朝着实现氢能社会的挑战——燃料电池与生产架构

　　从20世纪90年代后期开始，“模块化”成为经济学、经营学领域最前线的热门课题。分工带来效益，这种想法始自亚当·史密斯时代。也就是说，在“以提高效率为目的的分工”中，将复杂的工序进行分割，尽可能剔除无用的部分，通过降低成本提高效率，这是一种减量的思维。但是，随着ICT技术（信息通信技术）的发展，人们可以用数字化方式做出完美的接口，从而催生了新的分工形式。这就是“以开发为目的的分工”，它趋向于增量的思维，不仅将大企业内部的中央研究所，还将中小风险投资企业发明的最先进的技术进行开放性地“插接”（mix & match）在一起，创造出无限的新价值。模块化经济的关键，就是创新（创造价值）与速度的竞争。

　　至于“模块化”的起源，要追溯到1964年IBM发布的System/360大型计算机，这是历史上最早的模块化产品。二战后制造出的世界第一台计算机ENIAC重达30吨，使用了1万8千个真空管。此后生产的计算机基本上是像用一整根原木雕成一座佛像那样，都是一体化的。也就是说，厂家根据大学、研究所、企业等不同用户的需求，生产出不同的计算机，这些计算机之间是无法交换使用软件的。所以，要替换成新型的计算机，的确伴随着巨大的风险，因为这有可能会使储存的重要数据遭到毁坏。

　　但是，随着计算机数量的巨大增长，IBM公司感到了棘手。于是，为了实现计算机“家庭化”的目标，IBM将一体化的计算机分解成二十几个零部件，即进行模块化的分解，使其具有互换性。分解后的计算机以五个处理器为核心，根据大学、企业等不同用户的需求，提供从小型、低端到大型、高速系统的最佳配置。从用户角度来讲，为了将现有系统换成最新系统、以提高性能等目的而进行的系统升级或增加新系统也变得更加容易。由此，IBM脱颖而出，把它的竞争对手们、也就是那“7个小矮人”逐出了市场。

　　个人电脑是模块化这种新型架构的直系子孙。IBM见“苹果”做个人电脑很成功，也想进入这个市场，但没有生产面向普通消费者电脑的经验，也没有相关的部件。IBM与日本企业一样，基本上是自己生产重要的部件，属于“总装型”企业，从这时起才第一次从其他企业购入基础软件、CPU芯片等最重要的部件。这是因为利用那些非IBM的开发团队能够在研发上节省时间。接受IBM订货的微软公司，当时的规模只有30个人，也是从其他公司购买主要模块，这也是因为要节约时间。利用其他公司的模块可以赢得时间。

　　模块型架构一旦确立，各个模块便开始独立并行地飞速进化。由模块“组合”起来的个人电脑也不断进化，最终超过了大型计算机。目前，台式机也可拥有与从前的巨型计算机媲美的性能，在此方面达到最高境界的是戴尔（DELL）公司。戴尔不仅采用OEM（客户品牌式生产）方式生产产品，连送货也委托其他公司办理，每个用户都能将最先进、最新的模块组合起来，巧妙地在全世界展开了供应链，获取了极大的利润。速度就是竞争力。

　　在产品制造中，只要更改一个部件，就必须对整体重新做出调整。汽车被称为是总装型产业，有着近2万个部件。如果发动机的位置改变1公分，乘坐时的感觉就完全不一样了，这时就必须重新调整悬挂系统、车身以及其他所有部位。

　　普通产品的内部部件间存在着这种错综复杂的“相互关系”。软件里也有被称为“意大利面条式代码”的东西。在这种产品中，一个变更将带来另一个变更，往往陷入无休止的连锁反应，很难找到最佳解决办法。然而，日本企业依靠企业内部默认的信息共享以及团体的力量，非常擅长在复杂的相互依赖关系中找到最佳解决方案。

　　但如果事先将接口等“设计规则”确定下来的话，就可以解除这些相互关联。这样一来，人们就可以对不同的模块（部件）进行独立、平行的操作，不需要反复调整，也不管模块来自何处。这就是运用最先进组装技术的“模块型”。从信息共享的角度而言，模块化与“封装化（encapsulation）”是一个意思。但如果能全部解决明确的接口背后应该处理的复杂的信息群，也就不必象以前那样在大企业内部频繁进行的事前协调或微调了，这给独立型风险创业企业带来了活跃的空间。因为我们只需要遵循接口的协议就可以了，例如调制解调器等，无论是作为硬件处理，还是用软件处理，都没有关系，关键在于谁能够用最好的解决方法来达到同样的机能。并且，由于部件很小，创业版企业也能够和大企业一决雄雌。

　　20世纪90年代，模块化分工与总装型（整体型或协调型）两种制造架构之间发生了冲突。在总装型架构中轿车是一个典型代表，依靠灵感的设计很重要，用户的需求具有一种不能以具体数字表现的不透明性，在生产中以重量级设计人员为主，在复杂的相互依赖中制造出产品。而在模块型架构中，如个人电脑，其用户需求是可以量化的、明晰的东西，也就是说，这个领域是以脉冲频率、运算速度来取胜的，部件之间基本上没有相互依存关系，也不需要相互调整，凭借轻量级的设计领班也可以组装出产品来。

　　在微电脑中，CPU、HDD、存储卡等硬件得到了充分的发展，过去存储方面的制约也没有了，软件即使重复也没有问题，因此可以实现模块化。如果部件系列没有个数和长度限制，也不需要进行相互调整，这样一来，模块生产架构发展成了重视速度的领域，模块化分工变得更为有益。

　　支持这一架构的是硅谷现象。在硅谷，在多样的研发型企业共存的生存环境中，每天都展开着争夺各个模块领域冠军的激战。

　　此外，我们还应该看到技术融合领域的急剧扩张。这种扩张通过“组合”不同领域的技术，创造着巨大的价值。例如，生物技术与半导体结合而成的生物芯片。再如，某网络证券运用硅谷技术，成功组建了比竞争对手——大证券公司便宜两位数的系统，这当然会提高本公司的经营业绩。

　　如上所述，研发型企业和中小企业通过灵活运用和组合先进技术，在小模块的竞争中获得了强大的竞争力，并不断发掘出新的商机。

　　前文说过，System/360大型计算机在世界上首次实现了模块化。就在该产品卖出的第二年，有几个人离开了IBM，开始了风险投资创业。优秀的技术人员了解最先进技术，他们看到了“未来”。于是，便向公司提出了自己的新想法，但金字塔型大公司上层人物们的反应往往是消极的：“产品好不容易才畅销起来，不想冒风险了，再等等吧”。如果是在日本，得到这样的答复，大家就不会再往前走了。但在美国，如果上司不认可，还有另一条路：“离开公司自己干”。因为在美国，已经形成了外部出资风险企业的投资方式（股东投资），所以创业者不必自己承担风险。他们虽然被骂做是“肮脏的12个人”，却成功创业。看到他们的成功，不断有其他人脱离大公司独立创业。形成了计算机相关产业，也引发了更为激烈的竞争。此外，在拥有尖端技术的大学校园里，也不断产生着风险投资企业。

　　要想形成促进风险投资政策，就离不开股票筹资机制的发达。模块化生产之所以在日本得不到发展，原因就在于此。

　　世界最早的股票基金诞生于1946年。在军人出身的哈佛商学院乔治·多里特（George Doriot）教授倡导下，创建了ARD（American Research and Development）。战争中开发了各种技术，但要将其商业化，必然需要风险资金。因此，他倡议创设基金，不过最初并没有人肯出钱。股票资金在创建早期并不辉煌，甚至吃了很多苦头，后来逐渐才做成了一些项目。1957年，日后创办英特尔公司的诺伊斯、莫尔在西海岸成立了仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor Corporation）。同一时期，多里特教授的ARD在东海岸向马萨诸塞理工学院的研究生投资了7万美元。这就是DEC（数字设备公司Digital Equipment Corporation）。10年多一点，该企业的价值翻了5000倍。

　　美国政府于1958年出台了一项资金支持政策——SBIC（小企业投资公司Small Business Investment Companies）。60年代中期，这项政策支持着700多项风险投资，占整个风险投资的三成。其中不乏大的成功项目，时至今日仍有四成投资项目在接受着SBIC的支持。在号称没有产业政策的美国，联邦政府的中小企业厅却这样地支持风险投资。日本也于1963年制定了中小企业投资育成株式会社法，但却走了一条与美国截然不同的路。

　　在美国，股份公开上市最多的年份，并非硅谷兴盛的20世纪90年代，而是1969年的1298件。这也就是说，有1300位创业公司的总裁为了实现自我而凭借自己的技术进行创业，从而成为了富翁。如果将其创业伙伴也包含在内的话，将会是这个数字的数倍以上。优秀的技术人员中掀起了一股热潮，“他能行，我也能”、“不要误了这班车”，于是，开发团队整体撤出大公司自己创业的现象持续着。由外部资金支持的股票投资向这些想在模块化的战场上一试身手的技术人员提供了支持，优秀的、富有经验的风险投资家会帮助他们解决上市过程中所遇到的种种问题。风险投资的活跃促进了IT产业的发展，这对于模块化也更加有利，形成了引发新投资的良性循环。

　　日本也一直在支持从大学里出来的风险投资企业，但这不仅仅需要最先进的技术，同时也要有能从资金、销路、管理层等各方面提供支持的股票基金。例如，生物工程先驱者的Genentec公司脱离斯坦福大学后，依靠股票投资，在比历来更为接近基础科学的领域构筑了获得巨大成功的商业模式。SUN和思科（CISCO）公司也是从斯坦福大学开始创业的，戴尔也是得克萨斯大学的学生在校期间创办的。网景（Netscap）原来也是伊利诺伊大学的外地学生创建的，由于有优秀的风险投资企业——Silicon Graphics的前总经理出谋划策，不仅增加了公司的可信度，也使公司迅猛发展。

　　纵观当代国际间竞争，“模块化”、“风险投资与股票”、“数字技术发展”已形成三位一体之势，相互促进着向前发展。由于有了数字技术和清晰的接口，可以完整地进行模块化分割，风险投资有了活跃的空间，国际分工也容易实现了。

　　至于今天我们要谈的燃料电池，人们期待它能在多方面得到实际利用。首先，能够供给一家四口人使用的固定式燃料电池，这一发明向实际产品转化正在加速，2008年是实现大量生产的关键年度。其次，是便携式燃料电池，目前正在开发微电脑、手机用的产品，2007年能否装备于飞机是目前的焦点。此外，使用燃料电池的汽车已于2002年开始试销，目前已有59辆奔跑在公路上。现东京圈已建有10个加氢站，经济产业省的院子里也建了1个移动式加氢站。

　　燃料电池将改变世界。例如正在开发中的燃料电池轮椅。现在的电动轮椅充一次电只能使用5个小时，如果使用燃料电池，现在已经能达到12个小时。这样一来，就可以外出过夜了，如果带着氢气瓶，还可以出去得更远。这将真正改变残疾人的生活方式。这种轮椅，我的家里人有可能需要，我自己也有可能用到，这并不是与己无干的事情，因此希望能尽早开发出来。事实上，这种燃料电池轮椅的开发，正是利用模块化构架，将世界上最好的东西汇集在一起。燃料电池的电池部分来自杜邦系列在台湾的开发企业，催化剂正在试用香港和美国联合开发的产品，表面涂层探讨使用欧洲的技术，进行此项开发的公司最擅长的金属加工技术也在精益求精。

　　 燃料电池的好处，在于能大幅减少二氧化碳气体的排放，不产生NOx及SOx，基本上只产生水，因此非常有利于环保。所以，它也很容易运用于机器人护理员。据说，本田公司生产的ASHIMO机器人所用的电池只能使用1个小时。最近，市场新推出了能收看电视节目的手机，可是只要看两小时左右就会耗尽电池，来之不易的新功能却没办法施展。所以人们期待着燃料电池大放异彩。

　　高效、节能、环境负荷小，保障能源供给的性能尤为突出，还能用作分散型电源。燃料电池在创造新产业和新就业机会方面也很有意义，在欧洲，人们更为重视减轻环境负荷，制造氢气也以采用风能、太阳能等可再生能源为目标。美国则将重点放在确保能源供应方面。这不仅出于“9·11”事件后反恐的需要，也是由于近来美国石油进口已超过50%，因此确保能源供应变得更加重要。而且，美国拒绝批准京都协议，战略性地推动着以技术解决环境问题的措施。氢气的好处在于，能利用天然气、石油、煤炭、太阳能、风能、生物能源、原子能等来制造。从政治角度看反对者也很少，所以布什政府也在大力推动燃料电池的生产。

　　美国为了掌握主动权，前年在华盛顿首次召开了部长级会议。除发达国家外，中国、俄罗斯、巴西、印度等国也应邀参加。发展中国家中，尤其是供电系统尚不完善的国家，对于使用生物资源和燃料电池提供能源、提高生活水平，抱有极大的热忱。

　　国际社会的领导人们也热衷于推动氢能社会的发展。原欧盟委员会主席普罗迪的得力心腹杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）出版了一本著作名为《氢经济》（《The Hydrogen Economy》）。从中可以发现，欧洲领导人从极为深远的角度来构思着“氢能社会”的。下面简单介绍一下书的内容。

　　任何生物要生存下去都必须吃食物。在以前的佃农，付出1卡路里的劳动能够收获10卡路里的食物。在现代农业条件下，付出同样的劳动可以获得6000卡路里的食物。但制作1个玉米罐头，却要消耗10倍的能源。要生产出4口之家的一年吃的牛肉，需要耗费化石燃料所排放出的二氧化碳相当于1辆普通汽车的半年排放总量。交通工具每消耗1公升汽油，就会使用于生产食物的汽油减少1公升。考虑到化石燃料的枯竭、人口的增长与适合耕种的土地的减少等问题，我们的有必要从“碳循环”向“氢循环”转型。

　　实际上，19世纪科幻小说作家儒勒·凡尔纳在《神秘岛》一书中就写出了对氢的使用。现在距离实现这个梦想还有一步之遥。在《氢经济》一书中，有一章节叫“罗马帝国的热力学”。其中写道：罗马帝国用尽了欧洲大陆的森林、土地等有效能源，只剩下一些贫病交加的人，欧洲的恢复整整花去了600年的时间。然而，这种情形难道不会出现在现代文明社会吗？这是书中的告诫，同时也提出了这样的主张：即便现在化石燃料不会马上用尽，也应该从长期着想、实现氢能社会。

　　世界各国为了实现氢能社会，进行了诸多尝试。据IEA（国际能源机构）的一位研究人员测算，到2050年在建设氢能社会方面需要投资100-500万亿日元。他认为如此巨额的资金无论是政府还是民间都没有能力支付，并为此感到悲观。但是让我来说，这里存在着巨大的商业机会，如果开发技术能获得巨大市场的话，将是件了不起的事。随着技术开发的推进，费用当然也会降下来。

　　日本政府有着相当雄心勃勃的目标。目前日本有8000多万辆汽车，计划到2030年将其中1500万辆换为燃料电池车，同时，开发出相当于8-9座大型发电站发电量的固定式燃料电池。有人批评说，这并非雄心，而是“冒进”。但是大的目标会给人以挑战的勇气。技术研发肯定会伴有不确定性和随之而来的难以预期的风险和障碍，重要的是要胸怀大目标，勇往直前。

　　在小泉首相的领导下，日本在2002年由官方购买了5辆燃料电池车。目前官方用车已有8辆是燃料电池车，取得牌照行驶在公路上的燃料电池车已达59辆。另外，在爱知世博会上，日本政府馆（长久手会场）用的电源完全来自燃料电池，并有8辆燃料电池公共汽车担负着会场之间的免费运输任务。在固定式燃料电池方面，日本已在全国实际设置了33处，以气候寒冷或住宅密集等实际条件展开实证试验。

　　通过对2002、2003年的发电效率、热回收效率进行比较，可以发现燃料电池的效率已有了大幅提高。有一半的故障是发生在建成4个月内。初期故障较多，从发生故障的部位来看，发生在最关键的电池组部位的故障不超过1/4，其他多半是发生在外围设备。对于这些发生故障的部位，可以通过反馈故障数据予以有效的“改善”，能以日本企业擅长的办法来解决。从最近的数据来看，故障次数已显著减少，电池组部位的故障比率也已降低到3%。2003年的发电效率超过30%、热回收效率为50%，二者合计超过80%。而目前大型发电站的效率为40%多，远距离输送电力会有一些损失，综合起来为37%左右，由此可知燃料电池的效率优良。固定式燃料电池本身的大小与空调的室外机差不多。实证证实，即使用城市煤气作为燃料电池的燃料，也可以减少三成的二氧化碳发生量，环保性能优良。将来技术进步后用氢做燃料的话，就会更加洁净了。

　　但问题也还是有的。日本企业拥有世界最强的制造能力，例如在汽车产业，是建立在彻底的信息管理基础之上、以对外保密、单独标准、自我完结型为主流，擅长理解型创新。但缺乏对量子力学等先进科学的运用经验，也未必擅长与供应商之外的其他先进企业合作，同风险创业企业之间几乎没有往来。而且对于技术路线图以及模块型构架并不熟悉。日本企业在制造方面积累的优势，在燃料电池等需要运用高端技术进行探索型创新的领域中，反而成为了劣势。

　　日本的政策重点目标是创建一个前所未有的市场（家庭用燃料电池）。尽管燃料电池目前还不是一个可以赚钱的商品，但各公司都以2008年在家用领域实现批量生产为目标展开着激烈的竞争。如果实际形成商业服务，由此而产生出的日本企业的改善速度，是可以寄予很大期待的。届时降低成本将成为一个大课题，可以考虑运用模块化战略来解决。

　　这里试举几个在燃料电池开发方面采用模块化战略的例子。

　　（1）研发的模块化
　　关于燃料电池开发的问题，前面也谈到，日本企业拥有令人自豪的、世界最强大的制造能力，信息是这种竞争力的根本，企业实施着彻底的信息管理。日本企业最擅长的是以对外保密、单独标准、自我完结型为基础的“理解型创新”。而在燃料电池开发方面，最紧迫的任务是回归科学的基本、以自由创意展开探索、寻找到最佳的材料组合。但在实施着严格的信息管理的企业中，研究人员无法自由地发表论文，与外界之间交换信息也要受到很多制约。因此，目前重要的问题是对“内部研发和外部研发的划分”进行重新定义，将日本企业优势的的工程管理部分、和开放性科学知识的积累部分进行重新划分。为此，战略之一是要把封闭在管理型组织内部的理科博士、工科博士们聚集到一个超越组织限制的地方，在开放环境下，积累科学知识、锻炼能力。也就是说，要以推进研发为目的实施组织结构上的模块化和封装化。要将日本国内外不同领域的、有热情的年轻博士后们召集在一起，创建一个“博士后梁山泊”。4月份，日本成立了固体高分子型燃料电池尖端基础研究中心（FC-cubic），这是将基础科学研究的突破与日本所擅长的制造技术领域相结合的战略。但是，探索并不是随心所欲的，而是围绕行业实际问题展开研发活动。为此，中心主任招聘了一些来自民间的最优秀的科学家，让他彻底训练年轻的研究人员。并期待着与世界上顶级研究机构开展交流、合作。在机构运作方面，采取的是管理与研究相分离的模块化做法，让研究人员能专心从事研究工作，创造出真正意义上的新成就。

　　（2）产品、部件的模块化
　　燃料电池是各种不同部件的“组合”。在目前状况下，系统的整合能力非常重要。测算结果显示，如果不进行技术创新，生产1万台固定型燃料电池的制造成本大约是平均每台118万日元，最少也要90万日元。如果能象个人电脑那样实现模块型生产的话，就可以将最便宜的模块组合起来，那么成本将减为69万日元。如果各个模块能够自行“发展”，那么每台成本降到50万日元以下也不是没有可能。

　　目前已有一些日本企业明确采用了模块化发展战略。如果能够实现模块化，成本会大幅降低，即使零部件损坏也能更换，对耐用性要求也就成了次要问题。

　　但也面临着一些问题。日本东西部地区都有大型煤气公司，也有一些地方是由石油公司提供LPG（液化石油气）和煤油，因此燃料电池的运行方式各不相同。因此目前需要设法将其规格统一起来。手机的成本之所以非常高，很大原因就在于每个通讯公司的手机规格都不一样。如果重蹈覆辙，就难于实现创造市场的目标。

　　因此，我们也在促进电池之外的辅机，即燃料泵、通风扇、电磁阀、传感器等的互换化和通用化。如果能够不只从1家辅机供应商，还能从3家、5家公司购入相同的辅机产品，成本就容易降下来了。此外，我们也在支持企业对高性能的一些特殊部件进行共同开发。

　　为了让一些优秀的供应商加入这个行列，今年春天，资源能源厅归纳并公布了家庭用燃料电池辅机的规格（注：4月21日已在网站公布（日文、PDF））。此外，还与中小企业厅合作，支援中小创业企业展开研发，同时以展览会等形式进行信息方面的支援。公布部件规格的做法，以前只是由大阪商工会议所在2002年以对会员公开的形式尝试过。这种尝试非常好，所以我提议在日本全国以及全世界范围公开，结果被采纳了。在此期间，技术也在不断进步，所以会不断加进最新信息进行修订并公布。燃料电池所需要的部件除了高标准、低成本之外，还必须满足10年的耐用性、省电、输出功率低而稳定等一系列苛刻的条件。但这也给在如此严酷的竞争中胜出的中小风险投资企业创造出巨大的商业机会。

　　如上所述，目前在家庭用燃料电池领域中，正在探索一条运用模块化战略降低成本的道路（参考资料中的《固定式燃料电池市场化战略研讨会报告》（日文、PDF））。

　　（3）企业组织的模块化（模块化在产品之外的应用）
　　我们不知道美国的能源部是否对模块化理论有所意识，但从政策内容来看，他们正在采用明确的模块化战略。根据技术路线图决定下一步要实现的目标，支持风险投资企业的研发。虽然是“能源部”，但却面向科学工作者出版了关于风险投资创业的书籍。这是美国在半导体产业的制胜模式。

　　目前，风险投资企业已开始活跃起来，与大企业不相上下。例如，有一家名为Anuvu的风险投资企业正在出售一种不到10万美元的燃料电池车，这种产品连燃料电池也实现了模块化。夏威夷的HOKU Scientific是一家引起顶级风险投资家关注的风险投资企业，他们正在研究一种低成本的碳化氢电解质薄膜。英特尔公司则对一家名为Poly Fuel的风险投资企业进行了投资。英特尔（日本）公司原经理傅田信行先生正在支援日美企业间的合作，使拥有科技优势的美国风险投资企业与拥有制造技术优势的日本企业携起手来。

　　不只美国才有活跃在燃料电池领域的风险投资企业，在日本也有众多中小风险投资企业活跃在这一领域。

　　（4）派生技术所创造的价值
　　燃料电池是一种尖端技术，由之派生出来的技术中也存在非常重要的东西。

　　成立于2001年的E-MEX是一家仅由两人创业的风险投资企业，该公司利用离子交换树脂膜开发出了“人工肌肉”、“高分子驱动器”，并应用在燃料电池非常重要的电容器、微型泵上。现在，他们正致力于将产品应用在手机用变焦镜头驱动机构上。17位年轻的博士正创造着不平凡的技术。可以说，燃料电池的派生技术中也潜在着巨大的商业机会。

　　最后，燃料电池的开发是一项拯救人类和地球的重要课题。它是一个国家的百年大计，也是世界共同面临的挑战。竞争领域当然是需要保密的，但非竞争领域却需要开放性的创新，日本也努力实施彻底的开放性政策。不仅要支持大企业开发，与风险资本、国内外的风险投资企业的合作也非常重要。

问：

从天然气中提取氢时，是否会产生二氧化碳？

答：

燃料电池的效率非常高，因此二氧化碳的排放量会比普通情况减少30%。如果使用纯氢的话，就不需要改质器了，可省下一半材料费，发电效率也会提高很多。如果在氢的制造方法上下点功夫，二氧化碳的排放量减少100%也并非不可能。从这个意义上讲，我认为对使用纯氢的燃料电池的开发也是非常重要的。至于这种纯氢从何而来，可以利用国内的苏打厂、熔炼炉、化学厂排放的副产物氢，即所谓“准国产资源”。从目前情况来看，大城市的周边地区存在着可供500万辆燃料电池车使用的副产物氢。

问：

在利用生物资源制造燃料电池方面有哪些例子？

答：

目前已有从生物能源中提取氢的项目，一个名叫日本计划机构的专家团体引进了德国技术，在日本加以改良，已开始建造样板工厂。使用生物能源的话，其二氧化碳的排放量呈中等水平，在成本方面也决无劣势，而且能够以分散的形式在局部地区进行制造。