氫能開發(fā)利用與產(chǎn)業(yè)布局的全球競(jìng)速

張銳

在美國物理學(xué)家Ranga Dias及其團(tuán)隊(duì)日前宣布取得突破的“室溫超導(dǎo)”技術(shù)中，氫是除氮和钚之外排名第一的超導(dǎo)體組成材料，雖然“室溫超導(dǎo)”技術(shù)的成果真實(shí)性還有待進(jìn)一步論證與確認(rèn)，但氫作為一種清潔能源所攜帶的巨大商業(yè)與社會(huì)價(jià)值卻是不可置疑的。尤其是在推動(dòng)各國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)以及實(shí)現(xiàn)全球“碳中和”目標(biāo)上，氫能發(fā)揮著十分重要的作用，由此驅(qū)動(dòng)著各主要經(jīng)濟(jì)體圍繞著氫能開發(fā)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(xué)元素之首，這不僅僅是理論上說氫只有一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)也代表氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)。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(shí)也會(huì)冒出氫，另外，石油天然氣以及煤炭等化石燃料中也蘊(yùn)含著氫，焦?fàn)t、鋼鐵、化工等工業(yè)副產(chǎn)品中同樣藏著氫能源?？梢哉f，整個(gè)宇宙質(zhì)量的75%都由氫所構(gòu)成。

正是因?yàn)椴啬浜头植加诓煌妮d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(yè)副產(chǎn)品中制取的氫稱為灰氫，但如果通過碳捕獲技術(shù)隔離掉了取氫過程的二氧化碳，灰氫就變成了藍(lán)氫，同時(shí)從電解水、光能、風(fēng)能等可再生能源或生物質(zhì)中制取的氫則叫綠氫。目前，全球氫氣產(chǎn)量主要取自化石燃料，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)用可再生能源或生物質(zhì)方式制取氫能的比重會(huì)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?yàn)闅涫侵亓孔钶p的化學(xué)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(dǎo)熱系數(shù)是絕大多數(shù)氣體的10倍以上，說得通俗點(diǎn)就是，氫氣不僅容易點(diǎn)著，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤鳛槟茉从迷谄嚨冉煌üぞ呱峡墒拱l(fā)動(dòng)機(jī)快速點(diǎn)火啟動(dòng)，作為能量用于火箭等航天器的發(fā)射可使飛行工具更敏捷起飛，作為動(dòng)能作用于機(jī)械等生產(chǎn)工具可以讓作業(yè)效率更高。

在經(jīng)濟(jì)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(jià)比優(yōu)勢(shì)，但在許多領(lǐng)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(xù)航650公里，總價(jià)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(fèi)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(huì)的研究成果，規(guī)?；墙档蜌淠艹杀镜年P(guān)鍵，一旦使用量上來，氫能源系統(tǒng)的制取成本會(huì)以每年20%～30%左右的速度下降，到2030年氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體成本至少會(huì)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(huì)“談氫色變”，其實(shí)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(gè)空氣的十四分之一，這樣輕飄飄的一個(gè)東西，一旦泄漏出來就會(huì)往天空中跑，而且跑得非?？欤斓?jīng)]來得及燃燒和沒來得及爆炸就已經(jīng)揮發(fā)掉了。氫氣實(shí)際上是一種非常安全的氣體，而更有意義的是，氫燃燒的產(chǎn)物是水，絲毫不會(huì)產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔镆约胺蹓m顆粒等危害環(huán)境的負(fù)外部性產(chǎn)品。因此，氫也算得上是世界上最友好的能源。

使用場(chǎng)景與產(chǎn)業(yè)鏈條

從消耗煤炭為主的單一能源結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向以風(fēng)、光、熱等可再生能源為主的多元能源結(jié)構(gòu)，人類能源革命的步伐一直都在朝著能量密度高、環(huán)保程度強(qiáng)的方向演進(jìn)。對(duì)于整個(gè)能源系統(tǒng)而言，氫的比例越高，成分結(jié)構(gòu)就越干凈，熱量值也越高，正是如此，氫能被稱為“21世紀(jì)的終極能源”。同時(shí)，鑒于自身所攜帶的高效性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性等多功能特征，氫的使用場(chǎng)景特別廣泛。

在工業(yè)領(lǐng)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(shí)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(chǎn)過程；將煤、天然氣制灰氫升級(jí)為電解水制綠氫，在此基礎(chǔ)上生成綠色甲醇和綠氨，帶動(dòng)相關(guān)生產(chǎn)過程中二氧化碳的顯著減少和排放，且從終極目標(biāo)看，氫有望直接取代部分化石原料，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)全領(lǐng)域、全過程的低碳以及零排放。

在建筑領(lǐng)域，氫能不僅可轉(zhuǎn)換為電能，還可以轉(zhuǎn)換為熱能，而且熱電聯(lián)產(chǎn)的整體效率高達(dá)85%。一方面，氫燃料電池為建筑物發(fā)電，可回收廢熱用于供暖和熱水，同時(shí)，將氫氣輸送到建筑終端時(shí)，建筑中的電加熱，替代傳統(tǒng)的鍋爐加熱；另外，可以借助相對(duì)完整的天然氣管網(wǎng)將氫氣以恰當(dāng)?shù)谋壤旌系教烊粴庵校⑤斔偷綌?shù)千戶家庭。據(jù)估計(jì)，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(lǐng)域，氫作為燃料電池除應(yīng)用于乘用車之上外，也可作為燃料內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力在飛機(jī)、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(huì)預(yù)測(cè)2050年全球至少有2500萬輛汽車搭載氫燃料電池；另根據(jù)國際海事組織的預(yù)測(cè)，由于船舶替代使用了氫能，至2030年全球海運(yùn)領(lǐng)域二氧化碳平均排放量相比目前至少降低50%，同時(shí)因使用了氫燃料，全球飛機(jī)排放氣體對(duì)氣候的影響將降低50%～75%。

在電力領(lǐng)域，氫氣作為新型能源替代煤炭、水力等不可再生能源進(jìn)行發(fā)電，在實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)電能生成系統(tǒng)徹底顛覆的同時(shí)，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(xù)性強(qiáng)的電力供給體系，也就是在低功耗期間將風(fēng)能與光伏等產(chǎn)生的余電進(jìn)行電解水而生成氫，到用電高峰時(shí)再變成電投入使用，而且相比于電化學(xué)儲(chǔ)能與抽水儲(chǔ)能，氫儲(chǔ)能的容量更大，持續(xù)更長，由此既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)再生能源的有效消納，也能增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性與持續(xù)性。

綜合評(píng)判，時(shí)下全球氫氣需求量約為7000萬噸/年，但根據(jù)國際氫能源委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》， 2050年全球氫能源需求將增至目前的10倍，至2070年將達(dá)到5.2億噸。當(dāng)然，任何行業(yè)對(duì)氫能的需求，都涉及氫的制取、氫的儲(chǔ)運(yùn)、氫的交易、氫的分發(fā)和使用等全產(chǎn)業(yè)鏈過程，據(jù)國際氫能委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2050年全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。

政策導(dǎo)引與商業(yè)驅(qū)動(dòng)

基于氫能的巨大使用場(chǎng)景以及龐大的產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值，氫能的開發(fā)與利用不僅成了許多國家實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要路徑，而且上升為國際競(jìng)爭(zhēng)的重要部位。按照美國能源部發(fā)布的《國家清潔氫能戰(zhàn)略與路線圖》，2030、2040和2050年美國國內(nèi)氫需求將分別升至1000萬噸、2000萬噸和5000萬噸/年，同時(shí)，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(guī)劃提出到2030年要實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)和進(jìn)口各1000萬噸/每年的可再生氫目標(biāo)，為此歐盟將通過歐洲氫能銀行、投資歐洲計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目對(duì)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(zhàn)略”計(jì)劃于2030年實(shí)現(xiàn)國內(nèi)氫產(chǎn)量達(dá)到300萬噸/年，2050年達(dá)到2000萬噸/年，而韓國的《促進(jìn)氫經(jīng)濟(jì)和氫安全管理法》也提出了于2050年實(shí)現(xiàn)進(jìn)口氫替代進(jìn)口原油的目標(biāo)。截至2023年2月末，全球已有42個(gè)國家和地區(qū)發(fā)布了氫能政策， 36個(gè)國家和地區(qū)的氫能政策也正在籌備中。

從商業(yè)層面看，截至2022年末，全球已經(jīng)啟動(dòng)的680多個(gè)大型氫能項(xiàng)目絕大部分都是由企業(yè)直接出資開發(fā)，包括?？松梨谠诘每怂_斯州開發(fā)的全球最大低碳制氫設(shè)施、西班牙伊比德羅拉電力公司在普埃托里亞諾建設(shè)的歐洲最大工業(yè)用氫能工廠、法國企業(yè)Lhyfe正在籌建的全球首個(gè)海上氫氣工廠等。除了在本土加大布局外，跨區(qū)域投資也成了企業(yè)開發(fā)氫能的重要方向，如德國可再生能源開發(fā)商Svevind Energy Group斥資500億美元在哈薩克斯坦投資建設(shè)的氫能項(xiàng)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(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，全球氫能領(lǐng)域的直接投資額近2500億美元，而根據(jù)國際氫能委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2030年該投資總額將升至5000億美元。

從氫能建設(shè)方向看，綠氫成了各國一致性的開發(fā)重點(diǎn)。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(dòng)不久的歐盟綠色交易工業(yè)計(jì)劃，歐盟創(chuàng)新基金將為綠氫提供8億歐元的專項(xiàng)補(bǔ)貼，同時(shí)，日本也推出了2萬億日元的綠色創(chuàng)新基金用以建設(shè)大規(guī)模的綠氫供應(yīng)鏈，韓國則計(jì)劃到2030年構(gòu)建100兆瓦級(jí)綠氫量產(chǎn)體系。與發(fā)達(dá)國家搶奪全球綠氫市場(chǎng)相競(jìng)爭(zhēng)，新興市場(chǎng)國家也不約而同地瞄準(zhǔn)了綠色氫能，包括印度政府撥款23億美元用于支持綠氫產(chǎn)業(yè)，沙特超級(jí)未來城市工程N(yùn)EOM的目標(biāo)就是要在境內(nèi)建成一個(gè)超過2吉瓦的水電解制氫工廠，阿聯(lián)酋計(jì)劃五年內(nèi)每年斥資4000億美元擴(kuò)展綠氫市場(chǎng)，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(jì)劃。受到影響，國際能源組織預(yù)測(cè)，到2030年全球綠氫產(chǎn)量將達(dá)3.6萬噸，2050年達(dá)到3.2億噸。

中國的布局謀篇

數(shù)據(jù)顯示，2022年我國氫氣產(chǎn)量3781萬噸，為全球最大氫氣生產(chǎn)國，且這一趨勢(shì)有望長期保持；需求方面，到2030年，國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)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(fèi)國的地位將得到進(jìn)一步鞏固。不僅如此，作為終端能源體系的消費(fèi)主體，氫能將帶動(dòng)形成一個(gè)12萬億元產(chǎn)值的新興產(chǎn)業(yè)。同時(shí)必須看到，我國氫能產(chǎn)業(yè)尚處示范應(yīng)用和商業(yè)模式探索階段，氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未全面建立，不僅規(guī)模尚未形成，而且受國外技術(shù)壁壘限制嚴(yán)重，與此同時(shí)，制氫方面以灰氫為主要產(chǎn)出，產(chǎn)業(yè)鏈綠色升級(jí)尚存壁壘；另外，多層次的金融支持體系尚未建立，氫能建設(shè)的融資渠道偏窄，接下來唯有堅(jiān)持戰(zhàn)略升維與政策創(chuàng)新，中國才有可能在氫能國際競(jìng)爭(zhēng)中搶占到更廣闊的高地。

一方面，要加大自主創(chuàng)新力度。從加氫槍、壓縮機(jī)、儲(chǔ)容器和質(zhì)子交換膜等關(guān)鍵設(shè)備到氫密封材料、低溫金屬材料、高效冷絕緣材料等關(guān)鍵材料，圍繞著氫的制取、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏甚至使用全過程所需要的許多核心技術(shù)與材料裝備以及零部件，我國目前都需要通過進(jìn)口來解決，久而久之氫能的開發(fā)利用很可能走上如同半導(dǎo)體那樣被人“卡脖子”的悲壯之路。但中國完全可以通過強(qiáng)化自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。除了加大資金投入外，首先需要組建央企、國企創(chuàng)新聯(lián)合體，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行科技攻關(guān)，在此基礎(chǔ)上依托大型能源企業(yè)成立國家級(jí)聯(lián)合研發(fā)和推廣應(yīng)用平臺(tái)，有效整合社會(huì)資源，推動(dòng)全社會(huì)相關(guān)領(lǐng)域科研力量的廣泛參與和協(xié)同攻關(guān)，聚焦核心技術(shù)，加快突破薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)也為新技術(shù)新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用提供成熟的產(chǎn)業(yè)依托和試用平臺(tái)，合力推動(dòng)我國氫能產(chǎn)業(yè)邁上全球價(jià)值鏈的中高端。

另一方面，要加強(qiáng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)協(xié)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(chǎn)業(yè)區(qū)域，全國有絕大部分省份出臺(tái)了氫發(fā)展規(guī)劃和支持政策。但各個(gè)產(chǎn)業(yè)區(qū)與地方政府搶灘布局中不僅都希望打造出完整的氫能產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，同時(shí)存在著較為明顯的方向趨同與同質(zhì)化現(xiàn)象，這種結(jié)果顯然與頂層設(shè)計(jì)缺位緊密相關(guān)，而立足于本地資源稟賦、突出產(chǎn)業(yè)長項(xiàng)、打破技術(shù)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(chǎn)業(yè)集群，氫能的開發(fā)應(yīng)集中到化工副產(chǎn)品身上；京津冀的氫能發(fā)展可聚焦藍(lán)氫與綠氫的開發(fā)與示范應(yīng)用，尤其是重點(diǎn)打造出綠氫基地；而珠三角則可借助工業(yè)基礎(chǔ)與科技實(shí)力展開膜電極、高性能電堆以及儲(chǔ)運(yùn)氫設(shè)備等產(chǎn)業(yè)攻關(guān)與布局，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)成果共享與利益協(xié)同，走出一條成本投入低、區(qū)域共振強(qiáng)和整體效能優(yōu)的氫產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)路徑。

再者，要構(gòu)建氫能的金融支持體系。在政策性金融方面，政府可通過設(shè)立重大專項(xiàng)、產(chǎn)業(yè)基金等，將氫能列入國家投資管理體系的重要方向，明確財(cái)政、稅收等政策工具的支持標(biāo)準(zhǔn)和支持時(shí)限，借助政府補(bǔ)貼措施加快氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，引導(dǎo)社會(huì)資本投向。在商業(yè)性金融方面，鼓勵(lì)行業(yè)協(xié)會(huì)、龍頭企業(yè)帶頭設(shè)立氫能發(fā)展專項(xiàng)投資基金，為初創(chuàng)型氫能企業(yè)提供發(fā)展資金；鼓勵(lì)私募股權(quán)基金投資氫能綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)，承擔(dān)企業(yè)“高精尖”技術(shù)研發(fā)的后備力量；與此同時(shí)，要?jiǎng)?chuàng)新綠色金融產(chǎn)品，既將綠氫技術(shù)納入綠色信貸及綠色債券的指導(dǎo)目錄中，又以CCER（國家核證自愿減排量）發(fā)展路徑為基石，搭建碳交易中心氫能產(chǎn)業(yè)板塊交易機(jī)制，推動(dòng)氫產(chǎn)生的碳減排量納入CCER市場(chǎng)交易。

（作者系中國市場(chǎng)學(xué)會(huì)理事、經(jīng)濟(jì)學(xué)教授）