大力構(gòu)建氫能社會(huì)是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要手段

唐韜

摘 要：在當(dāng)前國(guó)內(nèi)高度強(qiáng)調(diào)“內(nèi)循環(huán)”、兼顧“雙循環(huán)”的背景下，氫能建設(shè)能夠發(fā)揮重要的作用。發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，在將要到來(lái)的氫能社會(huì)中提前培育和形成一定的產(chǎn)業(yè)支撐和科技支撐。文章從碳中和的目標(biāo)對(duì)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)提出的新要求入手，通過(guò)對(duì)比電能和氫能的路線差異，深入分析實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)布局嘗試，并對(duì)我國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)布局提供相應(yīng)政策建議。

關(guān)鍵詞：氫能社會(huì);碳中和;中國(guó)能源結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TQ127.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-6432（2022）06-0012-02

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.06.012

1 碳中和對(duì)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)提出了新的要求

繼2020年9月宣布中國(guó)碳達(dá)峰和碳中和的時(shí)間節(jié)點(diǎn)后，2020年12月習(xí)近平總書記在全球氣候雄心峰會(huì)上進(jìn)一步宣布，到2030年，中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)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(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。

當(dāng)前全球能源低碳轉(zhuǎn)型步伐加快，中國(guó)能源安全保障面臨新的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)主要來(lái)自四個(gè)方面：①未來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)需要能源供給能跟得上，這是硬需求;②巨大的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需求，高耗能、低效益的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)要逐步轉(zhuǎn)型調(diào)整，比如鋼鐵產(chǎn)業(yè)就面臨巨大調(diào)整壓力;③新興的產(chǎn)業(yè)增量需要跟上，但產(chǎn)業(yè)的具體產(chǎn)能乃至其價(jià)值、前景目前還不明確。④伴隨著產(chǎn)業(yè)調(diào)整、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，中國(guó)實(shí)際上需要實(shí)現(xiàn)從經(jīng)濟(jì)到社會(huì)、從生產(chǎn)到消費(fèi)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。面對(duì)上述挑戰(zhàn)，氫能社會(huì)的建設(shè)是必經(jīng)之路。

2 電能與氫能路線的實(shí)際影響

如果中國(guó)要實(shí)現(xiàn)習(xí)近平總書記在聯(lián)合國(guó)承諾的2030年達(dá)到碳排放峰值、在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，需要對(duì)全國(guó)81.2%的能源生產(chǎn)、83.7%的能源消費(fèi)進(jìn)行巨大的結(jié)構(gòu)調(diào)整。由此將產(chǎn)生一系列涉及廣泛的新需求，這對(duì)中國(guó)將是巨大的挑戰(zhàn)。比如：①需要尋找到規(guī)模巨大的可再生能源來(lái)替代化石能源;②要有大量的新能源生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、利用方面的科技創(chuàng)新和技術(shù)應(yīng)用;③中國(guó)的能源消費(fèi)體系將會(huì)發(fā)生巨大變化，并要求相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)體系、消費(fèi)體系也隨之變化。這些變化的結(jié)果，將會(huì)為中國(guó)帶來(lái)一系列的科研、產(chǎn)業(yè)鏈、消費(fèi)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(zhuǎn)換的遠(yuǎn)期目標(biāo)很宏大，但此過(guò)程中的成本投入也很巨大。中國(guó)將面臨巨大的投資和成本，很多舊的產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)體系將會(huì)凋零和消逝，一些新的產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)體系也將會(huì)誕生。這一過(guò)程可能會(huì)從現(xiàn)在起持續(xù)長(zhǎng)達(dá)30～50年，以中國(guó)當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，面臨的風(fēng)險(xiǎn)和成本將會(huì)是一種“涅槃”式的生死轉(zhuǎn)變。

從中國(guó)能源消費(fèi)規(guī)模、能源對(duì)外依存度來(lái)看，大約在10～20年，能源競(jìng)爭(zhēng)可能成為中國(guó)面臨的大問(wèn)題，這也可能成為全世界都面臨的大問(wèn)題。一個(gè)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(fèi)將成為大勢(shì)所趨。在全球謀劃布局如何應(yīng)對(duì)氣候變化的大背景下，石油價(jià)格要想再度沖到很高，恐怕有很大的困難，除非發(fā)生有很大影響力的“意外情況”。從美國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計(jì)劃上就可以看到這一點(diǎn)，美國(guó)的基建計(jì)劃中很重要的、花錢較多的一項(xiàng)計(jì)劃，就是鼓勵(lì)發(fā)展電動(dòng)汽車，完善大規(guī)模的充電樁布局。

美國(guó)和歐洲的最新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)布局，對(duì)于新能源技術(shù)路線會(huì)有何影響呢？究竟是繼續(xù)走“電能”之路，還是走“氫能”之路呢？前者使用化石燃料來(lái)發(fā)電，后者利用氫作為主要的能源。首先來(lái)看“電能”路線。在新能源車領(lǐng)域，電能利用主要體現(xiàn)在大量使用電動(dòng)車，電動(dòng)車模式已經(jīng)“先入為主”，并且建立起巨大的標(biāo)準(zhǔn)壁壘，整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)已被“拖”入電能利用的模式。在電動(dòng)車大行其道的社會(huì)，要從這種模式中掙脫出來(lái)非常困難，因?yàn)檫@往往意味著要淘汰甚至廢棄前期大規(guī)模的投入和成本，比如充電樁的建設(shè)和布局。在中國(guó)市場(chǎng)，電動(dòng)車的大規(guī)模運(yùn)用已經(jīng)主導(dǎo)了中國(guó)的新能源車?yán)媚Ｊ健?/p>

和電能對(duì)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(shì)上相差不少，各國(guó)在關(guān)于發(fā)展氫能的戰(zhàn)略、計(jì)劃、政策、配套上就更加落后了。不過(guò)，由于氣候問(wèn)題的嚴(yán)峻性，中國(guó)必須面對(duì)一個(gè)繞不過(guò)去的問(wèn)題，那就是如何擺脫對(duì)化石燃料的依賴。在人們看來(lái)，這是中國(guó)能源問(wèn)題的重中之重。正如前面的分析，中國(guó)的電力大部分來(lái)自火電，而火電是依靠化石燃料來(lái)發(fā)電。電動(dòng)車終究是要用電的，如果大量的電動(dòng)車仍然要用石油、煤炭來(lái)發(fā)電，將不符合未來(lái)的氣候變化要求。被視為可再生能源的水電，在實(shí)際利用中，也會(huì)產(chǎn)生環(huán)境和航運(yùn)方面的雙重代價(jià)。因此，在諸多約束之下，中國(guó)完全有可能不走尋常路，有可能在氫能利用上在世界獨(dú)樹(shù)一幟，為全球氣候變化作出實(shí)質(zhì)性巨大貢獻(xiàn);同時(shí)大力發(fā)展新產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

從全球能源利用的總體趨勢(shì)來(lái)看，實(shí)際上世界在走向電能方向，而中國(guó)則有可能獨(dú)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(chǔ)上的分析和判斷，實(shí)質(zhì)的政策取向考慮的因素要比這復(fù)雜得多。從智庫(kù)研究的角度來(lái)看，爭(zhēng)論新能源路線的意義，關(guān)注的是政策成本和政策效率;從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)看，新能源技術(shù)路線那就關(guān)系到生意了。中國(guó)歷史上的戰(zhàn)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(lái)想是否有問(wèn)題。不過(guò)，面對(duì)未來(lái)能源競(jìng)爭(zhēng)的局面，中國(guó)并不一定非要走老路，完全可以在發(fā)展氫能、構(gòu)建氫能社會(huì)上闖出一條路子來(lái)。如能取得相當(dāng)程度的成功，將在能源安全以及新能源產(chǎn)業(yè)方面，形成有自己特色的能源利用路徑。

3 氫能源結(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)布局嘗試——以日本為例

作為一種二次能源，氫能是推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想能源。但從產(chǎn)業(yè)鏈方面來(lái)看，氫氣需要人為后期制備，制氫才是源頭。目前行業(yè)中公認(rèn)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(yīng)用占比超過(guò)其他制氫方式，在當(dāng)前我國(guó)煤化工行業(yè)較為成熟的背景下，煤制氫產(chǎn)量大且分布范圍廣。不過(guò)，煤制氫過(guò)程會(huì)排放大量的二氧化碳，在碳排放約束下，必須進(jìn)行碳捕集、封存，并利用技術(shù)設(shè)備加以控制。而電解水制氫過(guò)程不存在碳排放，工藝簡(jiǎn)單，雖成本較高，但從環(huán)保角度來(lái)說(shuō)，電解水制氫更適用于長(zhǎng)期發(fā)展。發(fā)展氫能必須要置于實(shí)現(xiàn)2030年二氧化碳達(dá)峰和2060年碳中和這兩大目標(biāo)下，絕不能為生產(chǎn)氫氣而產(chǎn)生大量二氧化碳，氫能發(fā)展方向必須是無(wú)碳綠氫。

橫向?qū)Ρ?，氫能社?huì)發(fā)展已經(jīng)成為日本的國(guó)家戰(zhàn)略。日本國(guó)土面積狹?。ㄖ挥?7.8萬(wàn)平方千米），人口密度大（1.27億人），有工業(yè)價(jià)值的資源和能源極度匱乏，再加上位于環(huán)太平洋火山地震帶和臺(tái)風(fēng)侵襲帶上，經(jīng)常遭受自然災(zāi)害，其發(fā)展經(jīng)濟(jì)的先天條件并不好。但就是在這種條件下，日本經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期居全球第二，目前仍穩(wěn)居全球第三，與其強(qiáng)大的技術(shù)能力和正確的技術(shù)戰(zhàn)略有重要關(guān)系。在日本的國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略中，“氫能社會(huì)”是近幾年一個(gè)重要的戰(zhàn)略選擇。值得注意的是，這是日本成為發(fā)達(dá)國(guó)家之后、在高度信息化時(shí)代選擇的國(guó)家戰(zhàn)略，顯示這是日本面向未來(lái)的清醒選擇。

日本將氫能社會(huì)的建設(shè)設(shè)立為國(guó)家戰(zhàn)略有四個(gè)方面的考量：①是否成為未來(lái)可持續(xù)的能源利用“終極方案”？②能否突破產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)并形成產(chǎn)業(yè)體系？③是否達(dá)到市場(chǎng)可接受的應(yīng)用成本？④能否構(gòu)造一個(gè)覆蓋技術(shù)研發(fā)-工業(yè)生產(chǎn)-市場(chǎng)應(yīng)用-社會(huì)配套的“生產(chǎn)-消費(fèi)體系”？實(shí)際上，這四個(gè)方面也是氫能社會(huì)得以建立的重要基礎(chǔ)。在上述四個(gè)方面，氫能社會(huì)戰(zhàn)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(lái)隨著技術(shù)進(jìn)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(xù)能源利用的“終極方案”了。其次，氫能利用有突出的產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)，技術(shù)突破后的帶動(dòng)作用較強(qiáng)。再次，成本方面目前還是一塊短板，但從日本的實(shí)踐看，不論是家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（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(chǎng)可接受的成本。最后，氫能社會(huì)是一個(gè)綜合系統(tǒng)，日本正在推動(dòng)形成技術(shù)、生產(chǎn)、消費(fèi)和社會(huì)配套的系統(tǒng)，一旦這樣的“生產(chǎn)-消費(fèi)”系統(tǒng)形成，將會(huì)牢牢確立氫能社會(huì)的市場(chǎng)地位，這是單一的技術(shù)轉(zhuǎn)移或單個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新突破所無(wú)法取代的。

中國(guó)也是能源資源極度缺乏但需求龐大的國(guó)家，同時(shí)中國(guó)也在尋求產(chǎn)業(yè)和技術(shù)創(chuàng)新方面的突破。在類似背景下，日本發(fā)展氫能社會(huì)的國(guó)家戰(zhàn)略選擇對(duì)中國(guó)有較強(qiáng)的借鑒意義。如果中國(guó)也能選擇發(fā)展氫能社會(huì)，不僅會(huì)極大地拓展日本氫能產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)，加強(qiáng)中日合作，還會(huì)推動(dòng)中國(guó)能源利用方式、能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的多元化，最終在中國(guó)社會(huì)建立起可持續(xù)的“生產(chǎn)-消費(fèi)”系統(tǒng)。對(duì)于日本、中國(guó)這樣缺乏能源，需要大規(guī)模進(jìn)口能源的國(guó)家來(lái)說(shuō)，“氫能社會(huì)”是真正的國(guó)家戰(zhàn)略，關(guān)系到國(guó)家每時(shí)每刻的生存和運(yùn)轉(zhuǎn)。氫能產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)比較突出而明顯——電堆、催化劑、質(zhì)子交換膜、氫氣制備（制氫）、儲(chǔ)存設(shè)備（儲(chǔ)氫）等主要核心技術(shù)，一旦突破會(huì)取得驚人的成就，而這些核心技術(shù)中國(guó)大都已有一定的基礎(chǔ)。氫能社會(huì)并不只是一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)路線選擇，而是一種覆蓋技術(shù)、能源利用、市場(chǎng)與消費(fèi)體系的戰(zhàn)略選擇。

4 結(jié)論

在當(dāng)前國(guó)內(nèi)高度強(qiáng)調(diào)“內(nèi)循環(huán)”、兼顧“雙循環(huán)”的背景下，氫能社會(huì)能夠發(fā)揮重要的作用。“內(nèi)循環(huán)”和“雙循環(huán)”戰(zhàn)略的實(shí)質(zhì)，是挖掘國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間，發(fā)揮國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的潛力。發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，在將要到來(lái)的氫能社會(huì)中提前培育和形成一定的產(chǎn)業(yè)支撐和科技支撐。比如過(guò)去高度依賴煤炭資源的省份，就可以通過(guò)發(fā)展煤制氫來(lái)介入氫能產(chǎn)業(yè)。實(shí)際上，在多個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)的環(huán)節(jié)，不同的地方都可以根據(jù)不同的資源稟賦和技術(shù)條件來(lái)參與。作為世界上人口最多的國(guó)家，中國(guó)如果能如期實(shí)現(xiàn)碳中和，就是為人類做出的巨大貢獻(xiàn)。而實(shí)現(xiàn)碳中和就必然要推動(dòng)能源供給革命，立足國(guó)內(nèi)多元供應(yīng)保安全，形成以非化石能源為主增長(zhǎng)、以煤油氣為基礎(chǔ)的多輪驅(qū)動(dòng)的能源供應(yīng)體系。由于氫能社會(huì)是一個(gè)包含了技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、市場(chǎng)應(yīng)用和社會(huì)配套的龐大體系，一旦發(fā)展成為一個(gè)相對(duì)完善的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，它所具有的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略價(jià)值將是巨大的?？梢栽O(shè)想，對(duì)于一個(gè)氫能社會(huì)的國(guó)家，即使是再發(fā)達(dá)的非氫能社會(huì)“霸權(quán)”國(guó)家，也難以進(jìn)行制裁。這是中國(guó)真正需要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力轉(zhuǎn)換，需要大投資、大政策的地方，也應(yīng)該成為“十四五”建設(shè)的重點(diǎn)領(lǐng)域。

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