大力構建氫能社會是實現碳中和的重要手段

唐韜

摘 要：在當前國內高度強調“內循環”、兼顧“雙循環”的背景下，氫能建設能夠發揮重要的作用。發展氫能產業，在將要到來的氫能社會中提前培育和形成一定的產業支撐和科技支撐。文章從碳中和的目標對中國能源結構提出的新要求入手，通過對比電能和氫能的路線差異，深入分析實現碳中和所需要的能源路線選擇，并以日本為例，觀察氫能源結構的產業布局嘗試，并對我國氫能源產業布局提供相應政策建議。

關鍵詞：氫能社會;碳中和;中國能源結構

中圖分類號：TQ127.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1005-6432（2022）06-0012-02

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.06.012

1 碳中和對中國能源結構提出了新的要求

繼2020年9月宣布中國碳達峰和碳中和的時間節點后，2020年12月習近平總書記在全球氣候雄心峰會上進一步宣布，到2030年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。

當前全球能源低碳轉型步伐加快，中國能源安全保障面臨新的挑戰。挑戰主要來自四個方面：①未來經濟增長需要能源供給能跟得上，這是硬需求;②巨大的傳統產業結構調整需求，高耗能、低效益的產業結構要逐步轉型調整，比如鋼鐵產業就面臨巨大調整壓力;③新興的產業增量需要跟上，但產業的具體產能乃至其價值、前景目前還不明確。④伴隨著產業調整、能源消費結構調整，中國實際上需要實現從經濟到社會、從生產到消費的系統轉型。面對上述挑戰，氫能社會的建設是必經之路。

2 電能與氫能路線的實際影響

如果中國要實現習近平總書記在聯合國承諾的2030年達到碳排放峰值、在2060年實現碳中和的目標，需要對全國81.2%的能源生產、83.7%的能源消費進行巨大的結構調整。由此將產生一系列涉及廣泛的新需求，這對中國將是巨大的挑戰。比如：①需要尋找到規模巨大的可再生能源來替代化石能源;②要有大量的新能源生產、儲運、利用方面的科技創新和技術應用;③中國的能源消費體系將會發生巨大變化，并要求相應的產業體系、消費體系也隨之變化。這些變化的結果，將會為中國帶來一系列的科研、產業鏈、消費體系、能源安全、外交、地緣政治等方面的變化。雖然能源體系轉換的遠期目標很宏大，但此過程中的成本投入也很巨大。中國將面臨巨大的投資和成本，很多舊的產業和消費體系將會凋零和消逝，一些新的產業和消費體系也將會誕生。這一過程可能會從現在起持續長達30～50年，以中國當前的產業結構和能源結構，面臨的風險和成本將會是一種“涅槃”式的生死轉變。

從中國能源消費規模、能源對外依存度來看，大約在10～20年，能源競爭可能成為中國面臨的大問題，這也可能成為全世界都面臨的大問題。一個基本判斷是，在全球氣候議題重新成為高熱度話題的大前提下，限制化石能源消費將成為大勢所趨。在全球謀劃布局如何應對氣候變化的大背景下，石油價格要想再度沖到很高，恐怕有很大的困難，除非發生有很大影響力的“意外情況”。從美國的基礎設施建設計劃上就可以看到這一點，美國的基建計劃中很重要的、花錢較多的一項計劃，就是鼓勵發展電動汽車，完善大規模的充電樁布局。

美國和歐洲的最新基礎設施建設布局，對于新能源技術路線會有何影響呢？究竟是繼續走“電能”之路，還是走“氫能”之路呢？前者使用化石燃料來發電，后者利用氫作為主要的能源。首先來看“電能”路線。在新能源車領域，電能利用主要體現在大量使用電動車，電動車模式已經“先入為主”，并且建立起巨大的標準壁壘，整個經濟社會已被“拖”入電能利用的模式。在電動車大行其道的社會，要從這種模式中掙脫出來非常困難，因為這往往意味著要淘汰甚至廢棄前期大規模的投入和成本，比如充電樁的建設和布局。在中國市場，電動車的大規模運用已經主導了中國的新能源車利用模式。

和電能對比，雖然大家看到了氫能利用的前景，但由于氫能利用大大晚于“電能”，在聲勢上相差不少，各國在關于發展氫能的戰略、計劃、政策、配套上就更加落后了。不過，由于氣候問題的嚴峻性，中國必須面對一個繞不過去的問題，那就是如何擺脫對化石燃料的依賴。在人們看來，這是中國能源問題的重中之重。正如前面的分析，中國的電力大部分來自火電，而火電是依靠化石燃料來發電。電動車終究是要用電的，如果大量的電動車仍然要用石油、煤炭來發電，將不符合未來的氣候變化要求。被視為可再生能源的水電，在實際利用中，也會產生環境和航運方面的雙重代價。因此，在諸多約束之下，中國完全有可能不走尋常路，有可能在氫能利用上在世界獨樹一幟，為全球氣候變化作出實質性巨大貢獻;同時大力發展新產業，推動經濟增長。

從全球能源利用的總體趨勢來看，實際上世界在走向電能方向，而中國則有可能獨辟蹊徑，走向氫能。要指出的是，目前這種判斷僅僅是一種基于條件基礎上的分析和判斷，實質的政策取向考慮的因素要比這復雜得多。從智庫研究的角度來看，爭論新能源路線的意義，關注的是政策成本和政策效率;從產業角度來看，新能源技術路線那就關系到生意了。中國歷史上的戰略性謀篇布局，更多的還是跟著別人走，往往在走了一段之后，再停下來想是否有問題。不過，面對未來能源競爭的局面，中國并不一定非要走老路，完全可以在發展氫能、構建氫能社會上闖出一條路子來。如能取得相當程度的成功，將在能源安全以及新能源產業方面，形成有自己特色的能源利用路徑。

3 氫能源結構的產業布局嘗試——以日本為例

作為一種二次能源，氫能是推動傳統化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規模發展的理想能源。但從產業鏈方面來看，氫氣需要人為后期制備，制氫才是源頭。目前行業中公認有兩種制氫方式，一種是化石能源（煤和天然氣等）制氫，另一種是電解水制氫。在化石能源制氫中，煤制氫目前應用占比超過其他制氫方式，在當前我國煤化工行業較為成熟的背景下，煤制氫產量大且分布范圍廣。不過，煤制氫過程會排放大量的二氧化碳，在碳排放約束下，必須進行碳捕集、封存，并利用技術設備加以控制。而電解水制氫過程不存在碳排放，工藝簡單，雖成本較高，但從環保角度來說，電解水制氫更適用于長期發展。發展氫能必須要置于實現2030年二氧化碳達峰和2060年碳中和這兩大目標下，絕不能為生產氫氣而產生大量二氧化碳，氫能發展方向必須是無碳綠氫。

橫向對比，氫能社會發展已經成為日本的國家戰略。日本國土面積狹?。ㄖ挥?7.8萬平方千米），人口密度大（1.27億人），有工業價值的資源和能源極度匱乏，再加上位于環太平洋火山地震帶和臺風侵襲帶上，經常遭受自然災害，其發展經濟的先天條件并不好。但就是在這種條件下，日本經濟長期居全球第二，目前仍穩居全球第三，與其強大的技術能力和正確的技術戰略有重要關系。在日本的國家發展戰略中，“氫能社會”是近幾年一個重要的戰略選擇。值得注意的是，這是日本成為發達國家之后、在高度信息化時代選擇的國家戰略，顯示這是日本面向未來的清醒選擇。

日本將氫能社會的建設設立為國家戰略有四個方面的考量：①是否成為未來可持續的能源利用“終極方案”？②能否突破產業核心技術并形成產業體系？③是否達到市場可接受的應用成本？④能否構造一個覆蓋技術研發-工業生產-市場應用-社會配套的“生產-消費體系”？實際上，這四個方面也是氫能社會得以建立的重要基礎。在上述四個方面，氫能社會戰略都能不同程度地給出肯定的前景。首先，氫能利用的污染排放極小，未來隨著技術進步，完全可能做到使用階段零排放、全生命周期低排放。這幾乎就是可持續能源利用的“終極方案”了。其次，氫能利用有突出的產業核心技術，技術突破后的帶動作用較強。再次，成本方面目前還是一塊短板，但從日本的實踐看，不論是家用熱電聯產系統（ENE-FARM）還是氫燃料電池汽車，使用成本都在不斷下降，正在接近市場可接受的成本。最后，氫能社會是一個綜合系統，日本正在推動形成技術、生產、消費和社會配套的系統，一旦這樣的“生產-消費”系統形成，將會牢牢確立氫能社會的市場地位，這是單一的技術轉移或單個產業環節的創新突破所無法取代的。

中國也是能源資源極度缺乏但需求龐大的國家，同時中國也在尋求產業和技術創新方面的突破。在類似背景下，日本發展氫能社會的國家戰略選擇對中國有較強的借鑒意義。如果中國也能選擇發展氫能社會，不僅會極大地拓展日本氫能產業的市場，加強中日合作，還會推動中國能源利用方式、能源產業發展的多元化，最終在中國社會建立起可持續的“生產-消費”系統。對于日本、中國這樣缺乏能源，需要大規模進口能源的國家來說，“氫能社會”是真正的國家戰略，關系到國家每時每刻的生存和運轉。氫能產業的核心技術比較突出而明顯——電堆、催化劑、質子交換膜、氫氣制備（制氫）、儲存設備（儲氫）等主要核心技術，一旦突破會取得驚人的成就，而這些核心技術中國大都已有一定的基礎。氫能社會并不只是一個產業發展的技術路線選擇，而是一種覆蓋技術、能源利用、市場與消費體系的戰略選擇。

4 結論

在當前國內高度強調“內循環”、兼顧“雙循環”的背景下，氫能社會能夠發揮重要的作用?！皟妊h”和“雙循環”戰略的實質，是挖掘國內市場空間，發揮國內市場的潛力。發展氫能產業，在將要到來的氫能社會中提前培育和形成一定的產業支撐和科技支撐。比如過去高度依賴煤炭資源的省份，就可以通過發展煤制氫來介入氫能產業。實際上，在多個氫能產業的環節，不同的地方都可以根據不同的資源稟賦和技術條件來參與。作為世界上人口最多的國家，中國如果能如期實現碳中和，就是為人類做出的巨大貢獻。而實現碳中和就必然要推動能源供給革命，立足國內多元供應保安全，形成以非化石能源為主增長、以煤油氣為基礎的多輪驅動的能源供應體系。由于氫能社會是一個包含了技術、工業生產、市場應用和社會配套的龐大體系，一旦發展成為一個相對完善的社會經濟系統，它所具有的經濟價值和戰略價值將是巨大的。可以設想，對于一個氫能社會的國家，即使是再發達的非氫能社會“霸權”國家，也難以進行制裁。這是中國真正需要的經濟增長動力轉換，需要大投資、大政策的地方，也應該成為“十四五”建設的重點領域。

參考文獻：

[1]張永軍. 深化價格機制改革，助推碳達峰碳中和目標實現[N].21世紀經濟報道，2021-05-27（004）.

[2]徐晉濤. 理解“碳達峰、碳中和”目標的三個維度[N].中華工商時報，2021-05-27（003）.

[3]新浪財經，劉貴洲，竇立榮，等：氫能利用的瓶頸分析與前景展望[J/OL].[2021-04-27].http：//finance.sina.com.cn/money/future/roll/2021-04-27/doc-ikmxzfmk9306686.shtml.

[4]劉磊.淺析氫能產業對國家和地區能源供給的保障作用[J].北方經濟，2021（4）：29-32.

[5]程一步，王曉明，李楊楠，等.中國氫能產業2020年發展綜述及未來展望[J].當代石油石化，2021，29（4）：10-17.

[6]黃曉林，胡錫晟，黃卉，等.中國氫能源產業政策量化分析及區域布局研究[J].科技情報研究，2021，3（2）：83-95.

[7]劉芷溪.如何邁進“氫能社會”[J].中國石油石化，2021（6）：42-43.

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