世界第三大經(jīng)濟體——日本，在過去的一個多世紀以來，憑借石油、天然氣和煤炭打造出一整套完整的工業(yè)體系。但如今，日本正在加足馬力，把一大部分能源需求轉(zhuǎn)化為更加清潔的能源——氫能。此前，氫能一度被認為成本過高以及效率過低。這樣的抉擇，被外界看來是日本在整個工業(yè)體系上的最大賭注。
作為消除碳排放30年計劃的一部分，如果日本的野心得以實現(xiàn)，其可以為全球氫能供應鏈打下牢固基礎(chǔ)。
重金投入氫能
在過去幾年里，日本上至政府，下至企業(yè)，重金投入氫能源行業(yè)。
據(jù)華爾街日報統(tǒng)計，在截止至2019年的兩年時間里，日本政府的氫能相關(guān)研發(fā)投入預算翻了一倍多，達到3億美元，這還不算私營企業(yè)投入的數(shù)百萬美元。
去年12月，日本公布了一份有關(guān)氫能源的初步路線圖，要求到2050年，氫氣和相關(guān)燃料將從現(xiàn)在的幾乎為零的發(fā)電量增長至提供10%的電力，并將相當一部分氫能發(fā)電用于航運或鋼鐵制造等其他用途。
目前，日本政府正在擬定一份最終能源計劃，其中可能包含官方的氫氣開發(fā)目標和成本估算。
此外，預計日本政府還將提供氫能補貼，阻止開發(fā)碳排放高的技術(shù)，最終通過建造船只、天然氣碼頭等其他基礎(chǔ)設(shè)施，使氫能成為日常生活的重要組成部分。
從私營企業(yè)的動作來看，華爾街日報也列舉了日本企業(yè)在氫能上的諸多努力。
日本最大的電力公司JERA正計劃通過將氫化合物氨氣摻入其燃煤發(fā)電廠來減少碳排放，并于今年5月與全球最大的氨氣制造商簽署了一份諒解備忘錄，以完善供應鏈。
在橫濱，重工業(yè)制造商IHI公司正在改造燃氣輪機，以燃燒生產(chǎn)氫氣的氨氣混合物。
值得一提的是，JERA和IHI開啟了一項由政府資助的能源試驗，在JERA最大的燃煤電廠燃燒20%的氨氣混合物。如果進展順利，JERA希望到2030年在所有的煤廠推廣這項技術(shù)，然后逐步提高氨的使用比例，減少碳排放。
為完成這項實驗，需要大量增加氨的供應。JERA的初步測試要求每年約50萬噸氨，約為日本目前消費量的一半。根據(jù)日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的一個咨詢小組預測，到2050年，日本每年可能消耗3000萬噸氨氣和2000萬噸氫氣，而目前全球氨氣交易量僅為2000萬噸。
至于如何供應氨水，這項任務落在了日本傳統(tǒng)化學品廠商三菱和三井頭上。目前，三井正在討論在沙特阿拉伯新建一座大型氨廠的可能性，該集團認為這是最便宜的獲取氨的方式。三菱正在與北美、中東和亞洲的潛在供應商進行談判，還與日本航運公司就建造更大的氨氣運輸船進行談判。
除了發(fā)電領(lǐng)域，在航運領(lǐng)域，日本宇森船務株式會社等航運公司正在設(shè)計使用或運輸氫能的船只。目前，世界上第一艘液化氫運輸船坐落在日本西南部的神戶港，這艘380英尺長的船正準備向5600英里外的澳大利亞試航。
在技術(shù)方面，川崎重工正在開發(fā)處理液化氫所需的技術(shù)，包括雙層不銹鋼制成的罐和管道，該設(shè)備層與層之間采用真空保溫。此外，該公司還在遠海建造了一個球形的儲氫罐，它可能成為日本第一個液化氫裝載終端。
與此同時，眾多企業(yè)也在進行投資，希望能加速純氫的使用。包括豐田汽車在內(nèi)的日本汽車、卡車和重型設(shè)備制造商正在推動生產(chǎn)更多的氫動力汽車。到目前為止，高昂的價格和缺乏氫站限制了人們的使用動力。
困難依然重重
雖然氫能可以代替煤、天然氣和石油等化石燃料，但利用氫能目前依然困難重重。
在氫能源使用方面，第一個問題就是成本問題。如果成本過高，這種能源就缺乏廣泛使用的能力。首先，制氫所需要的原料必須是經(jīng)過加工的純水或者其它化石燃料，這一過程需要不小的成本;另一方面，制氫的時候還需要用到貴金屬催化劑——鉑，這種金屬非常稀少，價格昂貴，大大增加了制氫的成本。值得注意的是，利用現(xiàn)有技術(shù)，生產(chǎn)純氫所消耗的能源比直接使用化石燃料要大得多，并且也會排放溫室氣體。
氫能源使用的第二個問題是氫燃料電池的問題。首先，氫燃料電池的功率較低，不太適用于汽車;另一方面，氫燃料電池的壽命又短，所采用的質(zhì)子交換膜技術(shù)只能維持電池幾千小時的使用;最后，氫燃料電池的排解物是水，如何處理處理這些水也是一個問題。
而氫能源的第三個問題——安全問題也是人們不得不考慮的重要問題。氫氣是一種并不穩(wěn)定的能源，極易發(fā)生爆炸和其他反應。而目前，在安全性這一方面還沒有做得很好。
最后，氫能源還面臨的第四個問題就是沒有配套設(shè)施和更好的運輸及儲存方法。因此，氫能源汽車想要普及，也必然是要慢慢地將加氫站、儲存站和管道建造起來，這樣才能吸引用戶，形成市場。
在一眾困難下，日本選擇另辟蹊徑，大膽使用氮和氫的化合物——氨來制備氫氣。雖然這樣做生產(chǎn)成本更高，但氨水的運輸、儲存和貿(mào)易都更容易，并且已經(jīng)在肥料等領(lǐng)域大規(guī)模生產(chǎn)。
但華爾街日報援引批評人士表示，日本此舉簡直是徒勞，畢竟用氨水制氫發(fā)電的成本是天然氣的8倍，煤炭的9倍。綠色和平組織也對日本發(fā)出了抨擊，認為日本正在做“昂貴的綠色洗禮”，因為這種做法仍會有二氧化碳排放，且成本不低。
并且，據(jù)國際能源參考，今年最新的數(shù)據(jù)顯示，日本生產(chǎn)每立方米氫氣的成本約為1.64美元，遠高于其制定的2030年降本目標。根據(jù)日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省測算的數(shù)據(jù)，要實現(xiàn)氫能的大規(guī)模商業(yè)化應用，到2030年，日本的氫氣生產(chǎn)成本需降至0.29美元/立方米左右。
值得注意的是，在氨氣發(fā)電方面，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的數(shù)據(jù)顯示，2018年，日本氨發(fā)電成本約為23.5日元/千瓦時，如果與煤炭混合發(fā)電，預計發(fā)電成本約為12.9日元/千瓦時。與此同時，有分析稱，如果日本將該國39吉瓦的煤電廠均混入20%氨氣，全球的氨氣供應可能都難以滿足日本需求。
此外，采用氫能路徑的另一個突出問題是必須重建電網(wǎng)，這是一個費錢費力費時間的過程，畢竟日本現(xiàn)有的電網(wǎng)只能滿足氫能發(fā)電的一半需求。
在重重困難之下，日本能否通過氨制氫戰(zhàn)略掌握氫能產(chǎn)業(yè)鏈話語權(quán)，并成為“游戲改變著”，只能等時間來證明。
