大力构建氢能社会是实现碳中和的重要手段

唐韬

摘 要：在当前国内高度强调“内循环”、兼顾“双循环”的背景下，氢能建设能够发挥重要的作用。发展氢能产业，在将要到来的氢能社会中提前培育和形成一定的产业支撑和科技支撑。文章从碳中和的目标对中国能源结构提出的新要求入手，通过对比电能和氢能的路线差异，深入分析实现碳中和所需要的能源路线选择，并以日本为例，观察氢能源结构的产业布局尝试，并对我国氢能源产业布局提供相应政策建议。

关键词：氢能社会;碳中和;中国能源结构

中图分类号：TQ127.1+1 文献标识码：A 文章编号：1005-6432（2022）06-0012-02

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.06.012

1 碳中和對中国能源结构提出了新的要求

继2020年9月宣布中国碳达峰和碳中和的时间节点后，2020年12月习近平总书记在全球气候雄心峰会上进一步宣布，到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

当前全球能源低碳转型步伐加快，中国能源安全保障面临新的挑战。挑战主要来自四个方面：①未来经济增长需要能源供给能跟得上，这是硬需求;②巨大的传统产业结构调整需求，高耗能、低效益的产业结构要逐步转型调整，比如钢铁产业就面临巨大调整压力;③新兴的产业增量需要跟上，但产业的具体产能乃至其价值、前景目前还不明确。④伴随着产业调整、能源消费结构调整，中国实际上需要实现从经济到社会、从生产到消费的系统转型。面对上述挑战，氢能社会的建设是必经之路。

2 电能与氢能路线的实际影响

如果中国要实现习近平总书记在联合国承诺的2030年达到碳排放峰值、在2060年实现碳中和的目标，需要对全国81.2%的能源生产、83.7%的能源消费进行巨大的结构调整。由此将产生一系列涉及广泛的新需求，这对中国将是巨大的挑战。比如：①需要寻找到规模巨大的可再生能源来替代化石能源;②要有大量的新能源生产、储运、利用方面的科技创新和技术应用;③中国的能源消费体系将会发生巨大变化，并要求相应的产业体系、消费体系也随之变化。这些变化的结果，将会为中国带来一系列的科研、产业链、消费体系、能源安全、外交、地缘政治等方面的变化。虽然能源体系转换的远期目标很宏大，但此过程中的成本投入也很巨大。中国将面临巨大的投资和成本，很多旧的产业和消费体系将会凋零和消逝，一些新的产业和消费体系也将会诞生。这一过程可能会从现在起持续长达30～50年，以中国当前的产业结构和能源结构，面临的风险和成本将会是一种“涅槃”式的生死转变。

从中国能源消费规模、能源对外依存度来看，大约在10～20年，能源竞争可能成为中国面临的大问题，这也可能成为全世界都面临的大问题。一个基本判断是，在全球气候议题重新成为高热度话题的大前提下，限制化石能源消费将成为大势所趋。在全球谋划布局如何应对气候变化的大背景下，石油价格要想再度冲到很高，恐怕有很大的困难，除非发生有很大影响力的“意外情况”。从美国的基础设施建设计划上就可以看到这一点，美国的基建计划中很重要的、花钱较多的一项计划，就是鼓励发展电动汽车，完善大规模的充电桩布局。

美国和欧洲的最新基础设施建设布局，对于新能源技术路线会有何影响呢？究竟是继续走“电能”之路，还是走“氢能”之路呢？前者使用化石燃料来发电，后者利用氢作为主要的能源。首先来看“电能”路线。在新能源车领域，电能利用主要体现在大量使用电动车，电动车模式已经“先入为主”，并且建立起巨大的标准壁垒，整个经济社会已被“拖”入电能利用的模式。在电动车大行其道的社会，要从这种模式中挣脱出来非常困难，因为这往往意味着要淘汰甚至废弃前期大规模的投入和成本，比如充电桩的建设和布局。在中国市场，电动车的大规模运用已经主导了中国的新能源车利用模式。

和电能对比，虽然大家看到了氢能利用的前景，但由于氢能利用大大晚于“电能”，在声势上相差不少，各国在关于发展氢能的战略、计划、政策、配套上就更加落后了。不过，由于气候问题的严峻性，中国必须面对一个绕不过去的问题，那就是如何摆脱对化石燃料的依赖。在人们看来，这是中国能源问题的重中之重。正如前面的分析，中国的电力大部分来自火电，而火电是依靠化石燃料来发电。电动车终究是要用电的，如果大量的电动车仍然要用石油、煤炭来发电，将不符合未来的气候变化要求。被视为可再生能源的水电，在实际利用中，也会产生环境和航运方面的双重代价。因此，在诸多约束之下，中国完全有可能不走寻常路，有可能在氢能利用上在世界独树一帜，为全球气候变化作出实质性巨大贡献;同时大力发展新产业，推动经济增长。

从全球能源利用的总体趋势来看，实际上世界在走向电能方向，而中国则有可能独辟蹊径，走向氢能。要指出的是，目前这种判断仅仅是一种基于条件基础上的分析和判断，实质的政策取向考虑的因素要比这复杂得多。从智库研究的角度来看，争论新能源路线的意义，关注的是政策成本和政策效率;从产业角度来看，新能源技术路线那就关系到生意了。中国历史上的战略性谋篇布局，更多的还是跟着别人走，往往在走了一段之后，再停下来想是否有问题。不过，面对未来能源竞争的局面，中国并不一定非要走老路，完全可以在发展氢能、构建氢能社会上闯出一条路子来。如能取得相当程度的成功，将在能源安全以及新能源产业方面，形成有自己特色的能源利用路径。

3 氢能源结构的产业布局尝试——以日本为例

作为一种二次能源，氢能是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想能源。但从产业链方面来看，氢气需要人为后期制备，制氢才是源头。目前行业中公认有两种制氢方式，一种是化石能源（煤和天然气等）制氢，另一种是电解水制氢。在化石能源制氢中，煤制氢目前应用占比超过其他制氢方式，在当前我国煤化工行业较为成熟的背景下，煤制氢产量大且分布范围广。不过，煤制氢过程会排放大量的二氧化碳，在碳排放约束下，必须进行碳捕集、封存，并利用技术设备加以控制。而电解水制氢过程不存在碳排放，工艺简单，虽成本较高，但从环保角度来说，电解水制氢更适用于长期发展。发展氢能必须要置于实现2030年二氧化碳达峰和2060年碳中和这两大目标下，绝不能为生产氢气而产生大量二氧化碳，氢能发展方向必须是无碳绿氢。

横向对比，氢能社会发展已经成为日本的国家战略。日本国土面积狭小（只有37.8万平方千米），人口密度大（1.27亿人），有工业价值的资源和能源极度匮乏，再加上位于环太平洋火山地震带和台风侵袭带上，经常遭受自然灾害，其发展经济的先天条件并不好。但就是在这种条件下，日本经济长期居全球第二，目前仍稳居全球第三，与其强大的技术能力和正确的技术战略有重要关系。在日本的国家发展战略中，“氢能社会”是近几年一个重要的战略选择。值得注意的是，这是日本成为发达国家之后、在高度信息化时代选择的国家战略，显示这是日本面向未来的清醒选择。

日本将氢能社会的建设设立为国家战略有四个方面的考量：①是否成为未来可持续的能源利用“终极方案”？②能否突破产业核心技术并形成产业体系？③是否达到市场可接受的应用成本？④能否构造一个覆盖技术研发-工业生产-市场应用-社会配套的“生产-消费体系”？实际上，这四个方面也是氢能社会得以建立的重要基础。在上述四个方面，氢能社会战略都能不同程度地给出肯定的前景。首先，氢能利用的污染排放极小，未来随着技术进步，完全可能做到使用阶段零排放、全生命周期低排放。这几乎就是可持续能源利用的“终极方案”了。其次，氢能利用有突出的产业核心技术，技术突破后的带动作用较强。再次，成本方面目前还是一块短板，但从日本的实践看，不论是家用热电联产系统（ENE-FARM）還是氢燃料电池汽车，使用成本都在不断下降，正在接近市场可接受的成本。最后，氢能社会是一个综合系统，日本正在推动形成技术、生产、消费和社会配套的系统，一旦这样的“生产-消费”系统形成，将会牢牢确立氢能社会的市场地位，这是单一的技术转移或单个产业环节的创新突破所无法取代的。

中国也是能源资源极度缺乏但需求庞大的国家，同时中国也在寻求产业和技术创新方面的突破。在类似背景下，日本发展氢能社会的国家战略选择对中国有较强的借鉴意义。如果中国也能选择发展氢能社会，不仅会极大地拓展日本氢能产业的市场，加强中日合作，还会推动中国能源利用方式、能源产业发展的多元化，最终在中国社会建立起可持续的“生产-消费”系统。对于日本、中国这样缺乏能源，需要大规模进口能源的国家来说，“氢能社会”是真正的国家战略，关系到国家每时每刻的生存和运转。氢能产业的核心技术比较突出而明显——电堆、催化剂、质子交换膜、氢气制备（制氢）、储存设备（储氢）等主要核心技术，一旦突破会取得惊人的成就，而这些核心技术中国大都已有一定的基础。氢能社会并不只是一个产业发展的技术路线选择，而是一种覆盖技术、能源利用、市场与消费体系的战略选择。

4 结论

在当前国内高度强调“内循环”、兼顾“双循环”的背景下，氢能社会能够发挥重要的作用。“内循环”和“双循环”战略的实质，是挖掘国内市场空间，发挥国内市场的潜力。发展氢能产业，在将要到来的氢能社会中提前培育和形成一定的产业支撑和科技支撑。比如过去高度依赖煤炭资源的省份，就可以通过发展煤制氢来介入氢能产业。实际上，在多个氢能产业的环节，不同的地方都可以根据不同的资源禀赋和技术条件来参与。作为世界上人口最多的国家，中国如果能如期实现碳中和，就是为人类做出的巨大贡献。而实现碳中和就必然要推动能源供给革命，立足国内多元供应保安全，形成以非化石能源为主增长、以煤油气为基础的多轮驱动的能源供应体系。由于氢能社会是一个包含了技术、工业生产、市场应用和社会配套的庞大体系，一旦发展成为一个相对完善的社会经济系统，它所具有的经济价值和战略价值将是巨大的。可以设想，对于一个氢能社会的国家，即使是再发达的非氢能社会“霸权”国家，也难以进行制裁。这是中国真正需要的经济增长动力转换，需要大投资、大政策的地方，也应该成为“十四五”建设的重点领域。

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