

由于主要應(yīng)用在煉油廠，所以我國(guó)的煉油企業(yè)基本自建氫氣廠滿足本廠需求，專門的氫氣制造企業(yè)都是國(guó)外的。國(guó)內(nèi)這些氫氣廠都是小廠，沒(méi)什么大型氫氣制造企業(yè)。全部小作坊生產(chǎn)模式，進(jìn)入壁壘比較低，這些小企業(yè)生產(chǎn)的都是灌裝氫。那么問(wèn)題就來(lái)了，如果將來(lái)我們?nèi)剂想姵卣娴男枨笃饋?lái)了，這些小廠能滿足得了國(guó)內(nèi)的氫氣需求嗎?筆者認(rèn)為，這種低純度低成本的氫氣是沒(méi)有辦法使用在車用燃料電池的，安全性太差，而且不具備批量供應(yīng)的能力。煤制氫雖然生產(chǎn)成本低，但是儲(chǔ)運(yùn)成本又高，無(wú)論是管道還是儲(chǔ)罐，都有巨大的投資，到了終端不比電解水便宜。

其他的應(yīng)用：占比最小的其他行業(yè)，電子、特種航天、食品飲料等都是采用液態(tài)低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸。這個(gè)成本比較高，首先生產(chǎn)成本就高，多采用電解水制氫，第二配送成本也高。但這個(gè)才是燃料電池需要的氫氣。

也就是說(shuō)，燃料電池需要的氫氣只能來(lái)自于高成本的、分散式的制氫方式。這個(gè)方式是在沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性。從原理上說(shuō)，4度電生產(chǎn)1立方的氫氣，電的成本本來(lái)就高。燃料電池本身的優(yōu)勢(shì)就是因?yàn)橹苯訌幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)為電能的，但是如果把前端加進(jìn)來(lái)，等于是電能-化學(xué)能-電能。這個(gè)就跟高效、經(jīng)濟(jì)的原理相違背。

車用氫氣來(lái)說(shuō)，早期現(xiàn)場(chǎng)制氫為主，現(xiàn)在運(yùn)輸儲(chǔ)運(yùn)更多。甲醇重整制氫技術(shù)成熟，1997年戴穆勒推出甲醇重整制氫-燃料電池驅(qū)動(dòng)的車，2000前后推出第5代車，也做了很多示范，但是后來(lái)放棄了這個(gè)路線;通用98年推出這個(gè)路線。豐田和本田也研究過(guò)這個(gè)技術(shù)，但是后來(lái)沒(méi)有人提。所以這條路已行不通了。

我國(guó)本來(lái)就是缺氣富煤，用天然氣制氫顯然是和戰(zhàn)略不合的。煤制氫成本還得算上碳排放和儲(chǔ)運(yùn)的成本，其實(shí)低不下來(lái)。下游需求要考慮到上游的資源，上游資源又要想到下游的需求，化工企業(yè)產(chǎn)品眾多，不是僅僅產(chǎn)氣，它需要考慮到產(chǎn)品綜合利用的事兒，除非看到了下游巨大的應(yīng)用需求。