氫能開發利用與產業布局的全球競速

張銳

在美國物理學家Ranga Dias及其團隊日前宣布取得突破的“室溫超導”技術中，氫是除氮和钚之外排名第一的超導體組成材料，雖然“室溫超導”技術的成果真實性還有待進一步論證與確認，但氫作為一種清潔能源所攜帶的巨大商業與社會價值卻是不可置疑的。尤其是在推動各國能源結構轉型升級以及實現全球“碳中和”目標上，氫能發揮著十分重要的作用，由此驅動著各主要經濟體圍繞著氫能開發與利用的腳步不斷提速。

最廣泛與最友好的能源

在門捷列夫的元素周期表上，氫（H）位于63種化學元素之首，這不僅僅是理論上說氫只有一個質子，同時也代表氫是宇宙中分布最廣泛的物質。天空的大氣中有氫，地下的水中也有氫，甚至地殼巖石層斷裂時也會冒出氫，另外，石油天然氣以及煤炭等化石燃料中也蘊含著氫，焦爐、鋼鐵、化工等工業副產品中同樣藏著氫能源。可以說，整個宇宙質量的75%都由氫所構成。

正是因為藏匿和分布于不同的載體，氫作為二次能源就有山門派系之別。從煤炭、石油等化石燃料以及工業副產品中制取的氫稱為灰氫，但如果通過碳捕獲技術隔離掉了取氫過程的二氧化碳，灰氫就變成了藍氫，同時從電解水、光能、風能等可再生能源或生物質中制取的氫則叫綠氫。目前，全球氫氣產量主要取自化石燃料，但隨著技術的進步，運用可再生能源或生物質方式制取氫能的比重會越來越大。

在一般人的印象中，氫氣球是再熟悉不過的東西，注入了氫的氣球之所以能飄起來，那是因為氫是重量最輕的化學元素。盡管如此，氫氣卻是除核燃料外所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中能量密度最高的一種能源，分別是木材的1000倍、煤的6.8倍、天然氣的3.4倍和石油的3.3倍。正是如此，氫的導熱系數是絕大多數氣體的10倍以上，說得通俗點就是，氫氣不僅容易點著，而且火焰傳播速度快，作為能源用在汽車等交通工具上可使發動機快速點火啟動，作為能量用于火箭等航天器的發射可使飛行工具更敏捷起飛，作為動能作用于機械等生產工具可以讓作業效率更高。

在經濟性方面，由于受到制取成本的制約，雖然很難說氫氣在所有方面都具有性價比優勢，但在許多領域卻有著足夠多的吸引力，以氫燃料電池為例，汽車充滿五公斤的氫氣可以續航650公里，總價格大約是175元，而改用汽油同樣行駛650公里，車輛燒油平均費用約為390元，前者成本顯然比后者低了很多。按照國際能源署與國際氫能委員會的研究成果，規模化是降低氫能成本的關鍵，一旦使用量上來，氫能源系統的制取成本會以每年20%～30%左右的速度下降，到2030年氫能產業鏈整體成本至少會下降50%。

再看安全性。由于許多人知道氫彈作為核武器的殺傷力，因此往往會“談氫色變”，其實不然。且不說氫彈并不等于氫，作為一種能夠爆炸的氣體，氫氣的比重只有整個空氣的十四分之一，這樣輕飄飄的一個東西，一旦泄漏出來就會往天空中跑，而且跑得非常快，快到沒來得及燃燒和沒來得及爆炸就已經揮發掉了。氫氣實際上是一種非常安全的氣體，而更有意義的是，氫燃燒的產物是水，絲毫不會產生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物以及粉塵顆粒等危害環境的負外部性產品。因此，氫也算得上是世界上最友好的能源。

使用場景與產業鏈條

從消耗煤炭為主的單一能源結構，轉向以風、光、熱等可再生能源為主的多元能源結構，人類能源革命的步伐一直都在朝著能量密度高、環保程度強的方向演進。對于整個能源系統而言，氫的比例越高，成分結構就越干凈，熱量值也越高，正是如此，氫能被稱為“21世紀的終極能源”。同時，鑒于自身所攜帶的高效性、經濟性以及安全性等多功能特征，氫的使用場景特別廣泛。

在工業領域，氫氣可以代替焦炭和天然氣作為還原劑，消除煉鐵、煉鋼過程中的大部分碳排放；同時氫作為十分重要的化工原料可用于合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等生產過程；將煤、天然氣制灰氫升級為電解水制綠氫，在此基礎上生成綠色甲醇和綠氨，帶動相關生產過程中二氧化碳的顯著減少和排放，且從終極目標看，氫有望直接取代部分化石原料，實現工業生產全領域、全過程的低碳以及零排放。

在建筑領域，氫能不僅可轉換為電能，還可以轉換為熱能，而且熱電聯產的整體效率高達85%。一方面，氫燃料電池為建筑物發電，可回收廢熱用于供暖和熱水，同時，將氫氣輸送到建筑終端時，建筑中的電加熱，替代傳統的鍋爐加熱；另外，可以借助相對完整的天然氣管網將氫氣以恰當的比例混合到天然氣中，并輸送到數千戶家庭。據估計，到2050年，全球10%的建筑供暖和8%的建筑能源由氫氣提供，每年可減少7億噸二氧化碳。

在交通領域，氫作為燃料電池除應用于乘用車之上外，也可作為燃料內燃機動力在飛機、輪船等非陸地交通載體上大顯身手。目前來看，全球氫燃料電池汽車總量雖只有1.6萬輛，但國際氫能委員會預測2050年全球至少有2500萬輛汽車搭載氫燃料電池；另根據國際海事組織的預測，由于船舶替代使用了氫能，至2030年全球海運領域二氧化碳平均排放量相比目前至少降低50%，同時因使用了氫燃料，全球飛機排放氣體對氣候的影響將降低50%～75%。

在電力領域，氫氣作為新型能源替代煤炭、水力等不可再生能源進行發電，在實現對傳統電能生成系統徹底顛覆的同時，也從電力源頭上杜絕了碳排放。不僅如此，氫氣可以配合可再生能源形成彈性高與持續性強的電力供給體系，也就是在低功耗期間將風能與光伏等產生的余電進行電解水而生成氫，到用電高峰時再變成電投入使用，而且相比于電化學儲能與抽水儲能，氫儲能的容量更大，持續更長，由此既可以實現對再生能源的有效消納，也能增強電網的穩定性與持續性。

綜合評判，時下全球氫氣需求量約為7000萬噸/年，但根據國際氫能源委員會發布的《氫能源未來發展趨勢調研報告》， 2050年全球氫能源需求將增至目前的10倍，至2070年將達到5.2億噸。當然，任何行業對氫能的需求，都涉及氫的制取、氫的儲運、氫的交易、氫的分發和使用等全產業鏈過程，據國際氫能委員會預測，到2050年全球氫能產業鏈產值將超過2.5萬億美元。

政策導引與商業驅動

基于氫能的巨大使用場景以及龐大的產業鏈價值，氫能的開發與利用不僅成了許多國家實現能源轉型的重要路徑，而且上升為國際競爭的重要部位。按照美國能源部發布的《國家清潔氫能戰略與路線圖》，2030、2040和2050年美國國內氫需求將分別升至1000萬噸、2000萬噸和5000萬噸/年，同時，2030年與2035年前分別將制氫成本降至2美元/千克和1美元/千克；同樣，歐盟Repower EU規劃提出到2030年要實現自產和進口各1000萬噸/每年的可再生氫目標，為此歐盟將通過歐洲氫能銀行、投資歐洲計劃等多個項目對氫能提供融資支持。緊隨歐美的腳步，日本“2050碳中和綠色增長戰略”計劃于2030年實現國內氫產量達到300萬噸/年，2050年達到2000萬噸/年，而韓國的《促進氫經濟和氫安全管理法》也提出了于2050年實現進口氫替代進口原油的目標。截至2023年2月末，全球已有42個國家和地區發布了氫能政策， 36個國家和地區的氫能政策也正在籌備中。

從商業層面看，截至2022年末，全球已經啟動的680多個大型氫能項目絕大部分都是由企業直接出資開發，包括埃克森美孚在得克薩斯州開發的全球最大低碳制氫設施、西班牙伊比德羅拉電力公司在普埃托里亞諾建設的歐洲最大工業用氫能工廠、法國企業Lhyfe正在籌建的全球首個海上氫氣工廠等。除了在本土加大布局外，跨區域投資也成了企業開發氫能的重要方向，如德國可再生能源開發商Svevind Energy Group斥資500億美元在哈薩克斯坦投資建設的氫能項目，世界能源公司投資120億美元在加拿大斯蒂芬維爾等地開建的氫能基地等。數據顯示，截至2022年底，全球氫能領域的直接投資額近2500億美元，而根據國際氫能委員會預測，到2030年該投資總額將升至5000億美元。

從氫能建設方向看，綠氫成了各國一致性的開發重點。美國的《通脹削減法案》提出為綠氫提供最高3美元/千克的稅收抵免，而按照啟動不久的歐盟綠色交易工業計劃，歐盟創新基金將為綠氫提供8億歐元的專項補貼，同時，日本也推出了2萬億日元的綠色創新基金用以建設大規模的綠氫供應鏈，韓國則計劃到2030年構建100兆瓦級綠氫量產體系。與發達國家搶奪全球綠氫市場相競爭，新興市場國家也不約而同地瞄準了綠色氫能，包括印度政府撥款23億美元用于支持綠氫產業，沙特超級未來城市工程NEOM的目標就是要在境內建成一個超過2吉瓦的水電解制氫工廠，阿聯酋計劃五年內每年斥資4000億美元擴展綠氫市場，另外，南美洲的巴西、智利以及非洲的埃及、納米比亞等都宣布了綠氫投資計劃。受到影響，國際能源組織預測，到2030年全球綠氫產量將達3.6萬噸，2050年達到3.2億噸。

中國的布局謀篇

數據顯示，2022年我國氫氣產量3781萬噸，為全球最大氫氣生產國，且這一趨勢有望長期保持；需求方面，到2030年，國內市場對氫氣需求量為3700萬噸， 2050年升至6000萬噸，中國作為全球氫能最大消費國的地位將得到進一步鞏固。不僅如此，作為終端能源體系的消費主體，氫能將帶動形成一個12萬億元產值的新興產業。同時必須看到，我國氫能產業尚處示范應用和商業模式探索階段，氫能產業生態尚未全面建立，不僅規模尚未形成，而且受國外技術壁壘限制嚴重，與此同時，制氫方面以灰氫為主要產出，產業鏈綠色升級尚存壁壘；另外，多層次的金融支持體系尚未建立，氫能建設的融資渠道偏窄，接下來唯有堅持戰略升維與政策創新，中國才有可能在氫能國際競爭中搶占到更廣闊的高地。

一方面，要加大自主創新力度。從加氫槍、壓縮機、儲容器和質子交換膜等關鍵設備到氫密封材料、低溫金屬材料、高效冷絕緣材料等關鍵材料，圍繞著氫的制取、運輸、儲藏甚至使用全過程所需要的許多核心技術與材料裝備以及零部件，我國目前都需要通過進口來解決，久而久之氫能的開發利用很可能走上如同半導體那樣被人“卡脖子”的悲壯之路。但中國完全可以通過強化自主創新實現“彎道超車”。除了加大資金投入外，首先需要組建央企、國企創新聯合體，圍繞產業鏈進行科技攻關，在此基礎上依托大型能源企業成立國家級聯合研發和推廣應用平臺，有效整合社會資源，推動全社會相關領域科研力量的廣泛參與和協同攻關，聚焦核心技術，加快突破薄弱環節，同時也為新技術新產品的推廣應用提供成熟的產業依托和試用平臺，合力推動我國氫能產業邁上全球價值鏈的中高端。

另一方面，要加強區域產業協同。目前，我國已形成以北京為核心的京津冀、以上海為核心的長三角和以廣州為核心的珠三角三大氫能產業區域，全國有絕大部分省份出臺了氫發展規劃和支持政策。但各個產業區與地方政府搶灘布局中不僅都希望打造出完整的氫能產業閉環，同時存在著較為明顯的方向趨同與同質化現象，這種結果顯然與頂層設計缺位緊密相關，而立足于本地資源稟賦、突出產業長項、打破技術瓶頸才是全國氫能布局的主線。如長三角作為我國最大的化工產業集群，氫能的開發應集中到化工副產品身上；京津冀的氫能發展可聚焦藍氫與綠氫的開發與示范應用，尤其是重點打造出綠氫基地；而珠三角則可借助工業基礎與科技實力展開膜電極、高性能電堆以及儲運氫設備等產業攻關與布局，在此基礎上實現成果共享與利益協同，走出一條成本投入低、區域共振強和整體效能優的氫產業經濟路徑。

再者，要構建氫能的金融支持體系。在政策性金融方面，政府可通過設立重大專項、產業基金等，將氫能列入國家投資管理體系的重要方向，明確財政、稅收等政策工具的支持標準和支持時限，借助政府補貼措施加快氫能基礎設施建設，引導社會資本投向。在商業性金融方面，鼓勵行業協會、龍頭企業帶頭設立氫能發展專項投資基金，為初創型氫能企業提供發展資金；鼓勵私募股權基金投資氫能綠色環保產業，承擔企業“高精尖”技術研發的后備力量；與此同時，要創新綠色金融產品，既將綠氫技術納入綠色信貸及綠色債券的指導目錄中，又以CCER（國家核證自愿減排量）發展路徑為基石，搭建碳交易中心氫能產業板塊交易機制，推動氫產生的碳減排量納入CCER市場交易。

（作者系中國市場學會理事、經濟學教授）