日本四面臨海,國土形狀為長條形,面積小,自然資源極度匱乏,只有少量礦產資源,很多能源需要依賴進口。如果選擇鋰電技術路線,意味著需要進口大量的金屬鋰礦,那么發展的新能源依舊存在對外依賴、無法完全自主化的問題。考慮到日本四面環海這一特點,采用水電解制氫,既環保又方便,而且原材料取之不盡用之不竭,可以降低使用成本。
另外,由于日本國土狹長,南北氣候差異大。日本海沿岸一線冬季寒冷且暴雪氣候常見,鋰電在這種低溫條件下,續航能力將大打折扣,而氫燃料電池則不會受低溫環境的影響。
氫能源是日本面對能源危機的唯一解決方案。
早在1974年,日本即頒布“新能源發展計劃(陽光計劃)”,實施氫燃料電池技術國家戰略。特別是在2014年日本豐田汽車公司最早量產出氫燃料電池汽車Mirai(“未來”),做到二氧化碳零排放及超長續航,實現了歷史性能源變革,改變了汽車產業格局。
日本的氫能源發展貫穿上下游產業,主要在氫的生產、儲藏(運輸)和應用三個方面。
從目前的情況看,日本氫能源主要從天然氣、石油、煤炭等化石能源加工過程中的副產品以及電解水制氫獲得。氫的運輸與高壓氣態儲氫、低溫液體儲氫和儲氫材料儲氫三種儲氫方式一一對應。氫能到達使用端,需先經過減壓、氣化或脫氫等步驟,才能得到可供用的氫氣。
日本制定的氫能源發展主要路徑包括三條:
(1)從海外化石燃料副產品中實現低成本制氫,如利用碳捕獲和儲存技術或可再生能源電解水獲得氫能源;
(2)加強進口和國內運輸過程中所需設備的建設;
(3)促進氫能源在汽車、家庭用電和工業應用等領域的大量應用。
針對氫能產業的開發與應用,日本政府制定了一系列支持政策和措施。
2006年,日本《燃料電池汽車發展規劃》的發布進一步明確了日本氫燃料電池汽車商業化的發展階段和目的。
2009年日本在《燃料電池汽車和加氫站2015年商業化路線圖》中制定了2011—2015年開展燃料電池汽車技術驗證和市場論證的計劃。
2013年日本將氫能提升為國家戰略,到2014年確定氫能是與電力、熱力并列的二次能源以及建設“氫能社會”的愿景。
2017年,日本發布的《氫基本戰略》針對交通、氫能供應和氫能應用三個方面提出了具體發展目標,并計劃到2050年普及燃料電池汽車。
日本2018年發布的《第五個能源基本計劃》和《東京宣言》以及2019年修訂的《氫能與燃料電池戰略路線圖》明確了繼續大力發展氫能與燃料電池汽車產業的方針。
通過這些政策,日本在氫能源領域取得了一定的突破和進展,逐漸成為全球氫能源技術的領導者之一。
氫氣需求量:日本將氫氣視為清潔能源的重要替代品,用于燃料電池汽車、工業用途和能源儲存等領域。根據日本政府的目標,到2030年,日本的氫氣需求量預計將達到300,000立方米小時。
燃料電池規模:日本是全球燃料電池技術的領先國家之一。該國支持燃料電池技術的研發和商業化應用,包括汽車、建筑和工業等領域。目前,日本的燃料電池規模已經相當大,并在不斷擴大。
加氫站:為了支持燃料電池汽車的普及,日本正在積極建設加氫站網絡。截至2022年2月,日本已建成152座加氫站,并計劃在未來幾年內進一步擴展。
氫燃料汽車數量:日本是燃料電池汽車的主要市場之一,包括轎車、巴士和輕型卡車等。據統計,截至2021年,日本國內已經注冊超過10,000輛燃料電池汽車。
根據統計,世界70%的氫燃料汽車技術專利都掌握在日本公司手里,光豐田車企的專利就已經達6000多項,占到了全球相關專利的一半。
日本氫燃料電池汽車在其國家汽車產業發展中具備一定發展優勢。
第一,成熟的技術。
日本一直致力于開發與氫相關的材料、設備和系統,在氫能源和燃料電池領域的專利占全球的50%以上,位居全球第一,并且在質子交換膜燃料電池、燃料電池系統和車載儲氫這三大關鍵技術上遙遙領先。日本對氫燃料電池汽車的研究始于20世紀90年代,經過多年的積淀,其燃料電池電堆技術已較為成熟,且基本解決了燃料電池汽車相關技術難題。在氫燃料電池汽車技術領域內,專利申請人較多來自日本,主要以豐田為代表。豐田Mirai燃料電池汽車核心系統技術水平達到新的世界高度,FCV單位容積發電輸出比過去提升了50倍,達到5.4千米/里,里程增到850千米;豐田還掌握氫燃料電池車的關鍵技術,從生產氫燃料電池堆,到高壓儲氫罐,甚至碳纖維纏繞技術都已被其掌握。
第二,完整的產業鏈體系。
日本的氫燃料電池汽車產業鏈較為完善,一體化程度較高,產業鏈從燃料電池研發,擴展到整車生產,甚至到氫能的上游制氫、中游儲運和下游終端應用。同時,一些巨頭企業組成了全產業鏈聯盟,打通了氫能產業鏈各環節,實現了產業化發展。例如豐田、日產、本田、新日本石油、日本銀行等公司聯合出資成立“JapanH2Mobility”聯盟;千代田化工、三菱、三井等公司組成“先進氫能供應鏈技術開發”聯盟。整體上,日本氫燃料電池汽車產業從氫能供應到整車生產,一體化產業優勢均較為明顯。
第三,國家戰略的重視。
日本對氫燃料電池汽車產業的技術研究較早,也較為重視。受1973年石油危機影響之后,日本啟動了國家氫能戰略“陽光計劃”和“月光計劃”;隨后,1981年日本正式啟動燃料電池開發項目,并投入巨額資金支持氫燃料電池汽車的研發;2002年,經濟產業省主導日本電動汽車協會開展“氫能和燃料電池項目”;2008年,日本政府進一步支持經濟產業省主導研究氫燃料電池汽車。福島核事故發生后,日本更加重視推動氫能的發展。2013年,日本政府為推動氫燃料電池汽車市場發展,積極推進加氫站建設。此外,為了實現氫能源戰略和計劃目標,日本政府從財政、稅收、金融等多方位政策著手,引導資金、人力等資源流向氫能源汽車產業,促進氫能源汽車產業技術研發應用、市場培育擴展。