网站首页    基础设施    氢能源之困
  • 方便面的征服

    1958年,48岁的安藤百福成功地发明了20世纪伟大的发明之一——方便面。现在,世界上有30多个国家生产方便面,中国是世界上方便面消费总量第一的国家。人均消费量第一的国家是韩国,人均消费量为80份。在2021年,韩国蝉联了8年的第一大方便面消费国地位被越南超越。

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  • 英国“基建狂魔”时代

    进入到20世纪,很多年久失修的运河更是面临彻底报废的窘境——决口、淤塞、干涸曾一度被认为是英国运河的宿命;好在英国政府于1947年将全部运河收归国有,并在此后进行了大规模的维护修缮。如今,改头换面、设施齐全的运河水系和舒适温馨的居家客船也成为了怀旧的英国人理想的度假方式。

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  • 小城镇与超级产业

    中国有很多县城或小镇,几万人从事同一个小产业。产业虽小,但其产量可以占到中国50%以上,有些甚至占到世界的50%以上。都是轻工业,几乎不掌握核心技术。当达到一定阶段后,如不能持续创新和升级,原有产业会向成本更低的地方转移。每个小城产业的升级过程各有不同

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  • 柏林生活垃圾管理模式

    生活垃圾由柏林城市垃圾清运公司(BSR) 负责。BSR每天组织近200次残余废物收集和50次生物垃圾生物处理,经营着15个城市便利设施和6个小型家庭有害物质收集点,收集20种不同的可回收材料和30种不同的危险废物类别。BSR和ALBA公司共同负责清空回收箱,BSR负责的约五分之一。

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  • 数字农业的玩家们

    数字农业赛道上,布局的包括富士康、中联重科、潍柴动力等;互联网巨头腾讯、阿里、京东等;数字巨头英特尔已经进场。腾讯自主研发的“物联网类操作系统”;富士康建造了一座全球最大的植物工厂;京东成立数智农业在全国对接了超千个农特产地及产业带。

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  • 东亚大都市病

    大城市化及其都市圈是后工业化时代的经济增长引擎。年轻人口被虹吸到大都市圈,导致其他地区老龄化严重,但大都市圈的生育率普遍较低。东亚地区如日、韩、新等国总和生育率仅在0.85~1.3左右;上海,北京等生育率更低,只有0.7左右。本文试图剖析东亚大都市病的成因

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  • 诺贝尔奖证书设计

    每张诺贝尔奖证书都是独一无二的艺术作品。文学奖的证书写在羊皮纸上,即经过特殊处理的皮革上,使用的技术与中世纪书籍插图画家的技术大致相同。授予其他获奖者的证书是用特制的手工纸制作的。有的领域诺奖证书以年度主题为特征,而文学领域则是私人定制

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  • 硬核科技重塑创投格局

    PE/VC机构在向半导体、人工智能、航空航天、新材料等硬科技赛道转换。中基协统计,PE基金2021年新增投资中,计算机运用、工业资本品、医药生物、半导体领域占48.01%;VC基金中,计算机运用、医药生物、资本品、半导体、医疗器械与服务领域的案例数量占比高达70.62%。

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  • 11年,软银零纳税

    软银承担了很低的纳税义务,但符合税法。其利用独特商业模式,让收入来自子公司股息。软银年报中“所得税”项,过去15年里有13年都确定为500万日元时,“不会产生企业税”。其营收结构也有两面:去年公布了5万亿日元净利润,在税务机关面前却是一家亏损公司。

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  • 找回专注力

    尼尔·埃亚尔打造了 “上瘾模型”,教会产品经理打造一款让用户欲罢不能的产品。几年后,他也被卷入了形形色色的产品的漩涡,险些被 “上瘾模型”控制。他提出了“专注力管理四步法模型”,包括主宰内部触因、确定时间规划等,让时间和注意力去该去的地方。

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  • 战争与产业政策

    美国正试图通过一次一个技术制裁来减慢中国技术进步以塑造一个未来。今天,信任消失了,中美合作体系和俄欧合作体系都已不复存在,取而代之的是,中俄之间萌生出新合作关系,这一横跨金砖国家和欧亚板块的“天作之合”,因中-美与俄-欧的合作破裂而产生。

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  • 被历史耽误的游戏编剧:折毛

    折毛扮演游戏角色为了增强国家在历史上的真实实力,她不断在维基百科上叠BUFF,让“卡申银矿”成为无限取钱的作弊器。因为会有游戏裁判去维基百科中核查信息。为让银矿真实,她写了历史战争;为让战争合理,她编了一场起义;为让起义更真实,她编了一种货币……

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  • 原始技术支撑中国地热能

    作为地热资源大国,截至2020年底,中国地热直接利用装机容量达40.6吉瓦,占全球38%,连续多年位居世界首位。地热直接利用装机容量世界排名前五的国家分别为:中国、美国、瑞典、德国、土耳其。然而中国地热能利用非常初级,地热能只能在当地消化,无法转移使用。

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  • 电力区域版图

    火电占比下降、风电等清洁能源占比上升。自2016年到去年的6年间,我国风电占比从3.9%上升至6.6%,太阳能发电量更是从0.6%上升至2.2%,分别上升2倍和3倍。根据规划,2025年可再生能源发电量目标被定为3.3万亿千瓦时。这意味着可再生能源年发电量将在5年内增加49.3%。

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  • 走进英特尔芯片工厂

    极少有人能够真正进入全世界最顶级、最高机密的晶圆工厂,以及装备了最尖端技术设备的芯片测试实验室,以最近的距离,亲眼目睹一枚芯片的诞生全过程。全球十二万英特尔员工,也只有1-2%左右能够出入它的芯片生产车间;99%的员工甚至没有机会和晶圆拍一张合影。

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  • 川渝缺电和东北限电

    和东北限电的情况类似,我们需要的是一个更优的电力结构。成渝地区与周边地区还没有建立坚强的互补互济的电网,特别是与西北地区。因为成渝地区往东部地区输送的是水电,考虑到水电存在的季节性问题,应该与西北地区建立特高压输电通道,形成互补互济的开发格局

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  • 新加坡淡水工程

    新加坡 “四大水喉”,即本地雨水、对外购水、新生水和海水淡化解决饮水问题。除了天然水和从印尼抽取的协议淡水,其海水淡化计划到2060年将满足新加坡30%的淡水需求;“膜”技术净化“新生水”品质超越欧美饮用水标准,计划到2060年,“新生水”可以满足50%的用水量

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  • 气候变化加剧疾病传播

    10种气候灾害都影响了病原性疾病的传播。病原性疾病是指由病毒、细菌、真菌和动物等感染因子引起的疾病。研究还列出了1006种气候危害加剧疾病传播的途径,由于途径太多,想要让人类社会全部适应他们是不可能的。在286种独特疾病中,223种因气候灾害而恶化。

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  • 美剧编剧体系

    美剧的生产体系可以从很多方面来讨论,比如制播分离、制片人负责制、试播制度、订阅制度和高淘汰率等等。在编剧流程上,美剧由制作人组织一批写手,边写边拍,边拍边改,是一个相当动态的过程。可以根据演员的状态和观众的反应随时调整剧情,故事更符合需求。

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  • 复盘美国汽车工业

    2010年,通用汽车实现为1999年以来最高盈利水平,成为三大车企中市值最高的企业。2011年,最后一辆福特“维多利亚皇冠”下线,成为美式大排量车的绝唱。此时,电动汽车悄无声息地驶进人们的生活。“闹着玩”一般销量的特斯拉将会成为传统车企最强劲的竞争对手。

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【作者:万连山;编辑/校对:墨眠、顾树;数据支持:勾股大数据;源自:格隆汇《氢能源崛起之困 2022.06

 

请想象一下:

一种新燃料,不仅能加热制冷,还能以不同规模发电,乃至驱动各种发动机,并广泛应用于家庭、工业和运输等几乎所有领域。

另外,尽管听起来不太真实,这种燃料不会产生任何辐射、颗粒物、大气污染物,且来源无处不在,地球的任何角落都储备丰富。

因为它,世界不再有能源困扰,与之衍生出的贪婪、地缘冲突、战争,都将一去不返。

这样的梦想能实现吗?

1869年,在科幻鼻祖儒勒·凡尔纳笔下,《海底两万里》中可怕的鹦鹉螺号潜艇用之不竭的燃料,便是氢气。

也是从彼时开始,氢能源作为最友好、最清洁的终极能源,始终活在人类的幻想中。

2H2+O2=2H2O,这个化学方程式就像巴赫的二部创意曲,简洁却蕴含巨大的能量。当氢以游离气体形式存在时,按重量计算的能量密度,让任何化石燃料都自惭形秽。

时过境迁,150年后的今天,当氢能源再次立于能源变革的风口浪尖,能否从绘本中走出,成为真正的英雄?

原画绘本中的鹦鹉螺号潜艇

 

至少,直到现在,氢仍是我们理想中最完美的燃料。

比如,某种程度上说,只有氢能源车,才是真正的新能源车。

以锂电车为例,存在充能时间长、冬季续航衰减严重、受充电设施制约等等问题。更加之,所谓的电动汽车环保,无非是把城区的污染转移到了郊区,电池污染是一个不能回避的问题。

氢能源则能很好解决这些短板:能量密度远高于锂电池、加氢过程只需3-5分钟续航500km,循环寿命4000次以上,排放的只有净水,没有污染。

去年11月的上海进博会上,当丰田Mirai第二代氢燃料电池乘用车首次在中国亮相,最大续航里程达850km,不少车迷都开了眼界。

书中的情节,这一刻似乎走进了现实。

只是,与传统锂电池相比,氢燃料电池似乎拥有无与伦比的优势。为何这么多年过去,仍没有进入商业推广阶段?

 

01、成本之困

 

上帝虽总以完美诱惑世人,但祂并未创造过完美的事物。

氢能源也一样。

首要原因,当然是成本。

比如,在日本市场,Mirai的售价为723.6万日元(约36万元人民币),另可获得200万日元的补贴,终端售价523.6万日元,而Mirai本身并不是什么高级车型。

高昂的价格劝退了很多人。

实际上,地球是个氢元素严重匮乏的星球,远低于整个宇宙75%的氢占比。

在我们这方世界,氢气单质几乎不存在,只有化合物,最常见的是水或碳氢化合物。而所谓的氢能源,即纯度较高的氢气,必须从化合物中分离、经过繁琐的制取过程才能获得。所以,在地球上,氢只能作为二次能源。

这便是第一个逻辑陷阱:所谓取之不尽用之不竭,但对其他燃料的依赖性太强。

由此可引申到第二个逻辑陷阱:氢能源是最清洁的能源,但其所依赖的上一级,却不一定清洁。

目前制氢常见技术有三种,煤制氢,天然气制氢,电解水制氢。按照生产来源划分,分别叫灰氢蓝氢绿氢

如今,消耗的氢气95%,来自两种最常见的方法:煤炭和蒸汽甲烷(天然气)气化,重整生产。

前者耗能小,但制备1公斤氢气会排放约10公斤二氧化碳。如果我们要大力发展氢能源,肯定不是朝这个方向。

后者相对环保一些,但每制取1公斤氢气需耗电约11度。最关键的,碳捕集技术目前并没有完全克服。

而如果用电解水制氢,每制取一公斤氢则要耗电约48度,能耗之高让人不禁发出疑问,氢能产业真的有美好未来?

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目前我国,虽然决心大力发展氢能源,但在现阶段,因为富煤的能源结构,仍以煤炭制氢为主。

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除了上游制氢难、贵,中游的运输也是个大问题。

没错,除去核燃料,等质量氢的发热值是所有燃料中最高的,约为煤炭的6倍,乙醇的4倍,汽油的3倍。

但作为质量最轻的元素,氢气的密度太低。常温下,氢气的能量密度仅为天然气的三分之一。所以,氢气基本可以从任何容器中逸出,如何封装、储存,就成了老大难。最常见的方法有两种。

一是低温储氢,当将氢气放在-253摄氏度时,气氢变身成功,成为液氢。除了降温,要维持储氢罐体内的温度,这样就需要巨大能耗,也就是说相当于用直升飞机运输一筐廉价水果,根本得不偿失。

二种储氢方式是高压气态储氢,目前其质量储氢密度大约为4.05.7%。从技术成熟方面来看,高压气态储氢最成熟、成本最低,也是现阶段主要应用的储氢技术,基本能与传统加油方式相媲美。尽管这种储氢方式比较稳妥,但是对于更高的车载储氢要求如储氢量、安全性等问题,尚未有合适的解决方案。

目前国内在储氢瓶布局的企业并不多,毕竟技术难、成本高就算了,更关键的是在上下游都难有话语权,属于典型的脏活累活。

此外,目前在氢燃料电池的生产中还有一个很大的资源限制:铂。

当然,也不仅是氢燃料电池,其他燃料电池的催化剂也用铂。

铂矿在全世界的分布却极不均衡,南非占世界铂的总储量的90%,产量也是遥遥领先。中国的铂资源只占0.58%,也就是说,我们想大规模发展氢燃料电池,就需要大量进口金属铂。

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如果制氢催化剂技术不变革,可以想象得到,我们原来依赖石油,以后换成了铂,那氢燃料汽车可以说就是移动的奢侈品

最后,氢能源车全面普及的另一个必要条件,要大量兴建加氢站。

加氢站有三个类型,分别是外供氢高压氢加氢站、外供氢液氢加氢站、站内水电解制氢加氢站。

我国加氢站以高压氢气加氢站为主。比如,去年1118日,全国首座高速服务区加氢站正式落户山东,占地1640平米,耗资1160万元。

由于氢的物理特性,储运困难,氢能的基建设施尤其昂贵。设备成本在当中占百分之80左右,其中绝大多数又是花在了氢气的压缩、储存和冷却、加注系统上。

这种高投入,最终落到消费者身上,就是一笔沉重的负担。

有人测算过,将产能到耗能的全过程纳入成本测量后,氢能的消费价格远高于电能。也就是说,仅基建等方面导致的非能源成本,氢能消费者就需要比电能支付2倍以上的价钱。

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总而言之,氢能产业如今的现状就是制氢贵、储氢贵、加氢贵、用氢也贵。归根结底,在于字。

甚至,贵也不是全部。

 

02、技术枷锁

 

氢作为汽车能源,首次被摆到国际舞台上,还得追溯到70年代。

第一次石油危机结束后,美国马上成立了国际氢能协会,探索燃料电池技术的开发。当年,通用汽车最早提出氢经济概念,希望利用氢的化学性质实现清洁能源的循环利用。

90年代,《联合国气候变化框架公约》面世,引起了全球对气候变暖的关注,发达国家开始耗费重金寻求氢燃料电池车技术突破。

只是,随着后来国际油价回落,关于温室效应的课题关注日少,各方对氢能的热情也渐渐冷却。

所以,一晃眼半个世纪过去,氢能源仍然处在商业化前夜。

在氢能源汽车领域始终保持当初热情者,也只剩下日本。

20174月,在氢能源阁僚会议上,安倍晋三郑重宣布:我们要领先全世界,创造一个氢能源社会!

日本也是首个以此为目标的经济体。

只是在建设的步伐上,近乎龟速。

20217月,日本经济产业省(即商务部)公布的能源政策中提到,计划到2030年,要让氢、氨等新燃料的发电量占到总量的1%

这与安倍豪情万丈的氢能源社会目标,相差可谓十万八千里。

在全球化的时代,一个产业要发展起来,需要各个国家在生产、运输、应用至消费各个环节通力合作,才能打造出一套完美闭环。

这就是最大的问题,日本自己一厢情愿地扎进氢能源汽车,最重要的中美市场却不跟进。

先不说一亿多人口的市场能不能玩得转。单看日本的人口结构,平均岁数在45岁以上的国民,整体上早已过了尝试新消费的劲头,更不会有冒险的狼性精神,对新产业的发展自然而然就钝化了。

这样的市场是撑不起氢能源发展的。

所以,纵使从上游的制氢技术,到中游的运输、储存,再到下游的加氢站、电池制造等全产业链,日本都牢牢把握着先发优势,但也做不大。

这也是为什么,丰田会在2015年公开5680件非核心专利,供全世界厂家无偿使用。为的就是活跃市场。

和当初马斯克的意图类似。

但无论如何,时至今天,日本的氢能技术说是独步天下,也并不夸张。全球接近70%的氢燃料汽车专利都掌握在其手中。

仅丰田一家公司,就拥有超过2.5万件专利,在系统控制、高压氢气罐、电解质膜、发动机电池装置等方面,都占据着垄断地位。

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可以这样说,目前氢气电池燃料FCV的核心技术专利几乎百分百掌握在日本、德国和美国的车企手中,我们想要弯道超车,其实并不容易。

至少在现阶段,国内厂商的核心零部件基本依赖进口,做的大多是些集成组装工作,面临被卡脖子的困境。

比如莫过于气体扩散层材料——碳纤维纸。

在燃料电池进行化学反应供能的过程中,氢燃料电池气体扩散层(GDL)起到了极为重要的作用——它不仅是气相反应物和液体水的运输通道,也是反应后生成的热能和电能的传导通道。

但这种至关重要的材料,核心技术在日企东丽公司手中,其产量高达5.37万吨。而中国的该技术,尽管在2020年实现了突破,但如江苏恒神、中复神鹰等龙头企业,产量也只达到5000吨、8000吨,与之根本不在一个量级。

再具体来看。

上游。我国是世界第一制氢大国,尽管大多是灰氢和蓝氢,但技术目前相对成熟,不存在卡脖子问题。

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中游。有分子态、液态和固态技术等储运,目前较成熟的是气态,液态主要用于航空航天领域,固态则是最有潜力的方向,也是未来燃料电池和储运的终极答案。日本在这个领域全面领先,我们目前加氢站的关键设备基本都依赖进口。

貌似只有惠普股份在加氢机和氢气压缩机等方面,打破了垄断。

厚普股份70MPa加氢机,来源:公司官网

下游是最卡脖子最严重的,主要有电堆、双极板、膜电极、质子交换膜、扩散层,以及汽车里必需的氢循环泵、空气压缩机等八项技术。

总体而言,当前的氢燃料电池,基本与5年前的电动汽车相似。

就目前看来,尽管入局其中的企业很多,但真正颠覆式创新的技术很少,更多仍是在应用中迭代,在成熟理论上做应用创新,比发力底层技术的收益更大。

简而言之,这些公司看似进入了一个新兴行业,实际上依赖的仍是传统行业的经验技术。

如果仍只是单纯追求整车生产的组装厂的投产,并急于达成在2030年生产100万台的氢能源汽车的目标,很可能就会重复当年的拿市场换不了技术的弯路。

当然,对于这种未来技术,到底行不行,主要取决于国家意志,取决于国家需要的进度。

就像当年一样。

 

03、势在必行

 

有人说,并不是比亚迪在新能源领域比丰田强,只是因为比亚迪背后是中国。

这是有道理的。

1992年,已是耄耋老人的钱学森先生给时任国务院总理邹家华写了一封信,建议大力发展电动车,要组织力量,中国有能力跳过一个台阶,直接进入汽车的新时代。

这个新时代,也就是我们现在看到的电动车时代。

从某种程度而言,只有新能源转型成功后,中国经济才可能摆脱对房地产的重度依赖。

今天回首再看,这个目标已经接近实现,产业中涌现出多家十倍大牛股。

我们的汽车产业也终于弯道超车,取得了难得的地位,此时肯定要乘胜追击,扩大我国市场的影响力。

氢能源是未来确定的增量方向。

毕竟,从终极方向看,锂电池属于过渡产品,为的是应对石油问题,就好像5G一样。而氢能源即便成本再高,也必须跟上,没得选择。

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日本人发明了锂电池,韩国人把它做大,中国人把它做到世界第一。假如我们不是世界第一,我们没有存在的价值。

曾毓群道出了中国在锂电产业上的野心和骄傲,而对于氢能源产业,中国同样是雄心勃勃。

2019年,氢能源被首次写入《政府工作报告》,随后便出台了《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》,根据规划,力争到2030年实现加氢站数量1000座,燃料电池车200万辆。

传统能源企业和新能源企业纷纷响应,中石化和隆基分别为两大阵营中的先锋。

比如隆基,从2018年就开始关注和布局可再生能源电解制氢,近三年来都在持续研究,在电解制氢装备、光伏制氢等领域已经形成了技术积累。

而在碳中和的趋势下,可再生能源电解制氢有望成为最主要的制氢方式,市场需求和发展空间也进一步打开。

今年以来,国内的氢能产业,突然走上快车道,一路狂奔。

3月,《氢能产业发展中长期规划(2021-2035)》重磅出台,给整个行业带来期盼多年的顶层设计。

伴随近期国家和地方对氢能的政策鼓励,江苏神通、亿华通、上汽集团、长城汽车、海马汽车等多家产业链上市公司加速驶入氢能赛道。

这个时候,恰逢俄乌打得不可开交,化石能源的供需格局陷入动荡,本就在双碳议题中被捧红的氢能,热度再次飙升。

所以,在未能攻克成本问题的当下,氢能源的魅力,并不在于其是否廉价,而在于打开了真正进入清洁能源的数字电气化科技时代。

这种能源科技普及,也许并不亚于当年蒸汽轮机的蒸汽革命。

 

04、结语

 

把大象关进冰箱需要分几步?这是一个经典笑话。

然而在今天,我们不得不对着能源产业问,把氢能送进汽车里需要分几步?

当笑话成为现实,便不那么好笑了。

氢能产业,很简单也很复杂。上文介绍得很清楚了,从制取到使用的每一个环节,都是高山仰止。

当然,难题也代表着机遇,谁能率先解决产业痛点,谁就能先一步踏上新时代的游轮。

丰田章男泽不止一次强调氢能才是终极能源。只是在马斯克眼里,氢动力汽车是一个愚蠢得令人难以置信的想法。

站在商业竞争角度,出现这两种极端的理念并不奇怪。但从客观现实来看,两人的观点其实都是错的。

在未来,氢能源必然是新能源大家庭的重要补充,前提是完成有效降本。尽管有政策的支持,但行业目前的能见度和确定性都不高。

前途是光明的,但道路也一定是曲折的。用投资的话来说就是,氢能源是风口,但现在还不是炒作的时候。

正如火箭科学家罗伯特祖布林,曾在《能源的胜利》一书中谈到后石油时代的未来:氢只有在最坏的情况下,才可能成为汽车的能源

最后,送大家一句话:

等不起三年五年,别买氢能源。

全文完。

 

参考资料

[1] 氢舟已过万重山,《中国远洋海运》2022

[2] 瓶颈不除,氢重不得,《中国石油石化》2021

[3] 日本寻求打造全球化氢能源供应链,《新华每日电讯》2011

[4] 氢能新世界——我国氢能产业发展现状、困境和对策,《中国石油企业》2021

[5] 日本氢能社会建设经验及对我国的启示,《日本研究》2021

[6] 日本半导体产业发展得失以及对中国的启示,《中国经贸导刊》2018

[7] 氢基站备电产业困境,《能源》2014

[8] 运用智慧能源破解5G基站高耗能难题,《国际融资》2019

[9] 氢能源替代石油能源产业的可能性探讨,《节能与环保》2018

[10] 《氢的未来》——国际能源署发布重磅报告,《化工时刊》2019

2022-06-28
氢能源能量密度远高于锂电池、加氢过程只需3-5分钟续航500km,循环寿命4000次以上,排放的只有净水,没有污染。实际上,氢能源对其他燃料的依赖性太强。煤炭制备1公斤氢排放约10公斤二氧化碳。天然气每制取1公斤需耗电约11度,电解水制氢一公斤则要耗电约48度

氢能源之困

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