全球速遞！開發了半個世紀，日本的“氫能社會”為何還沒來？

當前局勢引發的能源焦慮，為日本建立“氫能社會”的努力再添“一把火”。

2011年福島核事故后，時任日本首相安倍晉三提出了“氫能社會”構想。相關分析認為，日本將氫能視為“脫碳社會的一張王牌”，在氫能領域野心勃勃，希望成為“全球首個氫經濟體”，邁入“氫能社會”，并引領全球市場。

去年以來，日本加速了氫能的開發試驗和社會應用。其進程有發展但也有不確定性，實現“氫能社會”將是“一山放過一山攔”。

(資料圖片僅供參考)

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氫能開發走過半個世紀

日本對氫能的關注和開發，遠早于“氫能社會”構想的提出。

20世紀70年代，高速增長的日本經濟對國際石油高度依賴，但石油危機的爆發迫使日本采取一系列節能措施，并開始重視新能源，氫能作為一條技術路線受到關注。1973年，日本成立“氫能源協會”并出臺了一系列計劃，包括1974～1992年的“陽光計劃”、1978～1992年的“月光計劃”、1993～2002年的“新陽光計劃”以及1992～2002年的“WE-NET計劃”，涉及制氫技術、燃料電池和液化儲氫的研發等領域。這些計劃依托大學和企業開展，促進了有機化學氫化物法、液化儲氫法等技術的發展。

豐田汽車公司也在1992年啟動了氫燃料電池汽車的研發。但這一時期日本能源轉型的重心是“核電+液化天然氣（LNG）”，前者瞄準能源自立，后者較煤炭石油更為清潔。2011年福島核事故震碎了日本的“核電夢”，天空亦出現了久違的黑色粉塵——重啟煤電的排放物，日本能源自主與環境污染壓力都隨之而來。“氫能社會”構想就是這一背景下產生的。

2014年是日本氫能實用化的啟動之年。這一年公布的“第四次能源基本計劃”提出，“期待氫能在未來二次能源中發揮關鍵作用”，將氫能定位擴展到大規模發電；同年，日本又提出了“氫能與燃料電池路線圖”，以及在2020年東京奧運會上實現“氫能社會”的具體措施和步驟；相應地，豐田汽車公司和本田汽車公司決定將燃料電池汽車投入市場，巖谷產業和JX日礦日石能源公司公布了加氫站的氫能售價。

2017年日本發布了“氫能基本戰略”，計劃到2030年實現每年30萬噸的氫能產量，成本降至每標準立方米30日元（1日元約合0.05元人民幣）；實現100萬千瓦的發電裝機規模，發電單價降至17日元/千瓦時；實現加氫站擴建至900所，氫燃料電池汽車、氫燃料電池巴士分別增至80萬輛、1200輛，以及向530萬家庭普及“家用燃料電池熱電聯供系統（ENE-FARM）”；發展“可再生能源制氫”。

該戰略提出了實現“氫能社會”的“3E+S”原則——首先保證能源穩定供給（Energy Security），在安全（Safety）的前提下，通過提高經濟效率（Economic Efficiency）實現低成本能源供給，最大限度地追求環境適宜性（Environment）。“氫能基本戰略”也成為日本“第五次能源基本計劃”的一部分。2019年，日本又制定了“氫能燃料電池技術開發戰略”，促進固體高分子燃料電池、固體燃料電池、氫能基礎設施等研發。

隨著“碳中和”成為國際熱門話題，日本在氫能應用方面再次提速，于2021年將2020年底發布的“綠色增長戰略”更新為“2050碳中和綠色增長戰略”。

該戰略將氫能作為14個重點發展領域之一，計劃未來10年投入3700億日元扶植氫能產業；到2030年實現氫能年供應量300萬噸，2050年實現氫能年供應量達到2000萬噸；推動氫能煉鋼、水電解等技術發展；建設穩定的氨供應鏈，2030年前普及“20%氨、80%煤炭”混燃發電，2050年實現純氨發電。同時，還出臺了財政稅收、綠色創新基金、國際合作等多方面配套措施。2021年發布的“第六次能源基本計劃”提出，建立國際氫能供應鏈，推動氫能在制造業中的應用和生產方式轉型，提升社會對氫能的需求。

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現實與目標的差距

多年的政策扶植，讓日本在“氫能社會”普及方面較其他國家走得更遠。最成功的案例是，ENE-FARM近年來的銷量呈指數級增長。該設備售價目前已降至100萬日元以下，較2009年面世時便宜了約2/3，且機身尺寸逐年變小、更易安裝。截至2021年底，ENE-FARM累計銷量已超過43.3萬套，大大超出2017年“氫能基本戰略”設定的“2030年30萬套”目標。

ENE-FARM的工作原理是將天然氣轉化為氫氣，氫氣與氧氣發生化學反應，為住宅供電、供熱。日本資源能源廳數據顯示，ENE-FARM發電的能源轉化率為40%～55%，加上余熱利用的綜合轉化率為80%～97%，遠高于41%（包含電力輸送損耗的火力發電轉化率）。ENE-FARM在日本的普及得益于政府補貼，但更源于日本這一國家的特殊性——多為獨立住宅，便于安裝；電費較貴，可節省開支；災害頻繁，具備災后應急功能。

其他領域的氫能應用，目前與政策設想還有一定距離。例如，加氫站的建設進度并不理想。從2014年啟動到2022年5月底，共計161所加氫站投入使用，其中“首都圈”59家、“中京圈”48家、“關西圈”19家、“九州圈”14家，僅較2022年1月底新增4家。

按此速度，日本只能在2030年完成最新政策目標1000家加氫站的1/３。

再如，燃料電池汽車的銷售也不理想。豐田公司2014年推出了第一代“未來（MIRAI）”燃料電池轎車，但由于售價高、基礎設施缺乏，銷量一直不佳。

2020年推出的第二代“未來（MIRAI）”趕上“碳中和”熱，才在2021年實現了5600余輛的銷量，占其累計銷量的一半以上，但距離實現2030年全球200萬累計銷量的目標尚遠。

這些現象反映出日本“氫能社會”構想的底層邏輯和技術路線存在缺陷，而這些缺陷往往被氫能的優秀化學特征掩蓋。氫能是二次能源，在社會應用中的區位與同為二次能源的電能更相近，與石油天然氣稍遠。

日本設想的理想型“氫能社會”的能源系統，是用可再生能源產生的氫能替代電能，形成分散式的氫能儲運和應用系統，完全改變現有的能源系統結構。這種替代受眾多客觀條件約束，相較電能存在大容量和長時間儲存難的問題，在一些情況下效能未必優于電能。

退而求其次，用氫能替換生產生活場景中的石油天然氣也存在一些障礙。

例如，氫能的儲運條件不如石油天然氣，所以才有“氫轉氨”技術路線的出現；“灰氫”“藍氫”并未根治碳排放問題，卻憑空增加了成本；社會對“綠氫”的熱情，與石油天然氣價格正相關；日本本土缺乏新能源制“綠氫”的客觀條件，“綠氫”也和石油天然氣一樣依賴進口。

因此，按照“第六次能源基本計劃”，日本2030年利用氫和氨產出的電能僅占其能源消耗的1%，微乎其微。

目前日本有5座核電站恢復運轉，日本首相岸田文雄7月14日表示“指示最多使9座核電站運轉”，以保障通貨膨脹下冬季電力穩定供應。

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不斷拓展氫能應用場景

面對全球“氫能熱”，日本正努力克服困難和不確定因素，拓展更符合市場規律的氫能應用場景，但多數應用是對原有天然氣技術的升級，與理想“氫能社會”還有一定距離。

一是開發氫內燃機汽車。

豐田公司社長豐田章男多次表示：“敵人是碳，不是內燃機。”從2021年開始，豐田采用拉力賽方式測試氫內燃機汽車。測試車以兩廂“卡羅拉”為原型，底盤離地13厘米，搭載液氫，理論續航里程較燃料電池汽車增加一倍，成本反而更低。“未來，液氫儲存器可以做到又平又小，甚至可以與底盤融合，更具商業前景。”

豐田章男說。氫內燃機汽車可以繼續使用燃油噴射系統和渦輪增壓器，更符合原有汽車供應鏈廠商的利益。目前，美國汽車零部件公司博格華納正在為日本的相關客戶提供技術支持。

二是開發氫能火車、船舶和飛機技術。

東日本旅客鐵路公司（JR東日本）正在開發使用氫燃料電池和蓄電池的混合動力列車“云雀（HYBARI）”，已于2022年3月在南武線試運行，預計2030年投入使用，以替代部分線路上的柴油火車。

洋馬控股計劃2023年推出船用氫燃料電池系統。三井機械正在岡山縣玉野市建設大型船用氫燃料發動機的試驗設施，預計2023年6月完工，該設施可產生20兆帕高壓氫氣，每小時供給1000立方米。川崎重工已完成全球首個船用氫燃料鍋爐的基本設計，計劃在2025年左右投入實際應用。東芝正在開發新一代電動飛機核心部件，可供搭載數十人的中型飛機使用，目標是2030年前實現商業化。其子公司東芝能源系統已開發出2000千瓦原型機，大小只有同樣功率普通電機的1/10。川崎重工正在開發氫動力飛機的關鍵部件，如燃燒器、儲氫箱，計劃2040年實用化。關西3家機場將與空客合作，共同研究機場氫基礎設施的規劃設計。

三是開發氫能作業機械。

日本最大農機廠商久保田，計劃2023年在歐洲市場推出小型電動拖拉機，2025年面向歐美開發出中大型氫燃料電池拖拉機。洋馬控股計劃2025年推出電動農機，并考慮在中大型農機上使用氫能動力。小松制作所將與康明斯合作開發采礦卡車氫燃料電池，目標是2030年實現商業化。

四是探索氫氣發電技術。

三菱重工正在開發核電制氫技術，并計劃2030年推出僅靠氫氣即可發電的大型渦輪機，目標是2030年脫碳業務實現3000億日元銷售額。川崎重工計劃2026年在沖繩具志川火力發電站啟動“氨、煤混燃”發電試驗。

五是試驗氫能的工廠應用。

2022年4月，松下在滋賀縣草津市的工廠安裝了99臺5千瓦可調節功率的燃料電池，體積與小型自動售貨機差不多，配合570千瓦光伏發電使用，目標是成為“全球首個利用可再生能源驅動的氫燃料工廠”，同時積累“工廠能源管理系統”技術。日本制鐵和JFE鋼鐵正在建設小型氫氣煉鐵試驗機，預計2024～2025年開始試驗。神戶制鋼正在兵庫縣高砂市試驗“氫氣供應控制系統”，尋找穩定供氫、減少浪費的方法。

六是構建國際氫能供應鏈。今年2月，川崎重工和巖谷產業完成了液氫海運試驗——澳大利亞褐煤轉化的2噸液氫，用川崎重工建造的液氫運輸船，長途跋涉9000千米到達日本神戶機場島的“Hytouch神戶”——世界首個液化氫裝卸基地。這是日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的示范項目，計劃2023年后開始新的驗證試驗。此外，三菱重工已參與美國猶他州氫能發電項目，三井物產有意同阿聯酋阿布扎比國家石油公司開展液氫運輸合作，東洋工程亦有意在印尼生產“綠氨”。

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