新能源的第二曲线：氢能投资的三个机会

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。

（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。

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