“氫”裝上陣 技術先行

　　2月25日，川崎重工宣布世界上第一艘液化氫運輸船Suiso Frontier帶著第一批來自澳大利亞的氫氣成功運抵日本。這是全球氫儲運技術的重大進展。當前，包括氫儲運在內的氫能全產業鏈技術不斷突破，正推動全球氫能產業快速增長。中國、日本、美國、德國等國的氫能技術和產業發展水平處于世界前列。根據區位和本土資源優勢等，各國氫能技術發展因地制宜，呈現出多元化發展趨勢。

　　

　　

　　氫能作為一種能量密度高、轉化效率高、來源廣泛、清潔無污染的燃料和能源載體，在工業生產和能源轉型中得以廣泛應用，被認為是21世紀最具發展潛力的清潔能源，是未來化石能源向可再生能源過渡和轉化的橋梁。在全球加速邁向凈零未來的背景下，氫能也迎來了巨大的發展機遇，進入快速增長期。

　　

　　面對保障能源供應和碳減排的雙重壓力，世界對氫能產業的發展高度重視。當前，已有30多個國家相繼頒布了國家層面的氫能發展戰略、計劃和路線圖，確立了氫能在國家能源體系中的戰略地位。彭博新能源財經2月統計顯示，有13個國家在去年公布了氫戰略，而今年可能還有多達22個國家發布氫戰略。同時，政府對氫能的資金支持也大幅增長。自去年7月以來，這個數據增加了40%，預計2022年—2030年，各國政府對低碳氫項目的年均資金支持規模將達到161億美元。

　　

　　在政策與投資推動下，氫能技術不斷發展，逐漸走向工業化、產業化。在制氫方面，化石能源重整制氫、工業副產氣制氫以及電解水制氫技術已比較成熟，太陽能制氫、生物質制氫、核能制氫等技術已進入實驗室研究階段。在儲氫方面，高壓氣態儲氫技術比較成熟，低溫液態儲氫技術在美國、日本等發達國家已有商業化應用。氫燃料電池技術日益走向成熟并加快應用，2021年全球氫燃料電池汽車銷量超1.7萬輛，同比增長83%。

　　

　　與此同時，氫能產業規模不斷壯大。根據GlobalData數據，截至去年年底，低碳氫項目潛在年產能超過4200萬噸，其中大部分來自綠氫。彭博新能源財經數據顯示，2021年全球電解槽銷量達458兆瓦，遠高于2020年的200兆瓦，今年銷量可能升至1.8—2.5吉瓦。

　　

　　

　　目前，中國、日本、美國、德國、韓國、澳大利亞等國家的氫能技術和產業發展水平處于世界前列。根據區位和本土資源優勢等，各國的氫能技術研發、氫源選擇和氫氣利用呈現出多元化趨勢。

　　

　　由于氫能在交通領域的應用是我國能源轉型計劃中的關鍵，在已公布的53個大型項目中，約一半涉及交通領域。我國在氫燃料電池產業，尤其是氫燃料電池車輛領域的發展取得了較大進步，以捷氫科技、新源動力、濰柴動力等為主的電堆供應商在電堆自主研發方面取得了較大進展。今年北京冬奧會期間，賽區共供應3種氫燃料電池汽車816輛。在極限測試中，氫燃料電池公交車續航可達406公里。隨著國家和地方政策的支持，以及氫能產業技術的飛速發展，不久的將來中國有望成為引領全球氫能產業的國家之一。

　　

　　日本對能源進口的高度依賴和多發的自然災害使其亟須優化能源進口格局和渠道，尋找保障能源安全的突破口。日本傾向于構建國際氫能供應鏈，并將氫能戰略聚焦于車用、家用領域，在材料、技術和設備等方面取得的成果遙遙領先。其在氫能和燃料電池領域所擁有的核心技術專利數量占全球的50%以上，在燃料電池國際標準中占據絕對優勢和引領地位。目前，日本已經初步形成了相對完整的氫能產業鏈體系。

　　

　　在過去的20年里，美國政府針對氫能領域的投資超過40億美元，主要用于氫氣生產、運輸、儲存以及燃料電池和氫能渦輪機發電等技術的研發。2020年底，美國發布了《氫能項目計劃2020》，致力于氫能全產業鏈的技術研發，以及逐步實現規模化。總體來說，因為有政府的政策法規扶持、雄厚的科研資金支持，美國在技術研發、示范應用和商業推廣方面齊頭并進，在核心技術、關鍵材料領域居世界領先地位。

　　

　　歐盟2003年就開展了“歐洲氫能和燃料電池技術平臺”研究，對燃料電池和氫能技術發展進行重點攻關。其中，德國是具有代表性的國家。2020年6月，德國聯邦政府公布了《國家氫能戰略》，提出了38項具體措施為德國的氫能技術轉型做指引，并計劃投資90億歐元資金支持。基于2021年風電不穩、核電比重下降，德國進一步出臺政策對可再生能源進行大量投資，并開發用于短時儲能和季節性儲能的綜合性儲能容量用以應對預期的電力缺口。

　　

　　

　　氫能被公認為是實現能源轉型與碳中和的重要抓手，盡管氫能技術已有巨大進步，氫能產業進入快速發展期，但隨著氣候變化的壓力持續增大，氫能仍然面臨加快突破技術瓶頸、加速制氫過程清潔化轉型以及拓寬氫能應用領域等多方面挑戰。

　　

　　從發展的眼光看，可再生能源電解水產生的綠氫才是助力“雙碳”目標實現的最理想技術。當前，綠氫只占全球氫氣產量的4%左右，高成本依舊是電解水制氫技術發展面臨的主要挑戰。據了解，電解水制氫的成本比化石燃料制氫和工業副產制氫高出2—3倍。加快技術進步可有效降低成本，促進綠氫規模化、商業化發展。

　　

　　當前，氫能技術迎來新的發展機遇。據媒體3月3日報道，分析人士認為，汽油、柴油和其他原油產品的價格飆升，將促使注重成本的消費者加快轉向購買電動汽車，并推動對氫等競爭性清潔技術的投資。挪威船級社近日表示，能源行業領導者認為能源轉型速度比以往任何時候都快，綠氫是大多數能源公司在今年增加投資的領域，其次是太陽能、海上浮式風能以及碳捕集與封存。

　　

　　在化石能源價格高企、能源供應緊張的情況下，一些國家加快向包括氫能在內的可再生能源轉型。英國政府2月23日宣布，將向該國新的儲氫項目提供670萬英鎊資金，以支持新能源儲存技術的發展。能源儲存技術對世界向廉價、清潔和安全的可再生能源轉型至關重要。2月底，德國宣布計劃到2035年實現100%的可再生能源發電，比此前的目標時間提前了5年。

　　

　　在國內，北京冬奧會的示范效應一定程度上加速了氫能產業落地的進程。針對在冬奧會上一展身手的氫能等低碳技術，北京市科學技術研究院研究員苗潤蓮認為，應積極推動科技成果產業化，為新技術應用提供更加包容開放的政策環境，提供展示平臺和應用場景，鼓勵技術研發單位積極參與，以檢驗并進一步推動先進技術的發展。（李建明 中國石油勘探開發研究院）（李小松采寫）

　　

　　

　　從全球能源發展看，氫能將在控制溫室氣體排放中發揮越來越重要的作用。國際氫能委員會聯合麥肯錫發布的《凈零氫報告》認為，氫在實現凈零排放，將全球變暖限制在1.5攝氏度方面將起核心作用。到2050年，氫能可累計減少800億噸二氧化碳排放，占目標總減排量的20%。這一過程要使用6.6億噸氫，相當于全球終端能源需求的22%。

　　

　　從國內氫能市場看，脫碳是氫產業發展的第一驅動力，氫能在我國終端能源消費中占比將逐步提高。據中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》預測，在2030年碳達峰情景下，我國氫氣的年需求量將達到3715萬噸，在終端能源消費中占比約為5%，在2060年碳中和情景下可再生能源制氫規模有望達到1億噸，并在終端能源消費中占比達到20%。《凈零氫報告》認為，到2050年，中國將成為全球最大的氫市場，其次為歐洲和北美，三個區域共占全球氫需求的60%左右。

　　

　　當前，我國主要有三種制氫方式。其一，以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫；其二，以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副產氣制氫；其三是電解水制氫，此外還有生物質制氫、太陽能光催化分解水制氫、核能制氫等。據中國煤炭加工利用協會統計，2020年我國氫氣產量2050萬噸，煤制氫占62%、天然氣制氫占19%，工業副產氣制氫占18%，電解水制氫僅占1%。

　　

　　前兩種制氫方式生產的氫氣俗稱“灰氫”，但如果使用CCUS技術進行脫碳，就是“藍氫”。這種方式可使碳排放減少90%以上，但也將大幅增加制氫成本。電解水制氫就是“綠氫”，這種方式制氫過程中二氧化碳的排放為零，然而技術要求和成本都很高。目前，中國家電網有限公司、國家電力投資集團、中國節能環保投資集團、上海電氣集團等大型企業都參與了“綠氫”項目。

　　

　　從我國氫能生產看，未來氫能技術攻關主要有兩大路線。從“藍氫”路線來看，國外對CCUS技術進行了能耗優化提升和新工藝開發，并在碳捕集、利用與封存方面開展了廣泛的項目示范，積累了百萬噸級碳捕集、利用與封存經驗，部分技術已經具備商業化應用潛力。我國應借鑒相關經驗，在技術集成、海底封存和工業應用方面持續發力。

　　

　　從“綠氫”路線來看，電解水制氫主要有堿性水電解槽（ALK）、質子交換膜電解水制氫技術（PEM）和固體氧化物水電解槽（SOEC）三種。就我國而言，ALK技術已相對成熟，市場份額高，PEM技術剛剛起步，SOEC仍處于實驗室研發階段，因此未來商業化主要集中在ALK和PEM兩種技術，成本將是兩條技術路線的重要競爭因素之一。

　　

　　我國可再生能源制氫潛力巨大，已連續8年成為全球可再生能源最大投資國，風電、光伏等可再生能源裝機容量均為世界第一。2060年風電、太陽能發電總裝機容量將達到66億千瓦，按照可再生能源電解水制氫5%—10%配置，可支撐我國清潔氫的供給需求。

　　

　　展望未來，隨著行業的不斷發展，“綠氫”生產成本將逐漸下降，競爭力將不斷提升。據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》預測，2025年光伏與風電新增裝機發電成本預計為0.3元/千瓦時，可再生能源電解水制氫成本將低至25元/千克，將具備與天然氣制氫進行競爭的條件；2030年，光伏與風電新增裝機發電成本預計為0.2元/千瓦時，可再生能源電解水制氫成本將降低至15元/千克，具備與配套CCUS的煤制氫競爭的條件。