技术引进能否实现氢燃料电池汽车产业弯道超车？

技术引进能够以快取胜,自主研发可以厚积薄发。目前中国氢燃料电池市场处于“技术为王”的市场导入阶段,企业该如何获取满足产业化的核心技术?借鉴中国手机、芯片、家电、LED、汽车产业技术引进的经验,不难发现,“技术引进”是把双刃剑,只有那些能够凭借核心技术、进入全球氢燃料电池供应链的企业才有可能成为最后的赢家。

用氢能源替代化石能源是日本企业的信仰。丰田用了近二十年锲而不舍的工匠精神,在2015年成功实现了氢燃料汽车“Mirai”量产。氢电时代的“Mirai”堪比锂电时代的“特斯拉”,“Mirai”量产意义在于向世界证实了氢燃料电池技术大规模商用的可行性,进而掀起了世界各国构建氢能社会的热潮。2017年以来,我国各类氢能产业园区遍地开花,与光伏、风电、锂电池产业早期发展情况类似,在国家政策驱动下,氢燃料电池成为继锂电池后的新风口。与锂电产业不同的是,( 参见“从CATL成长看中国动力电池市场化机遇与挑战”),氢燃料电池技术在国外已经基本成熟,通过“技术引进”、“技术并购”方式,为一些没有技术积累的资本提供了转换赛道、布局氢燃料电池产业、分享产业爆发红利的机会。

一、在市场导入阶段,技术红利明显

国外氢燃料电池汽车产业已经从技术开发阶段进入市场导入阶段。公开资料显示,国际先进水平的燃料电池发动机功率密度、续驶里程、补充燃料时间、燃料电池寿命、低温环境适应性已达到传统燃油车水平。由于国内起步较晚,还处于技术追赶阶段。为了解目前产业发展阶段,如表1所示,作者根据产业链上、下游、基础设施、政策导向和人才流动等九个方面做了比较分析,发现目前氢燃料电池产业特征与2010年时的锂电池汽车产业特征相似。

表1 氢燃料电池汽车与锂电池汽车产业特征对比

另根据图1,综合判断为国内氢燃料电池汽车产业发展处于技术开发阶段晚期,市场导入阶段的早期。参照锂电产业化经验,该阶段掌握量产技术的公司得天下,如磷酸铁锂时代的比亚迪,三元时代的CATL,二者迅速崛起与其在市场转换期拥有量产技术密切相关。

图1 氢燃料电池汽车与锂电池汽车发展阶段对比

二、国内技术路线状况

如表2所示,国内公司技术引进方为加拿大、美国、德国这三个氢能技术先进国家,广东国鸿、潍柴动力、亿华通、雪人股份等十多家企业技术均来自拿大的知名企业巴拉德和Hydrogenics。比亚迪、富瑞特选择了与德国、英国和美国公司合作。除了市场因素,技术并购受到公司整体战略影响,作者猜测比亚迪与美国厂商合作与其在美国已建有客车生产基地有关。

表2 国内技术引进路线的企业

如表3所示,国内自主研发企业的核心技术多来自高校孵化。大连化物所、清华大学为、同济大学、武汉理工的技术孵化最为成功。其中,中国科学院下属的大连化物所是国内最早从事氢燃料电池和整车研究和开发的科研机构,长期与上汽合作,成功开发出中国第一代氢燃料电池汽车,该车在上海世博会、2008年奥运会上展示。大连化物所被认为是国内氢燃料电池和整车产业的黄埔军校,为业内输送了大量专业人才。另外一类技术来源是海外技术人员归国创业,海外技术人员的跨国流动加速了行业核心部件的技术扩散和进口替代的速度。

表3 国内自主研发路线的企业

三、氢燃料电池核心部件国产化能力

图2 氢燃料电池系统

图2所示,从国内产业链布局来看,目前部分领先企业基本具备了氢燃料电池核心部件的国产化能力,但产品性能还尚需完善,具体分析如下:

(1)国内外核心技术存在差距

目前氢燃料电池主要部件的研发方向在于提高性能。见表4,国产电堆的几个关键指标,如储氢压力、电堆寿命、电堆功率、催化剂的铂用量还达不到国外先进水平。另外从氢燃料电池客车的实际运营反馈信息来看,质子交换膜、催化剂、整体性能(包括一致性、稳定性、耐久性)、制造成本、良品率等几个关键指标与国外主流厂商,如日本丰田、加拿大的巴拉德、美国的杜邦等的零部件与整车性能还有5年以上的差距。

表4 氢燃料电池关键部件国内外差距

(2)部分领先企业进入国际供应链。

一方面,与内燃机相比,氢燃料电池的技术差距是小于内燃机技术差距的;另一方面,过去十年新能源汽车产业的高速发展,提高了产业整体研发能力,缩短了技术引进、吸收、转换周期。产业环境的改善,尤其是高端人才流动,为我国氢燃料电池产业未来实现弯道超车提供了可能。如表5所示,目前国内已经出现国产替代和进入国际零部件供应链的领先企业。

表5 主要燃料电池部件国产化现状

其中,武汉理工新能源自主开发的燃料电池膜电极产品批量销往包括美国、欧洲;东岳集团生产的全氟磺酸质子交换膜性能上得到日本丰田公司、德国Fuma.tech公司、奔驰-福特联盟(AFCC)的认可;上海弘枫研发的超薄石墨双极板大大减少了燃料电池电堆的体积和重量,产品出口至美国、加拿大、意大利、韩国等国家。

针对自主研发企业取得的成绩,该如何评价企业技术引进方案?

(1)技术引进可以缩短产品量产周期

广东国鸿从2015年开始引进巴拉德燃料电池电堆生产技术,2017年7月实现第一条燃料电池电堆生产线投产,实现了在一年多的时间就完成了燃料电池堆的国产化。相比之下,新源动力2001年4月开始进行自主研发氢燃料电池电堆技术,历时三年,直到2004年9月自主研发的第三代高压操作轿车用燃料电池发动经济系统才通过验收,输出功率47KW(数据来源:公司官网)接近国际水平。如果算上从产品研制成功再到批量生产的时间,这个时间间隔会更长。

表6 国产氢燃料电池电堆参数

(2)仅靠技术引进难以实现自主创新

表7 技术引进与自主研发

表7表明,技术引进是一把双刃剑。在产业早期,技术引进具有市场正外部性效应,即引进国外成熟技术更容易实现氢燃料电池量产和技术扩散。长期看,技术引进可能是制约产业可持续发展的“毒药”。回顾近代中国工业发展史,从手机、芯片、家电、LED到汽车,均在技术引进或技术并购上走过弯路。下面以我国汽车和高铁产业为例,反思中国工业发展史中“技术引进、市场换技术”的经验和教训。

(1)失败案例。

我国汽车产业是最早执行技术换市场的合资产业政策,二十多年来,国内知名汽车企业,如北气、一气,并没有掌握先进造车技术,自主品牌汽车市场竞争力也远远低于外资、合资品牌。主要原因有两点:首先国内汽车行业没有统一市场,各地企业在与外企谈判时各自为战,没有议价能力,被外企逐个击破,放弃了对技术转移的要求;其次是合资企业利润可观,中方企业缺少吸收国外先进技术进行自主创新的动力。最终,汽车产业的技术引进陷入 “引进-落后-再引进-再落后”的恶性循环。

(2)成功案例。

与汽车产业不同的是中国高铁,成功实现从最初的技术引进到自主创新和反向出口的技术引进目标。主要原因在于:国内高铁市场是垄断市场,有唯一的谈判出口,在与外企谈判中有议价能力;同时,国家在政策上表明支持和鼓励自主创新和国产替代行为,达到了用市场容量消化国内技术更新和自主创新成本和培育国内产业链生态目标,进而实现了技术引进、吸收、创新的良性循环。

(3)最新案例。

今年4月份美国商务部对“中兴事件”禁售制裁事件值得急于推行“技术引进”战略公司的反思。事实上,作者在行业调研究时发现,有部分国内企业引进氢燃料电池技术动机是为了快速量产获取政策补贴,但该企业同时又缺少消化技术、自主创新的研发体系。潜在的风险是,这些企业在市场产能过剩、技术升级时很可能被后来者超越,陷入“技术并购诅咒”,难以实现中国汽车工业弯道超车的重任。

综上所述,氢云链认为技术引进是把双刃剑。

现阶段的氢燃料电池产业与中国汽车产业发展状况有相似之处。经验表明,单纯的技术引进,可能面临技术并购风险:

(1)引进落后技术风险

如表8所示,广东国鸿从巴拉德引进的FCvelocity-9SSL系统,体积功率密度仅为1.5KW/L,远低于国际主流水平3KW/L,甚至达不到国产先进水平2KW/L。引入落后技术的风险在于,如果不能在下一代技术迭代前收回投入成本,又无法脱离国外技术框架实现自主技术改造,则面临系统淘汰和重购系统的风险。

表8 HYGS/巴拉德/喜马拉雅电池参数比较

(2)技术与市场不匹配风险

如图表8,巴拉德系统的最低启动温度仅为2°,不适应在北方寒冷地区使用,而国内厂商能够提供-20C的最低启动温,使用范围更广泛。

(3)受制于严格的技术控制,合资企业可能将重蹈汽车产业的覆辙,无法得到核心的技术。在国内自主技术迎头赶上之后,合资企业就丧失了市场竞争力,只能继续引进,十分被动。

(4)成套设备引进存在维修、零部件国产更换、设备难以迭代的困难,为企业日后运营成本增高埋下隐患。

作为竞争对手,日本、韩国企业对中国氢燃料汽车产业依旧实行技术封闭策略,加拿大、德国、美国对中国企业相对开放。考虑到国内企业技术并购风险意识不强,缺少避开海外技术并购风险的经验,作者更看好国内自主研发的领先企业,或者具备在技术引进基础上实现自主创新能力的黑马企业,这些天生带有创新基因领先企业和黑马企业的技术引进,更有希望实现我国氢燃料电池产业弯道超车的强国之梦。