每每站在科技变革的十字路口,投资人总在思考哪些关键技术会对世界产生*的价值和影响。
但偏偏,每种技术间却总存在着不同路线的竞争,各种学科的相互交叉和意外突破,都往往会给行业格局带来不可预知的改变。
就像无论宁德时代或是比亚迪,复盘他们的“成王之路”,都会发现一个共通的逻辑——就是在舆论普遍对某条技术路线不看好的情况下,敢不敢赌一个未来的需求?
从电动车战胜燃油车,到「磷酸铁锂」逆袭「三元锂」,一个个真实的例子告诉我们:
永远不要轻视任何一条潜在的技术路径。
锂电如此,氢亦如此。
在本篇里,我们将探讨以下问题:
为什么说中国未来的新能源产业链,一定不会是单一技术的“一家独大”?
未来碳中和重构的新能源格局下,氢将扮演怎样的角色?
在氢能领域,哪些方向更适合早期VC和初创公司进入?
锂or氢:不*的替代品
随着2021年一众互联网大厂宣布造车,旷日持久的“氢锂之争”似乎迎来了终局,然而即便如此,今天的锂电仍有3个技术鸿沟很难逾越:
首先是低温衰减。当环境温度降低,一部分锂会附着在负极表面,不再参与放电反应,导致电池容量下降。
第二,是能量密度不足。
一块标准的18650电池中,锂含量只有1克左右,占电池总质量的2%;换句话说,锂电池中大约有98%的物质是不参与能量交换的,且技术上改进的空间已经不大。
第三也是最关键的,是产业链安全。
中国在锂、钴、镍这三种核心金属的全球储量,分别只有5.9%、1.2%、和3%;上游原料几乎全部依赖进口。
尽管中国企业也在不断收购海外的盐湖和锂矿,但作为全球纯电汽车保有量最多的国家,一旦外部局势恶化,依然还是无法摆脱“卡脖子”问题。
自己不掌握定价权,终究是个巨大的隐患。
(图:2019年中国电池产业链在全球的产量份额分布)
说完了锂电的问题,再来看看氢能——事实上,氢的槽点一点也不比锂少。
其中*的问题,是运输困难。
氢的重量太轻,在不加压的情况下,一辆罐车只能运输自身重量2%的氢气,非常不划算。
相比之下,管道运输是个不错的方案,但成本实在太高。
(注:天然气管网混氢是一个很有希望的研究方向,但仍在试验阶段,气体分离等技术难题还有待攻克。)
其次,是制氢过程非常不环保。
氢气并不天然存在于自然界,是一种典型的二次能源。其中,煤制氢与天然气制氢因为成本较低,应用也最为广泛,两者合计占到氢气总产量的90%以上。
(图:2020年中国氢气生产与消费量;数据来源:中国氢能联盟)
而这也是当年马斯克质疑氢能的主要原因——人类为了制氢,反而消耗了更多的化石燃料,如果算上中间的能量损耗,还不如直接烧煤和天然气更环保。
总之,目前现实里制氢和运输的成本依然还很高:消费者没有动力使用,企业也没动力研发,最后成了死循环。
锂电+氢能:一种双赢的可能?
综上,总结一下。
无论「氢能」还是「锂电」,身上都有着太多“物理层面”无法解决的硬伤。
本质来看,还是传统的化石能源已然足够优秀——当人类对于能源的追求从「效率」转向了「环保」,我们才惊讶地发现,大自然中并不存在一个*的替代方案。
那么,该如何实现人类脱碳的*目标?
一个最有可能的解决方案是:“氢锂联手”。
今天中国的光伏和特高压技术已经独步全球,而能够承载这两项技术的能源载体,除了「锂」之外,也只有「氢」这一个选择。
面对诸多锂电无法解决的场景,大力发展氢能也就几乎成了一种必然。
正如中国科学院院士、电动汽车百人会副理事长欧阳明高所指出的:“中国的光伏和风电在全球是有优势的,现在已经具备更大规模推广条件,但是储能是瓶颈,需要靠电池、氢能和电动车解决”。
“发展氢能不仅仅是为了汽车,发展氢能汽车使命之一就是为了带动氢能全面发展。”
从整个国家的产业链来看,出行固然是一个万亿级别的消费场景,但放在中国碳中和大循环的背景下,造车却并不是氢能的主战场。
氢能最擅长的领域,其实在能源电气化后的工业生产和电网系统的储能调配。
(图:碳中和背景下氢能产业链分布图;资料来源:IRENA Hydrogen from Renewable Power 2018)
借欧阳院士的观点,我们不妨大胆设想一下:
未来,西部青海新疆万亩的光伏田和巨型风车,源源不断地生产着廉价电力,通过特高压送到东部各大城市,驱动着锂电车支持人们的短途出行。
白天那些用不掉的电能,会通过「电解水」转化成“绿氢”,在夜晚为整个电网系统“削峰填谷”,部分替代掉昂贵的储能电池。
此外,氢能还可以通过管道+各类干线运输到各个固定式加氢站,甚至在站内直接制氢,用以满足那些续航要求较高、或者寒冷地区的出行/运输需求。
某些相对封闭的场景(如矿山、湖泊、工地、保护区),将会成为各类功率更大、续航更久的氢能船、氢能机械和氢能重卡施展拳脚的舞台。
很多工业部门,如合成氨、甲醇,钢铁冶炼等领域,也可以通过氢能来替代化石燃料,提供当下技术可行的低碳解决方案。
天空之上,大量螺旋桨支线飞机会改用氢燃料作为动力源,城市之间也会出现垂直起降的锂电载人飞行器;对于大部分喷气式飞机而言,亦可通过混入式燃料的实现脱碳化。
传统的化石能源也不会彻底退出历史舞台,而是通过碳捕集技术,成为整个能源大闭环的重要补充。
最终,这套“光伏+特高压+锂电+氢能+碳捕”组成的多种能源系统,会达成一种“你中有我、互相依存”的平衡状态。
从这个角度来说,未来以电力为核心的新一代能源产业链,一定不会是单一技术路径的“一家独大”。
毕竟,大家擅长的领域和场景都是不同的,也不存在“谁必将替代谁”的*逻辑。
在这个大的终局之下,无论风电、光伏、氢能、锂电,都将占据重要的一极,共同构成面向碳中和的未来智慧能源大系统。
或许,这就是40年后“中国能源大三角”的完全体。
政策:增长的驱动力
前途可期,但道路曲折。
由于起步较晚,中国氢能技术水平相较于欧美发达国家(特别是日本)的差距十分明显。
但尽管如此,这样的差距也并非不可追赶。中西方在内燃机技术上的差距是以「百年」来计算的,而在氢能领域,即使是最为*的日本,以举国之力押注氢燃料技术也不过才是2013年的事情。
从这个角度来说,未来在政策扶持和风险资本的推动下,氢能将很可能会复制中国在光伏、锂电上的逆袭之路。
因此,这几年我们也能明显感到,国家在氢能领域的支持力度方面的不断增强。
2019年,氢能产业首次写入了 《政府工作报告》,并明确了具体负责部门。
此后,五部委进一步明确了奖励补贴的规范细则,同时选出了北京上海广东等成为了首批“示范城市”,单个城市群在示范期内最高可获得18.7亿元奖励。
截至 2021 年 6 月,国家层面提及“燃料电池”和“氢能”的规划文件共发布了47个,相关财税补贴政策17个。
时间 |
相关文件 |
事件 |
2019年 |
《2020 年政府工作报告》 |
”加大氢燃料电池基础科研投入,突破核心材料和关键部件的技术瓶颈,促进产品国产化;鼓励、推动各地因地制宜开展氢能示范应用,推动大规模产业群的形成;通过政策引导社会资本投入,鼓励能源企业牵头建立稳定、便利、低成本的氢能供应体系;完善标准法规建设,加快氢气纳入能源管理体系后的管理细则制定;制定国家级顶层氢能规划,合理规划加氢站,制定长期稳定的燃料电池汽车发展政策”等内容首次写入政府工作报告。 |
2020年 |
《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》 |
五部委确定将燃料电池汽车的购置补贴政策,调整为燃料电池汽车示范应用支持政策,用“以奖代补”方式对示范城市予以奖励。 |
2021年 |
《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》 |
五部委明确考核评价结果将量化为综合评分,包括“燃料电池汽车推广应用”、“关键零部件研发产业化”和“氢能供应”三部分;北京上海广东成为首批“示范城市”,单个城市群在示范期内最高可获得18.7亿元奖励。 |
(图表:2019年后,国内氢能政策落地明显提速;资料来源:公开资料)
根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019年版)》的规划:到2050年,氢需求量将由目前的2000多万吨提升至约6000万吨,氢能产业链价值将超过10万亿元。氢的终端销售价格将降至20元/kg,加氢站数量将达到12000座,氢燃料电池汽车保有量达到3000万辆。
在碳中和背景下,未来中国的氢能源产业注定将是一个万亿级的市场,每个细分产业链上都有机会诞生一批伟大的公司。
而反观现在的市场格局,即便是亿华通这样的龙头企业,2020年所占氢燃料电池的市场份额也只有15%,对应的年出货量约400台(套)左右。
换句话说,大家的体量都还很小,差距也远没有拉开。
所谓“乾坤未定,你我皆是黑马”,这是创业者们最喜欢的画面,也是属于每个后来者的时代机遇。
交通+电控+储能:氢能投资的三个机会
从产业链来看,氢能分为上游的「制氢」,中游的「储运、加氢站」,和下游的「燃料电池系统与应用」三大部分。
相比于前期投入高昂、回款依赖全产业链联动的氢能中上游,下游环节因其直接面向消费者、产品化程度高、技术待突破点多的特点,或许是一个更适合早期VC和初创公司进入的方向。
(图:氢能源产业链)
其中,险峰也在三个细分领域上进行了布局:
1、交通
如前所述,氢能因能量密度高、续航里程长,更适合作为叉车、重卡和长途车的动力来源,然而经过数年发展,这几条赛道的竞争也日益激烈,诞生了众多头部公司。
因此,越来越多的初创公司,开始把目光转向了天空和水面。
这个方向上,跑得最快的是一家美国公司,叫做Universal Hydrogen。
这是一家2020年创立于洛杉矶的飞机氢燃料电池技术公司,他们的产品是针对两款现役涡轮螺旋桨飞机(ATR72和Dash-8)的改造套件,包括替代传统涡轮螺旋发动机的燃料电池总集,以及自己研发的模块化的氢气胶囊。
这种氢胶囊可以使用机场的货运升降机装卸进入机舱,虽然比传统燃油箱多占用9m长的空间,但不会对座舱空间造成太大的损失。
2021年4月,成立仅一年的Universal Hydrogen刚完成原型系统的开发,便获得了来自Playground Global、腾讯、丰田、空客、捷蓝航空等在内的共计2050万美元A轮投资,市场热度可见一斑。
反观国内,由于中外在技术水平和出行市场上的客观差距,相比于客运飞机,「船舶」的氢能化改造或许是一个更为现实的选择。
2021年,险峰种子轮投资了氢动力船舶项目「ExploMar擎波探索」,他们自主研发的首艘搭载ISLANDWAVE岛波/ 氢能动力系统的60尺游艇Demo将于2022年投放,其在北美、欧洲、东南亚等区域的海外商业项目也已启动。
除此之外,「氢能无人机」也是一个值得关注的方向。
2020年,中国无人机市场规模为599亿元,5年复合增速30%。其中,工业无人机市场为273亿元,*的应用领域是测绘与农林植保,两者合计占比超过50%,用户主要来自电力、公安、气象、国土资源和森林消防等部门。
(2020年中国工业无人机市场分布,资料来源:Frost & Sullivan)
因为大多情况下要在野外恶劣环境中使用,为了保证长距离续航,这些工业级无人机基本无法使用锂电,只能依赖于汽油、柴油提供动力。
未来,随着随着碳中和政策的不断落地,燃油无人机将逐渐被淘汰,这块市场大概率也会被氢能替代。
因此,险峰也在去年天使投资了「济美动力」,这是一家聚焦于氢能燃料飞行器电池技术应用的科技公司,创始人宋珂博士曾任同济大学燃料电池创新研究所所长,目前团队自研的*代氢动力原型机已经试飞成功。
2、电控系统
作为氢能领域的关键部件和价值核心,无论工业、运输还是储能,所有的应用场景都离不开相应的「氢燃料电池系统」。
而这也是氢燃料产业链中利润最丰厚的部分之一。
举个例子,在一辆FECV的整车中,仅电池系统的成本占比就超过了60%。
如果继续向下拆解,氢燃料电池系统又可以分为三大部分——电堆、元器件和电控系统。
前两者属于「硬件」,后者则以「软件」为主。
前面提到,中国之所以在氢燃料电池市场化方面一直做的不太好,除政策因素外,主要原因还是成本降不下来。
其中,「硬件」是个慢功夫,很难有什么快速超车的方法——比如上面提到的压缩氢气瓶,只能依靠我们的材料科技和制造业不断升级,才能追上发达国家。
但是归根到底,「硬件」作为工业品,遵循的还是产能+成本逻辑,以中国的技术潜力和市场规模,只要假以时日,一定可以取得突破。
但在「软件」方面,比技术更落后的,其实是个「观念问题」。
目前的燃料电池系统,每个「部件」(即BOP)都有一套单独的「子控制器」,各个子控制器只服务于自身的功能,例如空压机有空压机的电机控制器、节温器有节温器的桥驱动控制器。
这导致每个部件的设计生产都是独立的,彼此没有交集,即使把它们整合集成在一起,协调起来也会非常困难;此外,由于各个「子控制器」都是由不同供应商单独特制的,缺乏规模效应,成本也就变得很高。
(图:目前的氢燃料电池系统控制结构与成本曲线)
到这里,熟悉新能源的朋友可能已经发现:氢燃料电池所面对的情况,几乎就是当年“燃油车智能化”困局的翻版。
对此,特斯拉其实早已经给出了解决方案:那就是把原来“各自为战”的电控单元,整合成一个统一的“大脑”,用「系统集成化」替换掉过去的「分立式模块化」来控制整个系统。
这样一来,不仅可以提升控制效率,而且可以实现整个「软件」成本的快速下降。
(图:集成后的氢燃料电池系统控制结构与成本曲线)
当然,其中研发的过程其实非常困难,毕竟锂电的控制系统只需要解决「电」的问题,而氢燃料电池系统除了「电」以外,还需要解决「氢」的问题。
作为典型的交叉学科,它要求团队具备横跨汽车制造、氢能、电控三大行业的学识和经历,且对每一类元器件的原理和性能必须全部精通。
因此,险峰在2021年天使投资了氢能科技公司「溯驭技术SEEExTECH」——这是一群来自哈工大PEED实验室、曼彻斯特大学ACS课题组的青年博士&硕士。他们希望通过自主研发的IAAP算法架构,希望为上游企业提供多场景的氢能应用解决方案。
(图:未来高集成一体化氢燃料电池发动机系统架构)
3、绿色发电&储能
就像动力电池分为「三元锂」与「磷酸铁锂」一样,燃料电池也并非只有一种类型。
按照燃料种类、电解质的不同,燃料电池主要可分为以下6种:
其中,「质子交换膜燃料电池」(PEMFC)因其体积质量小、能量密度高、可室温启动,最适合“即起即停”的交通应用,成了目前国内最常见的燃料电池。
比如前面提到的氢能飞机、氢能车或者氢能船,采用的都是PEMFC。为了避免混淆,我们之前提到的所有燃料电池,也都默认是指PEMFC。
但还记得开篇的例子吗,永远不要轻视另一条潜在的技术路径。
当前不主流,不代表以后不主流。
在燃料电池领域,还有另一条更为早期的技术路线,叫做「固体氧化物燃料电池」(SOFC)。
相比于PEMFC,SOFC具备能量转化效率高、燃料可选范围广、不需要贵金属催化剂等很多优点。
(图:固体氧化物燃料电池SOFC原理及特点)
简单总结一下就是:
同样是燃料电池,如果大家都用氢,SOFC的发电效率更高;如果不用氢,那只有SOFC可以支持其他传统燃料,且排放更少,燃效更高(比普通火电燃气轮机高一倍)。
因此,SOFC也被誉为“21世纪最有前景的绿色发电系统”。
但是,这么好的技术却有两个限制条件,阻碍了它的推广:
*,SOFC需要高温来维持电极上化学反应的活性,因此只能在600-800摄氏度的高温下才能运行,天然不适合用于电动车。
SOFC擅长的是那些需要24小时不间断供电的场景,比如工厂、写字楼、社区、数据中心等等,其实更适合用于储能。
不过在碳中和时代之前,这些基本也鲜有人问津。
第二个缺陷,是由于规模尚小,SOFC用起来还很贵。
在SOFC领域,最为头部的是一家名为Bloom Energy的美国上市公司,最高市值到过百亿美金,其创始人是原NASA火星探测项目燃料电池模块的设计师。
2021年,Bloom Energy的营收达到9.7亿美元,同比增长22.4%。
然而,尽管有联邦政府税收减免的加持,Bloom Energy一套100kw发电系统依然要卖到70-80万美元,因此真正能用得起的客户,只能是谷歌、苹果、微软这样“不差钱”的互联网巨头。
不过近年来,随着技术与规模的演进,SOFC的成本也在不断降低,逐渐进入商业化应用的初级阶段。
日本从 2009 开始,至少已安装了30多万套千瓦级家庭用分布式热电联供系统,运行寿命已经超过10年,预计2030年达到530万套,占日本家庭的10%。三菱电力公司也从 2012年开始示范运行的250千瓦 SOFC-MGT(微燃机)分布式发电系统,2015年开始在日本推广应用。
总之,碳中和的大背景下,今天这条技术路径的机会正变得逐渐清晰。
一个看得见的证据是:从三四年前开始,美日等国家已开始将SOFC技术和产品列为「战略高技术」,对中国禁售禁运。
这样的背景下,险峰也在去年天使投资了一家中国SOFC科技公司——深圳通微。
公司创始人邵博士在归国前,已在SOFC研发以及应用中拥有超过十年的经验积累,其自主研发的新一代燃料电池,比传统的流延法性能提高30%,同时大幅降低了制造成本。
未来,他和团队将进一步研发25kw-1GW的大型SOFC供电系统,应用于城市中的工厂、写字楼、医院、高校等等场景,与分布式光伏一起,成为未来中国绿色能源大网络中的组成部分。
写在最后
以上,是我们在2021年氢能投资中的一些思考和探索。
其实无论锂电还是氢电,光伏或是风能,所有的“路线之争”,都不过是「碳中和」这个宏大命题下“硬币的两面”。
本质上,VC投资本身也是一门“在不确定中寻找确定性的艺术”,回看历史,每件事情似乎都是确定的,但身在其中者往往却不会知晓。
就像今天电动车已然是全球最为火热的投资赛道,但仅仅在2年前,特斯拉还徘徊在破产边缘,就连马斯克当时也不知道,中国超级工厂将会成为挽救自己的那块多米诺骨牌。
科技的突破之路,总是充满艰辛、一波三折,没人能预知转折会在何时到来。
但我们知道,它终将到来。
12844起
融资事件
1.66万亿元
融资总金额
8615家
企业
3219家
涉及机构
2015起
上市事件
21.21万亿元
A股总市值