終極能源PK戰，讓我們擁抱氫能
青年怪才尤瓦爾·赫拉利寫的《人類簡史》一書，引發的爭議不少，但裡面有一句話是基本沒有爭議的。那句話是這樣說的，「工業革命的核心是能源轉換的革命」。
深以為然。於人類而言，能源有多重要，它重要到並不需要說三遍。能源革命是工業革命的驅動力，能源創新為工業革命提供了充分的動力，工業革命又激發了對能源的需求，進一步催生能源需求的擴大與實現能量轉化的革命。二者互相倚賴，互相成就。
能源需求：與工業革命互相成就
就能源與工業革命的淵源而言，中學生們都可以朗朗上口，第一次工業革命是蒸汽機時代的來臨，煤炭逐步取代了木材和動物（包括人類）肌肉，人們學會了大規模的用熱能轉化為機械能；第二次工業革命是電氣時代的來臨，人類學會了用電，學會了將電能轉化為機械能，石油逐漸成為主導，天然氣比例也越來越重。（下面兩張圖分別展示了第一次工業革命和第二次工業革命的能源變遷歷史）
第一次工業革命1760-1830/40
三次工業革命一般標識是信息時代的來臨，傑里米·里夫金(Jeremy Rifkin)在他風靡全球的著作《第三次工業革命》中，認為第三次工業革命的關鍵是「互聯網+能源」。
美國能源信息
二次工業革命1870-1970
當然，也有人認為，此前以信息技術為核心的「新經濟」已經是第三次工業革命了，而能源革命則是第四次。這遭到了傑里米·里夫金的反駁，他堅持人類正在走向新的通訊革命和能源革命的匯合處，在這個世紀大大改變我們的商業、政治和社會。
但無論是第三還是第四次工業革命，能源轉換的革命始終不曾停歇，人們對於「終極能源」的追問，也始終津津樂道。
從能源供應鏈的角度而言，地球上真正的能量來源只有太陽能、地熱與核能三種，而作為能量載體者則很多，比如傳統能源如煤炭、石油、天然氣，或者清潔能源如水能、風能，而從應用的角度，主要是需要解決儲存和運輸的問題。
為什麼會發生這些取代？為什麼有些能源從主角淪為配角，有些能源的戲份越來越重。這主要是由其能量密度決定的。比如，1立方米木材的熱值僅相當於0.1噸石油，1噸煤的熱值要高一些，等於0.62-0.67噸石油，1噸氫的熱值就更高了，等於2.86噸石油。追求更高能量密度的能源，是人類社會發展的自然選擇。
除了能量密度之外，能源規模、成本、儲存、運輸、安全等要素，也都是能源選擇迭代的重要因素，在最近十數年間，又一個新的要求成為繞不開的需求，那就是高環保標準。
而在這些疊加的「高要求」之外，一個更大的前提不容忽視，那就是：人類對能源需求的胃口是越來越大的。或許很少有人關注，阿爾法狗下一盤圍棋需要用到10噸煤的電量，火遍全球的「人工智慧」、「大數據」、「機器人」等背後，這些被業界認為將會引領下一次工業革命的新機遇背後，都意味著人類對能源消耗的需求，將是呈數量級的提高。
終極能源應有什麼特徵？
雖然目前我們的社會主要還是依賴石油、天然氣、煤炭這幾項主力能源，但人類一邊依靠著，一邊也在警醒著。因為傳統化石能源儲量畢竟有限，可能一個世紀前討論人類會為了石油而發動戰爭，是一件無比可笑的事情，但在如今的地球人口壓力面前，化石能源還能使用多少年，成為了普通民眾都關心的話題。
更重要的是，使用傳統化石能源二氧化碳排放引發的環境污染問題，已成全球共需抵禦的夢魘。
那麼，我們希望的下一位主力能源，或者所謂終極能源，應該具備什麼特徵？我想，應該有理由把清潔放在第一位。它必須是清潔能源，規模儲量大，開發成本低，能量密度高，安全係數大，能液態儲存便於運輸，集齊這些重要特質，它將成為下一場工業革命的重要驅動。
終極能源應該是什麼？我們可以擁抱氫能！這是元素周期表中最輕的元素（高能量密度），地球上儲量豐富，具有高能量轉化效率，最關鍵是使用時清潔無污染，水是唯一的產物。
不少媒體亦援引過傑里米·里夫金的話，他認為氫與人類的能源演進息息相關，是「21世紀的終極能源」。
他認為，三次能源革命存在一個規律：碳含量降低、氫含量上升。燃料中碳原子數目與氫原子的比例從固態的煤（1：1），到液態的石油（1：2），再到氣態的天然氣（1：4），脫碳不斷加速、含氫越來越高，這已成為能源開發利用的自然規律和趨勢。
從應對現實環境污染挑戰來看，氫能作為零碳綠色的新能源，可實現從開發到利用全過程的零排放、零污染，是最具發展潛力替代傳統化石能源的高效新能源。從本世紀初，歐、美、日等主要工業國都在大力投入氫能發展研究，有些甚至提升到國家戰略層面，尤其注重這一技術在汽車領域的應用，認為這是有關人類福祉的選擇。
誰在擁抱氫能？
它山之石，可以攻玉。我們不妨看看擁抱氫能最為徹底的日本，是怎樣一個態度。相較世界範圍內對氫能發展的搖擺猶豫，日本對於氫能源可謂是執著到底。
據新華社2017年12月26日報道，日本政府當天正式發布「氫能源基本戰略」，主要目標包括到2030年左右實現氫能源發電商用化，以削減碳排放並提高能源自給率，主要目標還包括未來通過技術革新等手段把氫能源發電成本降低至與液化天然氣發電相同的水平。為了推廣氫能源發電，日本政府還將重點推進可大量生產、運輸氫的全球性供應鏈建設。
作為實業界對「氫能社會」這一國家戰略的呼應，日本三大主流車企豐田、本田和日產近日宣布，將在2018年與包括日本最大的天然氣供應商東京天然氣公司在內的其他八家能源、金融企業共同成立一家新公司，計劃在日本建設更多加氫站並提供維護服務，加快氫燃料電池汽車的推廣與普及。這11家公司發表聯合聲明稱，他們初步計劃將在4年內合作新建80座加氫站，其中有9座即將完工，並且將在明年3月之前投入使用。
這真是一副無怨無悔的抱團發展架勢，一如上述其戰略指出的，「實現氫能源型社會絕非坦途，日本將率先向這一目標發起挑戰，在氫能源利用方面引領世界」。
此外，日本提出到2050年，二氧化碳排放量將是2005年的一半。為達到這個目標，其推出的21項技術，很多都與氫能有關，比如燃料電池車、家用電站以及CCS和碳捕捉髮電等，其終極目標是發展氫能。
而從能源利用關聯度最高的汽車產業角度來看，目前也有不少車企在投入氫燃料電池汽車的研發和生產，當然，規模還很小。據國際能源署（IEA）的數據，2016年全球電動汽車保有量已經突破200萬輛，氫燃料電池汽車的數量卻屈指可數。
為了改變這一現狀，近日，由28家車企組成的氫聯盟宣布，他們計劃加快加氫站基礎設施的建設，到2030年使得全球氫燃料電池汽車保有量達到1000萬～1500萬輛。除了上述3家日本車企，現代汽車、戴姆勒和通用汽車等都有相應投入計劃。
美國工程學院和能源部2000年預測燃料電池汽車在2015年左右開始起步到2050會全面取代傳統動力車和混合動力車。當然當時沒有認為鋰電池車會起來，這與後來堅定認為氫能經濟面臨巨大挑戰的朱棣文積極推動鋰電池車密切相關。但仔細觀察，即便如此，朱棣文也從未真正否定氫燃料電池車將是終極目標，只是提出這個終極目標的實現需要「四個奇蹟」的發生。
數據來源：美國工程院、能源部
將氫燃料電池汽車與純電動汽車、插電混合動力汽車和其他電氣化車型進行一系列比較，可以說，氫燃料電池汽車是全生命周期的環保汽車，也可稱為「終極環保車」：一方面，其動力氫燃料通過與氧的化學反應產生電能，氫氣來源比較多樣化，例如可以從風能和太陽能等可再生能源電解水制氫，可來源於工業副產氫，甚至可以從污水垃圾中制氫；另一方面，與內燃機汽車不同，氫燃料電池汽車所產生的副產品只有水，完全沒有其他污染物。
此外，氫燃料電池汽車沒有「里程焦慮症」。目前，市場電動汽車「標杆」——特斯拉Model S，在充滿電後可以行駛480公里左右，其它大部分在售的電動車型續駛里程只是其一半。增加續駛里程越長，所需的電池也越多，車身就越重。但已量產的豐田Mirai氫燃料電池汽車加滿氫後可以輕鬆跑502公里以上，本田在2016年推出的Clarity氫燃料電池汽車，最多能儲存141L氫燃料，加氫時間僅需3分鐘，續駛里程可達589公里。
但日本這個案例，看似一片坦途，卻仍有繞不開的「成本」和「安全」問題。因為日本目前採用的是高壓儲氫路線，而建設高壓氫加氫站的成本非常高。根據日本MRTI(Ministry of Economy, Trade and Industry)估計，建設一個加氫站成本大約是3.5-4.4百萬美金。如果要取代所有加油站（到2015年底日本有32333個），這將需要一個天文數字的投資。
另外，高壓氫加氫站的風險是不可忽略的，雖然事故發生概率可以降到極低，但萬一發生，則影響巨大。在估計其風險時，不應排除恐怖分子故意破壞（如開車碰闖）所引發的事故。
那麼，對這兩隻「攔路虎」有沒有破解法？有。
2017年9月，在武漢舉行的一場「首屆液態有機儲氫技術及其應用國際研討會「上，傳遞出來的一些重要技術突破和信號，理當引起業界更多重視。
該次會議上，國家千人計劃專家、中國地質大學教授、氫陽能源有限公司董事長程寒松對液體有機儲氫技術研究成果做了專項展示，備受與會代表的關注。氫陽能源研發的液體有機儲氫技術，可實現氫能在常溫常壓下的儲存和運輸，使用時可直接利用現存的以石油為基礎的能源基礎設施，從而大幅降低氫能技術的商業化成本，有利於氫能經濟的規模化推廣。
這可能是成為破解最後兩隻「攔路虎」的顛覆性創新技術。這兩個「攔路虎」也就是前任美國能源部長朱棣文所提出的氫能四大挑戰氫中的最後兩個挑戰（常溫常壓下氫的儲存及運輸，新能源及傳統能源架構的相關性）。這個技術甚至超越了朱棣文所提出的常溫常壓儲氫，取而代之是液態常溫常壓有機儲氫。因為液態更便於儲存和運輸，液態儲氫非常可能在移動應用（如汽車、輪船）中將逐步成為主導能源，就像液態的汽油逐步取代固態的煤炭。液態的氫能完全可以藉助於現有的能源基礎設施，成本低廉，至此，發展氫能技術所需的四大要素已基本具備。
上述會議期間，參會人員還搭乘了基於液體有機儲氫技術的氫燃料電池大巴車「氫揚號」，對這款「氫動力」客車進行了全方位試乘。該車以氫陽能源的30KW供氫系統與Hydrogenics的30KW氫燃料電池作為整車的主動力，與鋰電池「電-電」混合，配置200升的儲氫油箱，加滿後，續航可達300公里，實現了真正意義上的零排放，無機械損耗、不涉及燃燒，能源轉化率高，產物僅為電、水和少量熱，低噪音，運行平穩。可以說，我們國家的氫燃料電池車走向商業化，也已初露崢嶸。
中國選擇：在重視中加碼氫能
在這一個關乎國家戰略和人類福祉的能源選擇戰中，中國的氫能發展也是愈見堅定。目前，我國已是世界第一產氫大國，2015年產氫量超過了2200萬噸，佔世界產氫量的34%。
全國政協副主席、科技部部長萬鋼曾在第十九屆中國科協年會上表示，氫具有來源廣泛、大規模穩定儲存、持續供應、遠距離運輸、快速補充等特點，在未來車用能源中，氫燃料與電力將並存互補，共同支撐新能源汽車產業發展。必須加強協同創新，加快推動氫能燃料電池產業全面發展。
近年來，為鼓勵氫能產業發展，我國政府連續出台各項產業政策。2016年發布的《「十三五」國家科技創新規劃》明確指出要發展氫能燃料電池技術。
同時，工信部委託汽車協會於2016年10月發布新能源汽車技術路線圖；氫能標準委員會發布了《中國氫能基礎設施》的藍皮書，對我國氫能的分布、生產量等進行了較為全面的統計。據中國汽車工業協會測算，到2030年，我國燃料電池、氫能汽車的產量有望突破萬億元大關。2017年工信部、科技部、發改委聯合發布的《汽車產業中長期發展規劃》又提出，逐步擴大燃料電池汽車試點示範範圍。
可以說，國家是在對氫能發展整體方向看好的前提下，做出了穩步探索的嘗試。我亦認為，以現有的高壓儲氫運氫技術，在加氫站建設等領域的緩慢發展現象和人們對此所持有的謹慎態度，是完全可以理解的。成本的問題，安全的問題，以及達摩克利斯之劍般存在過的「四大挑戰」，都需要我們用更加專業、科學、嚴謹的方法論去面對並提出安全高效、切合實際的技術去實施。更何況，我國氫能產業目前還存在的無序競爭、成本高、缺乏核心技術等現實問題都需要時間一一解決。
為了這一綠色清潔能源能更多造福民眾，我們需要補上短板，也需要發揮長處。正如筆者上一篇文章所提及，在我們已經取得技術突破的液態有機儲氫領域，應加大投入，加快商業化推廣。由於這項技術易規模化，便於實施，成本較低，與現有汽油價格有競爭優勢。可以預計，隨著可再生能源的高速發展，制氫的成本越來越低，氫能技術推廣應用的前景將越來越廣闊。
從戰略上，我建議國家可從現行的石油戰略逐步轉向未來的氫油戰略，試行更為安全可靠的分散式氫油戰略儲存。在政府政策支持上，呼籲儘快建立常溫常壓液態儲氫及其應用標準，配套過渡性財政政策，支持氫能產業發展，推動產業「少走彎路」地健康前行。
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