电氢之战

参观宁德时代新能源科技股份有限公司的电芯生产线，是一件很费脚力的事情。

我参观的这家工厂位于福建省宁德市的公司总部园区内，整幢建筑长约1公里，电芯生产线占了最下面的两层。我从加料车间开始看起，依次参观了卷绕、装配、烘烤、注液、化成等车间，一直看到最后的充放电测试和目检，足足走了两公里。所幸整条生产线都是机械传动的，工人们不必走这么长的路。事实上，除了目检车间人比较多外，其他车间基本上没什么人，整个生产过程的自动化程度非常高。

这条生产线平均每1.7秒就能生产一个电芯，这些电芯会被组装成电池模块，再被拼装成电动车的电池包。2020年全球动力电池装机总量高达1.37亿千瓦时，绝大部分都是锂电池，而宁德时代生产了其中的3400万千瓦时，动力电池使用量连续4年位列世界第一。

提起中国制造，很多人的印象还停留在劳动力密集的人口红利时代。但动力电池是一种比较特殊的商品，其质量的好坏是由最差的那个电芯所决定的，对产品质量的稳定性要求非常高，所以电池制造是高度自动化的产业，宁德时代毫无疑问是其中的佼佼者。

有意思的是，动力电池全球排名前十的企业全都来自中日韩，可以说东亚三国主宰了电动车的未来。电动车市场同样庞大的欧美等国为什么没有好的电池厂呢？除了一些历史因素之外，很重要的原因在于电池生产是一个高能耗的行业，不太符合欧美国家的环保要求。举例来说，虽然宁德时代的中国工厂全都位于水电或者核电充足的地方（宁德附近就有一个核电站），生产过程中的碳排放并不像大家想象的那么高，但还是会有人抓住这条不放，指责动力电池的制造过程耗费了大量能源，并不像媒体宣传的那么环保。

不但如此，如今街上跑的电动车所充的电大都来自火电，起码在中国是这样的，于是又有一些人指责电动车实际上就是把污染从大城市转移到了火电厂，整体算下来一点也不环保。

除此之外，动力电池制造所需的锂、钴和镍等贵金属也有问题。其中锂的需求量最大，因其颜色较浅而被称为“白色石油”。目前全球一半的锂来自澳大利亚，但已探明储量的一多半位于智利、阿根廷和玻利维亚三国交界处的一个被称为“锂三角”的区域，资源垄断性非常高。锂矿的开采会污染环境，已遭到不少当地居民的反对。而锂的已探明储量虽然还算丰富，但也很难同时支持电动汽车和电化学储能这两个大市场，未来很可能必须舍弃掉一个。即使储量够用，随着开采难度的增加，锂的价格也会涨到一般人用不起的程度。据统计，自2020年初以来，锂原材料的价格已经上涨了5倍多，其中碳酸锂的价格于2022年初首次突破了每吨30万元的关口，而且仍在继续上涨中，未来看不到任何下降的可能性。

钴的问题就更大了，不但因为钴的储量严重不足，而且因为已探明储量大都集中在刚果（金）这一个国家里。目前全球市场上超过一半的钴来自这个国家，国际媒体不断爆出该国钴矿污染环境，以及劳工权利得不到保障的新闻。由于刚果（金）属于全球最不发达的国家之一，这两个问题在可预见的将来都很难得到根本改善。深海的海床上虽然蕴藏着大量钴资源，但深海采矿对环境的破坏程度很可能比陆地更加严重，所以至今仍然没有获得国际组织的批准。再加上深海采矿的成本非常高，其商业价值是存疑的，所以钴的未来存在相当大的不确定性。

镍的问题相对不那么紧迫，所以一直有人希望能用镍来代替钴，研制出一种“无钴高镍”的新型动力电池。如果将来真的实现了这一点，而电动车又彻底代替了汽油车成为主流的话，那么镍的需求量肯定也会暴涨，未来可就说不好了。

总之，以锂电池为基础的电动车行业一直饱受诟病。反对者认为电动车无论是生产还是使用都存在很多问题，相当于换了一种方式污染环境。不过这种想法是禁不起推敲的，因为即使是环保组织最看好的风电和太阳能发电也都存在一定的污染问题，比如前文介绍过的青海30万千瓦加柔风场就需要消耗大约3000吨铜、1650吨锌和300吨碳纤维材料，难道我们因为这个就不搞风力发电了吗？

另一些极端环保组织则认为，风电还是要搞的，因为电总是需要的，但开车不是刚需，所以我们应该放弃私家车，全都改乘公共交通。先不说这个办法是否可行，也不论这个思路是否公平，单说公共交通，也不可能全靠有轨电车来解决，所以仍然存在如何替代汽油和柴油的问题。如果这个问题解决不了的话，碳中和的目标就永远无法实现，因为移动源的碳捕捉是不太可能做到的。

根据国际能源组织（IEA）所做的统计，目前人类活动所消耗的初级能源可以按照用途的不同大致分为三大类，各占三分之一左右。第一类是居住耗能，其中的23%被电灯、电话、电视、电脑等家用电器消耗掉了，其余的77%被用于调节室内温度，包括暖气、空调和风扇等。这一类能耗理论上都是可以被清洁能源所替代的，目前这个比例也已经达到了26%，而且正处在迅速增加的过程中。第二类是工农业生产耗能，其中的75%被用于各种加热过程，比如炼钢和水泥制造等等。这部分能耗比较难以解决，但起码从理论上讲也不是不可能的。剩下的25%是生产过程中的耗电，这当然是可以被清洁能源替代的。

第三类是交通耗能，占比32%。四大交通工具当中，火车的问题最容易解决，因为铁轨的位置是固定的，可以很方便地连接交流电网。事实上，如今遍布中国的动车组用的全都是来自电网的高压交流电，这部分能耗理论上完全可以用可再生能源来解决。但火车能耗只占交通耗能的3%左右，汽车、轮船和飞机才是大头。这三种交通工具没法使用交流电网，只能自带能源，而它们的移动属性对所带能源的能量密度提出了很高的要求，汽油和柴油是目前最好的选择。生物质燃料（比如玉米酒精）可以替代一部分，但这需要占用宝贵的农田资源，发展潜力极其有限，因此目前交通领域的能耗有96.7%来自化石能源，这部分碳排放又很难通过碳捕捉技术被处理掉，所以交通领域被公认为是实现碳中和的最大障碍。

既然难度很大，那就必须先行一步，提前动手加以解决，这就是为什么电动车在相关配套技术还没有完全到位的情况下便开始推广了。早期电动车价格高质量差，全靠政府补贴才得以维持。但也正是因为这种坚持，使得电动车的质量越来越好，价格越来越低，竞争力越来越强。截止到2020年底，全球电动车保有量超过了1100万辆，占比接近5%。但据IEA估计，到2030年时的电动车份额必须达到60%以上才能实现2060年碳中和的目标。相应地，燃油车在2035年之前必须全部停产，任其自然淘汰，直至彻底出局。

目前大部分西方国家都已宣布了各自的燃油车禁售时间表，从挪威的2025年到英国的2040年不等。而一大批国际知名汽车公司也公布了各自的燃油车停产计划，比各国政府宣布的禁售时间更加激进。电动车取代燃油车已经是板上钉钉的事情，谁也改变不了了。

但是，电动车的动力电池仍然存在很多问题，我们有办法解决吗？

世界上没有十全十美的事情，于是很多行业都有属于自己的“不可能三角”。金融行业的版本是资本自由流动、汇率稳定和货币政策独立这三者之间不可兼得；医疗体系的版本是便宜、高效和服务好这三者不可兼得；电动汽车行业有点特殊，至少有三个不同的版本：续航、快充和廉价这三者不可兼得；续航、快充和安全这三者不可兼得；电网安全、出行自由和出行成本这三者不可兼得。

为什么会这样？根本原因就在于电池的竞争对手汽油实在是太强大了，导致电池技术无论怎么进步都很难让开惯了燃油车的人满意。说起来你也许不信，人类生产的第一辆汽车就是电动车，但当汽油车出现之后，电动车几乎立刻就消失了，因为两者的性能相差得过于悬殊。如今电动车的回暖是气候变化大背景下的产物，不符合狭义的经济规律，所以才需要政府通过财政补贴的方式帮它一把。

汽车电池的缺点是由它的物理化学性质所决定的，改进的空间非常有限。首先，汽油的能量密度是电池的几十倍，这个差别对于固定放置的储能电池来说也许不算什么，但作为车载电池来说可就太大了，这就是为什么电动车的续航能力很难提高的原因。更糟糕的是，燃油车的油箱越开越轻，电池的重量无论怎么开都没有变化，这就进一步拉大了两者之间的续航差距。

为了提高电池的能量密度，工程师们想尽了各种办法，但效果都不尽如人意。目前表现最好的三元锂电池也仅仅做到了单体能量密度每公斤300瓦时左右，大致相当于汽油的1/40。另一种常用的磷酸铁锂电池的能量密度大约只有三元锂电池的一半，但它不含钴这种贵金属，从而避免了很多麻烦，价格也更便宜，所以受到一部分车企的欢迎。另外，三元锂电池的安全性不好，一旦发生事故很容易发生短路并自燃，需要从电池设计、材料安排、保护电路和定期检查等很多方面提高它的安全性，这就进一步提高了三元锂电池的价格。磷酸铁锂电池虽然安全性更好，寿命也比三元锂电池长，但它不耐低温，不适合中国北方使用，这就严重限制了它的应用范围。

动力电池的能量密度还有提升的空间吗？答案是肯定的，这就是全固态锂金属电池。目前常用的锂电池的电解质都是液态的，虽然方便电子流动，但如果负极是锂金属的话，很容易形成针状的枝晶（Dendrites），刺破隔膜导致电池短路，因此液态电池的能量密度不容易做大。固态锂电池用的是固态的电解质，不用担心枝晶的问题，能量密度可以提高到每公斤500瓦时以上，而且充电速度也比液态锂电池更快。但固态电池的技术还不成熟，价格过于昂贵，距离大规模商业化应用至少还需要5年的时间。

说到充电速度，这是电池的另一个重大缺陷。很多人之所以不敢买电动车，主要原因并不是里程焦虑，而是充电太不方便了。中国的公共充电桩和电动车之比约为1比3，比大部分欧美国家都要高，但因为充电时间过长，出行高峰期间为电车充电仍然很不方便。2021年国庆节期间各地高速公路电动车排队4小时充电1小时的新闻上了热搜，浇灭了不少人购买电动车的意愿。

充电速度慢源于动力电池的第二个特性，即它的功率密度比汽油低太多了。为电池充电是一个反向的电子移动过程，我们可以将这个过程想象成一群观众进入一个空着的体育场，通道越宽敞，座位安排得越稀疏，人们找到空位子的速度就越快，但体育场能够容纳的总人数就越少，所以电池的能量密度和功率密度是成反比的，电极做得越厚，能量密度就越高，电极做得越薄，功率密度就越大。制造商只能在中间找平衡，不可能两者兼得。

另一方面，观众们跑得越快，找到位置所花的时间也就越短，这就相当于充电温度越高，充电速度也就越快。但锂电池不耐高温，长时间高温充电会导致电解液分解，缩短电池寿命，所以锂电池的充电速度不可能做得太快。有一种新技术据说可以让锂电池在充电前迅速升温，快充10分钟后再迅速降温，这样可以有效地避免上述问题，不过目前该技术尚未大规模商业化，效果怎样还不好判断。

宁德时代刚刚于2021年7月发布了第一代钠离子电池，用能耐高温的钠离子代替锂离子，据说可以做到充电15分钟充满80%。但钠电池的能量密度比锂电池低，产业链尚未健全，技术上也不成熟，市场是否会接受这样的电池还不好说。不过钠电池很便宜，也不用担心钠金属的储量问题，如果未来能想办法提高其能量密度，还是很有希望的。

要想真正实现快充，光有好的电池还不够，还要有足够强劲的电源，这就需要克服电网的物理限制。一般家用电源插头的最大输出功率只有3千瓦，需要20小时才能充60度电。目前市面上常见的商业快充插口的输出功率大约是60千瓦，充满60度电仍然需要一个小时的时间。据说特斯拉的快充技术已经可以做到150千瓦了，但特斯拉电池比较大，充满80%的电还是需要半个小时的时间。如果将来电动车全面普及了，节假日的高速公路上肯定还是会排队。

相比之下，一般加油枪的输出功率如果换算成电的话相当于5000千瓦，这就是为什么加一次油用不了一分钟却能跑500公里的原因。电动车的补能要想做得和燃油车一样快，只有换电这一条路可走。

其实我们每个人都换过电，这就是家里各种老式电子产品所用的干电池。早年间的电器和电池是分离的，而干电池只有几种全球统一的型号，随便哪家百货商场都可以买到。这种模式在锂电池时代被打破了，如今大部分电子设备都是和锂电池捆绑在一起销售的，用旧了很难更换，只能一起扔掉，非常浪费。

电动车电池也可以采用干电池模式，业内术语称之为“车电分离”。这么做有几个显而易见的好处，比如补能（换电）时间短，用户体验堪比燃油车；消费者可以通过买车租电池的方式降低一次性购车成本；电池充电可以由专业人士统一管理，延长电池使用寿命等等。但是，这么做的缺点也不少，比如电池包必须标准化，增加电动车设计难度，整车厂不满意；需要准备很多电池作为备份，盈利模式又不明确，换电站也不满意，等等。所以目前只有蔚来、北汽和奥动新能源等少数几家企业全力支持换电模式，其他企业大都持观望态度。

既然私营企业犹豫不决，国家政策就很重要了，而国家电网恰好就是换电模式的强力支持者，因为电动车的快充模式对电网的冲击太大了。现在电动车数量太少，情况还没那么严重，等到将来电动车普及了，全中国几百万个额定功率上百千瓦的充电桩毫无规律地启启停停，电网肯定受不了。

“电网非常不喜欢快充，因为快充负荷没有弹性，电网很难应对。”一位不愿透露姓名的业内人士对我说，“相比之下，家充和换电都是弹性负荷，充电者可以选择在电价最低的深夜时段充电，甚至可以充当储能电池，帮助电网削峰填谷。”

国家电投战略规划部主任何勇健也很同意这个看法。“假设到2025年时中国市场上已有3000万辆电动车，如果这些车均匀分布的话，大致相当于3亿千瓦时的储能容量。”何勇健对我说，“目前中国电网的峰谷差也就是三四个亿，完全可以靠汽车电池来为电网提供调峰调频服务。”

电网不怕用电大户，最怕不稳定的负荷。如果管理得当的话，未来电动车增加的用电负荷不但不会让电网崩溃，反而会让电网受益，因为每一辆正在充电的电动车都可以扮演储能电池的角色，当电网缺电的时候放电，当电力富裕的时候充电。等将来峰谷电价差拉大了之后，电动车车主甚至可以靠车挣钱，夜里电价低的时候充电，白天电价高的时候卖电，这就是科技人士最喜欢的“用比特管理瓦特”的时代。

但是，这个时代的到来需要大幅度提高动力电池的质量，以及提高电网的智能水平，这两件事都不是很容易做到的，需要大笔投资。在此之前，我们可以通过换电来过渡一下，让专业的换电站来扮演储能电站的角色。曾有专家建议，将来可以在空间充足的郊区建设专门的换电站，把市区里换下来的电池集中送到这里充电，兼为电网提供储能服务。充好电的电池包再用专门的卡车运到市区的各个站点，为电动车提供换电服务，就像现在的共享单车一样。

当然了，建设这套换电系统同样是需要花钱的，普及起来需要时间。不过我们可以先从商用车和网约车做起，依靠它们的需求逐步增加换电站的数量，再慢慢普及到私家车。不过，这一过程将会十分漫长，预计在未来很长一段时间内都将是充电和换电并存的状态，因为充电（尤其是家充）非常符合分布式能源的发展模式，前景同样被看好。等到将来电动车彻底取代燃油车的时候，也许我们又有新的能源形式可以弥补电动车的不足了。

这种新能源，很可能就是氢气。

延庆是北京冬奥会的三大主赛区之一，最高海拔2198米，主要承办高山滑雪和雪车雪橇等项目。比赛期间最低气温可达零下30℃，电动车不好用了，氢燃料电池汽车终于有了一展身手的机会。

2021年6月30日，中电智慧综合能源有限公司在延庆的氢能产业园建成了北京市第一座对外开放的70兆帕加氢站，我专程前往参观，发现加氢口的设计和加油枪非常相似，好像是在特意提醒大家，加氢的体验和加油一模一样。

加氢站里停放着一辆北汽福田氢能大巴，原本放行李的地方被8个储氢罐占据了。罐子是用碳纤维材料制成的，每只长约2米，直径大约35厘米，可以装134升压缩氢气。国内原来只有35兆帕的储氢罐，相当于把常温常压的氢气压缩350倍，但这辆车用的是进口的70兆帕储氢罐，容量多了一倍。储氢罐里的氢气被送至安装在汽车后部的“氢腾”牌燃料电池，发出来的电为大客车提供驱动力。但因为国产电堆的技术不过关，输出功率不够大，所以这辆车还配备了一块锂电池作为辅助动力。

“氢燃料电池技术日本最强，他们的氢车已经不需要配锂电池了。”公司总经理张越对我说，“发展氢能是日本的国家战略，李克强总理2018年去日本考察了丰田的氢车，第二年‘发展氢能’就写进了我国的政府工作报告，中国的氢能产业终于正式启动了。”

氢是自然界含量最丰富的元素，同时也是最轻的元素。化石能源里的氢含量越高，能量密度往往也就越大。人类从烧煤到烧油再到烧天然气，既是能量密度不断提高的过程，也是碳原子比例逐渐减少、氢原子比例逐渐增大的过程。顺着这条路一直走下去，终点就是氢气。纯氢的质量能量密度是汽油的3倍，用氢替代汽油似乎是一件顺理成章的事情。但氢气的比重太小了，11立方米的纯氢才有1公斤重，必须先压缩再使用。但即使是70兆帕的高压气瓶体积还是太大，再加上电堆也要占地方，所以整个燃料电池系统的体积密度太小了，不得不占用原本放行李的空间，这是氢燃料电池车的一大软肋，当然锂电池车在这方面的表现更糟。

国内常见的35兆帕储氢罐本身就有100多公斤重，里面只能装5公斤氢气，所以即使电动机比内燃机轻，整体算下来氢燃料电池系统的质量能量密度还是要比汽油低，但却比锂电池高了3～4倍。车子越大，这个优势就越明显，所以那些跑长途的重型卡车和大巴车很难用锂电池供能，除了换电之外，氢就成了一个很有诱惑力的选项。

“这辆北汽福田大客车加一次氢用不了20分钟，可以跑800公里，相当于百公里消耗7～8公斤氢气。”张越对我说，“日本丰田的大客车可以做到百公里消耗5公斤氢气，而丰田的‘未来’（Mirai）牌小轿车跑百公里只需0.6公斤氢气。”

我是2021年9月份去延庆参观的。几周之后，新一代“未来”便创造了一项新的世界纪录，用5.56公斤氢气跑了1360公里，相当于百公里耗氢0.4公斤。

这是什么概念呢？与“未来”同等级别的燃油轿车百公里油耗约为10升，零售价大约70元人民币，而目前中国市场上的氢气售价为每公斤70～80元，即使按照中国现在的技术水平来计算，氢车的使用成本也已经可以和汽油车相媲美了。但两者都还比不上电动车，这就是为什么现在的出租车司机都喜欢开电动车的原因。

问题在于，氢车的购车成本太高了。像福田这种级别的大客车，油车售价是80万～90万元，电车是120万～130万元，氢车则高达180万～200万元，主要原因就是燃料电池太贵了。

氢燃料电池需要用到铂这种稀有金属作为催化剂，而铂的外号叫白金，价格非常昂贵，但这并不是氢燃料电池成本高的主要原因。我参观了国家电投集团下属氢能公司的膜电极中试基地，工程师祁毓俊告诉我，铂只占催化剂成本的20%～30%，其在燃料电池总成本中的占比更是不到5%，而且未来肯定还会进一步下降。

氢燃料电池贵就贵在其生产工艺特别复杂，而且很多关键设备目前都还需要进口。燃料电池的核心部件是膜电极，一个膜电极包含催化剂层、扩散层、质子交换膜和双极板等很多组件，组装过程十分繁琐，对产品质量的要求也格外地高。再加上氢能膜电极的电压太低，一个电堆需要串连几百个这样的膜电极才能达到合适的电压，这就进一步增加了氢燃料电池的生产难度。中国在这方面还是个新手，技术和经验都很欠缺。但随着产量的提升，降价空间还是很大的，中国的锂电池行业就是个好例子。

换句话说，现在的氢车之所以那么贵，根本原因只有一个，那就是起步太晚了。著名的新能源汽车专家欧阳明高院士在中国电动汽车百人会论坛2021年度媒体沟通会上表示，氢燃料电池技术突破的节点比动力电池晚了十多年，预计氢燃料电池即将进入一个成本下降的快速通道，这跟十多年前动力电池成本快速下降是差不多的。

正是因为氢能起步太晚，导致国家法规严重滞后。张越告诉我，氢气一直被中国有关部门列为危化品，对氢能的发展带来了很大影响。延庆产业园的最大贡献之一就是突破了法规障碍，为后来的各种氢能应用蹚出了一条路。“实际上，氢能比汽油和锂电池都要安全。”张越对我说，“一来氢气太轻了，万一泄露出来后会立刻向高空扩散，即使着火了也烧不到下面的设备。二来氢气很容易检测，只要在加氢站周围多安装几个检测仪，再和风机做联动，一旦检测到泄露就自动吹风，氢气很容易被吹散。”

氢能发展的滞后，和电动车的“抢跑”有关。曾几何时，电动车和氢车都被视为有潜力取代燃油车，而电动车只需解决电池问题就可以了，因为电网是现成的，不需要操心补能的问题。但氢车除了燃料电池之外，还需解决氢气的制造、储存、运输和加氢等问题，产业链太长了，需要各方联动才能运转。于是电动车先行一步，迅速占领了新能源车市场，别的技术已经很难挤进来了。

不久前，电动车领域的两位大佬，特斯拉的创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）和大众汽车公司首席执行官赫伯特·迪斯（Herbert Diess）公开表示氢车技术太落后了，没有前途，但他俩忘记了10年前大家也是这么看待电动车的。

发达国家之中，唯有日本是个另类。日本的电网一直不太发达，很怕电动车会让电网不稳定。再加上日本国土面积太小，没地方发展风能和太阳能，只能想办法去其他国家购买新能源。但日本孤悬海外，没法通过高压线从邻国引进清洁电力，于是他们想到了氢。

氢是一种典型的二次能源，因为自然界蕴含的纯氢极少，大部分氢气都是通过其他能源形式转化而来的，主要包括化石能源制氢、工业副产制氢和电解水制氢这三种方式。中国是全球第一大产氢国，2020年一共生产了3342万吨氢气，约占全球产量的一半。目前绝大部分氢气都被化工行业用掉了（比如化肥制造的第一步“哈伯-博施制氨法”就是用氢气和氮气作为原料合成氨气），真正用于能源的氢极少。

中国的氢气绝大部分都是用煤来制造的，而国际上则比较流行通过天然气来制氢。这两种方法的成本最低，但都谈不上环保，因为它们都会排出二氧化碳，所以用这两种方法制成的氢叫灰氢，是不可持续的。如果在化石能源制氢的过程中把排出的二氧化碳收集起来填埋处理掉，这样产出的氢叫蓝氢，但仍然不是最理想的方案。电解水制氢就不一样了，因为电是完全有可能来自可再生能源的，这样制成的氢是最干净的绿氢，而这就是日本最希望看到的结果。他们设想在海外投资建设新能源基地，用风光电就地制氢，然后再把氢运回来，以此来解决日本的能源转型问题。

在最后这个场景里，氢的作用和锂电池一样，都是可再生能源的储能方式。不同之处在于，电化学储能的时间不宜太久，否则电就漏光了，而且成本也太高。氢气虽然也很容易从容器的缝隙间逃逸，但毕竟可以想办法解决，肯定比电池储能的时间更长久。氢气还可以通过管道来运输，甚至可以按照一定比例（一般不超过10%）和天然气混在一起运，到了目的地后再把氢提取出来就行了，比电的远距离传输省事多了。如果想办法解决了“氢脆”问题（氢和钢发生的脆化反应），我们甚至可以用天然气管道来输送纯氢，彻底取代天然气的烹饪和取暖功能。实在不行还可以将氢气液化，按照液化天然气的方式通过远洋货轮来运，这样更省钱。如果上述方法都行不通，我们还可以先将氢气转化成更易于储存和运输的液态甲醇或者液氨，运到目的地后要么再变回氢气，要么直接用掉。这么做虽然能量有损失，但解决了氢的运输难题，不失为一种面向未来的解决方案。

总之，氢是最适合用于新能源大规模长期储存和远距离运输的能量载体。相比之下，电池更适合小规模短期储能，两者是互补关系，不必相互竞争。

具体到中国，西北部的可再生能源非常充足，但高压直流输电已经遇到了瓶颈，就地制氢是一个很好的选择，关键是要把制氢运氢的成本降下来。“如今汽油的成本当中主要都是生产成本了，但氢产业链还没有建立起来，所以制氢、运氢和加氢各占1/3的成本。”氢能公司创新总监刚直对我说，“我们的目标是把电解水制氢的成本降到每公斤1美元以下，把终端用氢的成本降到每公斤3美元以下，这样就可以和其他能源形式竞争了。”

刚直认为，未来氢气将有两大作用。一个是直接作为燃料，全面替代汽油和柴油。另一个是作为化工原料，全面替代石油和天然气。这两个作用不但可以帮助中国摆脱对进口石油的依赖，增进中国的能源安全，而且也都是仅靠风光发电无法完全实现的，只能靠氢。

第一个作用当中，前文只提到了汽车，其实航空和航运业才是未来氢能源的主战场，因为这两个行业的碳排放各自占到全球碳排放总量的3%左右，绝对不容忽视。如果说乘用车还可以靠电池来驱动，那么航空和远洋航运都不太可能，因为电池的物理限制很难被突破，未来只能依靠绿氢驱动氢燃料电池来为飞机和轮船提供动力，或者开发出能够直接烧甲醇或者液氨的发动机。

第二个作用也绝不仅限于工业原材料，而是在炼钢的过程中代替焦炭，用作还原剂。要知道，全球钢铁产业的碳排放约占人类活动排放总量的8%，必须想办法解决。但目前氢气的价格太贵，无论是化工厂还是钢铁厂都用不起。只有当未来的绿氢成本降到足够低之后，碳中和的目标才有可能实现。

但氢气的价格不可能一夜之间降下来，必须像动力电池那样，在生产和消费的过程中逐步降低。交通行业对价格最不敏感，最有可能成为突破口。中电智慧投资2000多万元人民币，在延庆加氢站的旁边安装了一套西门子生产的电解水制氢设备，每天可产500公斤氢气。除了供应冬奥会投放的数百辆氢能大巴之外，还可以为北京市的工业生产提供优质氢气，因为电解水制出来的氢是质量最高的。

“氢是能源革命的突破口，目前已有20多个国家公布了自己的氢能战略，很多石油输出国都已意识到石油出口将会结束，正在布局光伏制氢，希望通过卖氢来代替卖石油。”刚直对我说，“中国的氢能战略正在规划之中，很快就会出台新的政策，让我们拭目以待吧。”

物理定律是这个世界上最强大的东西，不但可以用来解释历史，而且可以用来预测未来。

人类的能源史，可以用能量密度的增加来解释；交流电网的普及，可以用电磁定律来解释；可再生能源的兴起，可以用能量守恒定律来解释……

既然人类一直在追求能量密度的增加，为什么能量密度极低的太阳能和风能会成为热门产业呢？这一点可以用二氧化碳的温室效应来解释。正是因为这个物理效应的存在，人类被迫中止了对能量密度的不懈追求，把目光转向了更加清洁的可再生能源。

有人把电比作钞票，希望未来所有的能源形式都先转换成电，就像所有的经济活动全都用钞票来结算一样。但在有些时候，金子要比钞票更好用，也更保值，所以仍然会有人在家里囤一点黄金首饰。

氢就像金子，在交通和储存这两个领域要比电更好用，未来的能源版图里肯定会有氢的位置。但氢的物理性质毕竟和电有着很大的不同，两者之间的转换效率不高，在清洁电力还不富裕的时候，氢是一种奢侈品。但当清洁电力变得越来越充足的时候，氢就会走入寻常百姓家，这就好比如今普通老百姓都能买得起黄金首饰一样。

和物理定律相比，经济规律的地位就要打些折扣了，因为不同的时代背景对经济标准的定义有所不同。比如狭义的经济规律完全无法解释为什么我们要用电动车去代替油车，但广义的经济理论会告诉你，这是因为如果把环境代价考虑进来的话，那么汽油的真实价格高得惊人，一般人是用不起的。

再比如，狭义的经济规律也无法解释为什么我们有了电动车之后还要发展氢车，但广义的经济理论会告诉你，既然氢的某些物理性质要好于电池，那么氢能的广泛使用就只是时间问题了，我们不必纠结其过程，只需相信物理定律就行了。

总之，因为物理定律的限制，交通领域将是人类实现碳中和的最大障碍。也正因为如此，交通领域的变化也将是最大的。请大家做好准备，迎接一个全新的未来。 汽油电动车电池氢能汽车电池技术锂电池能源自充电电动车新能源汽车电动汽车能量密度锂电池设备储能锂离子动力电池氢燃料电池汽车