碳中和下的“氢经济”

张程

随着国家碳达峰、碳中和目标的出炉，氢能产业不断获得政策的“加持”。近日，工信部印发的《“十四五”工业绿色发展规划》提出，提升清洁能源消费比重，鼓励氢能等替代能源在钢铁、水泥、化工等行业的应用。这被视为推广氢能源的又一有力举措。

以“绿氢”为主的氢能产业发展对降低二氧化碳排放、应对气候变化的作用，目前已成为全球共识。美国、欧洲、俄罗斯、日本等主要工业化国家和地区均已将氢能纳入国家能源战略规划。国内也已有50多个城市发布氢能产业规划，提速加码布局氢能源产业。据中国氢能联盟预测，到2025年，中国氢能产业产值将达到1万亿元，有望成为引领能源产业转型升级的新增长极。

我国早期氢能政策较少，2019年全国“两会”期间，氢能被首次写进《政府工作报告》，全国各地掀起了氢能发展热潮。随后，氢燃料电池汽车示范应用政策的发布、《新能源汽车产业发展规划（2021—2035）》的发布以及“双碳”目标的设定，均为氢能产业及氢燃料电池汽车的发展注入了动力。

截至目前，全国已有20余个省或直辖市发布了氢能产业链相关政策，其中北京市充分利用研发实力突出、產业基础完备、氢能供给多元、应用场景丰富等优势，在全国氢能产业发展中发挥带头示范作用。早在2008年奥运会期间，北京投放了20余辆氢燃料电池汽车，并建设了一座日加氢20kg的加氢站。经过十余年的产业培育和发展，北京市正力争成为有国际影响力的氢燃料电池汽车科技创新中心、关键零部件制造中心和高端应用示范推广中心。

据不完全统计，2021年北京、山东、河北、河南等省份相继出台“十四五”氢能发展规划或扶持政策，并从产业规模、企业数量、氢燃料电池汽车、加氢站等方面明确阶段目标。

国际上，美国、欧洲、俄罗斯、日本等主要工业化国家和地区均已将氢能纳入国家能源战略规划，氢能产业的商业化步伐不断加快。根据国际氢能委员会最近发布的报告，自2021年2月以来，全球范围内已经发布了131个大型氢能开发项目，全球项目总数达到359个。预计到2030年，全球氢能领域的投资将激增至5000亿美元。

国际氢能委员会预测，到2050年，全球氢能产业将创造3000万个工作岗位，减少60亿吨二氧化碳排放，创造2.5万亿美元的市场规模，并在全球能源消费中占比达到18%。该报告特别指出，中国未来有望领跑全球氢能产业发展。预计到2050年，氢能在中国能源领域的占比有望达到10%。

氢能源应用领域广泛，氢燃料电池车便是其中之一。2021年11月30日，四川省和重庆市同时启动“成渝氢走廊”建设，两地规划于2025年前投入约1000辆氢燃料物流车，并配套建设加氢站。

氢能源热值高，为石油的三倍以上，是理想的化石燃料替代品。相比于传统汽车，氢能源汽车使用氢燃料电池作为动力来源，具有能量转换效率高和完全无污染的优点。相比于锂电池电动车，氢能源汽车除了不受温度影响、续航里程更长以外，还具有能迅速补充燃料的优点，5—8分钟就能加满。然而，不同于锂电池电动车可以利用现有电网建造充电站，氢能源汽车使用的加氢站目前完全依赖长管拖车运输，效率较低且成本较高。加氢站成本高昂、数量稀少，加上汽车自身成本较高等一系列原因，制约了氢能源汽车的发展，目前氢能源汽车尚未得到大范围应用。

当前氢能源汽车的主要应用范围集中在商用车领域。根据新能源汽车国家检测与管理平台的统计数据，截至2019年底，国内氢燃料电池汽车中物流用车占比60.5%，公交、通勤等客车占比39.4%，乘用车仅用于租赁且占比仅0.1%。经过多年的研究和发展，目前中国在氢能源制造、储运、燃料电池等方面发展迅速，为氢能源汽车的发展提供了良好的基础。虽然整体基数较小，但近年来氢能源汽车销量和保有量都保持了较高的增速，分别由2016年的629辆和639辆上升至2019年的2737辆和6175辆，年复合增长率分别为63%和114%。截至2020年底，我国氢能源汽车保有量为7352辆。

近日，工信部印发的《“十四五”工业绿色发展规划》提出，鼓励氢能等替代能源在钢铁、水泥、化工等行业的应用，被视为氢能发展的“突破口”。2021年10月，联合国气候行动高级别倡导者发布的《与气候目标一致的氢能部署指导原则》提出，氢能目前的部署应主要针对炼钢等不存在其他解决方案的领域，氢能将在支持这些领域深度脱碳方面发挥关键作用。

预计到2050年，氢能在中国能源领域的占比有望达到10%  （图/IC  photo）

传统的冶金、水泥、化工等难以脱碳的领域，正面临着越来越大的压力。一方面，国家的碳达峰、碳中和目标使其减排压力越来越大;另一方面，欧美发达国家设置的绿色能源和绿色产品壁垒，已经影响到这些行业企业的出口和销售。对于冶金、水泥、化工等传统工业用能领域，能够替代化石能源降低碳排放的，只有电和氢。目前我国大约七成的电力是通过消耗化石能源转化而来，直接采用电能替代，仅减小了部分碳排放总量。基于清洁能源制备的“绿氢”作为一种零碳二次能源，是替代化石能源，降低大工业碳排放的更好选择。

基于氢能的优势，国家政策正在频繁关注难以脱碳领域的氢能应用。此前，国家发展改革委出台的《“十四五”全国清洁生产推行方案》多次提出氢在化工、冶金领域的应用。

氢能在工业和交通这两大领域的推广应用，都能达到大量减排的效果。但交通领域产业链长、涉及环节多，环境复杂，一定时期内氢能规模化推广不易，而工业领域专业化程度高、较独立，氢能替代相对易于实现。在可预见的将来，“绿氢”炼化、二氧化碳加氢制甲醇将得到规模化发展，氢冶金将迎来工业示范应用。

当前，全球氢能需求旺盛，氢能产量约达每年7000万吨，96%的氢气直接由化石燃料制成，即“灰氢”或“蓝氢”。虽然“灰氢”具有成本低廉、技术成熟、可大规模应用等优势，但制备过程伴随着二氧化碳等温室气体的排放，不利于实现“碳中和”目标。而将“灰氢”生产过程中产生的二氧化碳进行捕集、利用和封存，进而间接达成碳中和目标所获得的“蓝氢”，则存在生产成本仍然较高，制备系统成熟度较低，暂时无法大规模应用等问题。因此，通过零污染、低成本、可持续的方式制取“绿氢”是未来氢能源产业发展的重点。

“绿氢”是指通过使用可再生能源（例如太阳能、风能等）制造的氢气，在生产“绿氢”的过程中，完全没有碳排放。我国氢气产量及消费量已居世界首位多年，绝大部分氢气通过化石原料制备，超过九成应用在工业领域。从深度脱碳的角度来看，采用“绿氢”替代的潜力非常巨大，主要有原材料、保护气、燃料、还原剂等几大方向。

然而，阻碍“绿氢”发展的核心因素是制氢成本的居高不下，同样制取1立方米氢气，目前“绿氢”的成本是“灰氢”的3—5倍，是“蓝氢”的2倍以上。因此对于当下的氢能市场，成本依旧是氢能获得广泛使用的最大障碍。

此外，氢气生产和运输技术还面临一系列瓶颈。由于氢气会腐蚀金属，这对氢气的输送构成挑战;由于氢气点火能量小，使氢不论在空气中或者氧气中，都很容易点燃，因此对氢气的储存与运输都提出了极高的安全要求。这也推升了氢能源的使用成本。

对于部分精细化工领域，其产品附加值较高，且对氢能的需求总量不大，现阶段就能够实现“绿氢”替代，国内已有多个相关项目落地投产。而在大宗商品生产如钢铁、水泥和需氢化工等领域，对成本更加敏感，采用“绿氢”会显著推高产品价格，现阶段尚不具备大规模“绿氢”替代的条件。

目前氢能源主要依靠政府补贴来进行推广。2021年8月，英国宣布2030年前启动40亿英镑资金投入“绿氢”生产。彭博新能源财经估计，未来10年全球将需要投入1500亿美元才能将制氢成本降低到具有竞争力的水平。未来随着技术的进步、产业链的成熟，氢能必将成为减碳时代的重要替代能源之一。