低碳氢被广泛认为是一种蕴藏丰富、用途广泛、清洁方便的能源载体，已被视为能源行业转型的关键一环。数十年来，人类一直在考虑将氢气作为燃料源的可能性，但仍对其开发有限。近年，各国政府和国际组织对减排和实现净零排放的承诺、可再生能源装机容量的不断增长，以及可再生能源成本的不断下降，为大规模应用带来了可能性。

 

根据国际能源署可持续发展情景预测，到2070年，全球对氢气的需求预计将在2019年7000万吨的基础上增长7倍，达到5.2亿吨（见下图）。如果化石燃料相应减少，叠加氢气的低碳化生产因素，全球能源行业和工业加工领域有望在2070年时实现碳中和。

 

CAGR：复合年均增长率

*注：1. 合成氨生产系指航运行业的燃料生产；用于工业氨生产的氢气包括在工业类别中；2. 另有4500万吨未与其他气体分离的氢气用于工业用途。

 

目前，氢气的年产量为7000万吨，市场规模约为千亿美元（见下图）。亚洲是最大市场（48%），美洲（22%）和欧洲（18%）紧随其后，而工业企业则是最大的使用群体，八成以上的需求来自炼化和化工行业。炼油厂使用氢气来降低柴油中的硫含量。全球范围内较高的柴油消耗量，加之更严格的硫含量法规要求，一直维系着市场对氢气的需求。

 

*注：7000万吨氢气相当于约2亿吨油当量。

资料来源：国际可再生能源机构，彭博社，Afhypac，法国对外贸易部，国际能源署，普华永道思略特分析

 

目前的难题在于，如今消耗的氢气95%来自化石燃料，通过两种最常见的方法——煤炭气化和蒸汽甲烷，进行重整生产。在生产过程中，化石燃料（即煤或天然气）进料与蒸汽反应，生成一氧化碳、二氧化碳和氢气。每生产1公斤氢气将释放约10公斤二氧化碳。如果不能及时捕获、利用或封存生产过程中产生的二氧化碳，此类传统的制氢方法将对环境造成巨大影响。

 

因此，只有在生产环节中尽可能减少碳排放，氢气才有助于全球经济实现可持续脱碳的目标。实现这一目标的主要途径有：利用风能、太阳能、水能等可再生能源以及沼气和核能，或是采用常规的化石燃料能源加上碳捕获与封存技术，从而实现低碳氢的大规模生产。而刺激需求和应用则是发展氢经济的首要任务之一。

 

发展要素一：刺激低碳氢需求

 

随着越来越多的国家和行业将低碳氢视为燃料源和原料，氢的用户群体有望更加多样化。基于低碳氢生产技术的成熟度、与现有工艺结合的复杂性，以及现行法规和经济鼓励政策，不同行业有各自的脱碳路径和时间表。各国政府在发展低碳氢经济的过程中，需要集中精力、遵循主体原则，而不是试图覆盖众多行业：

 

聚焦脱碳难、有规模效应（规模大的多元化企业）、可利用现有基础设施（例如管网）的产业集群；

 

产业集群如果位于港口和海岸线附近，则能更好地对接不断增长的国际氢气物流终端；

 

希望建立氢能力、共同承担投资成本和风险的企业，可建立合作伙伴关系；地方政府也可为推动氢解决方案赋能，发挥作用。

 

发展要素二：刺激低碳氢供应

 

为加快低碳氢的发展，推动高能耗行业中低碳氢替代碳氢化合物，在成熟的碳排放技术与更清洁的新型氢技术之间，如何缩小两者的价格差是当务之急。目前，电力成本占绿氢可变成本的60%-70%。因此，获得成本低廉、供应充足的可再生能源为电解槽提供电力显得至关重要。在普华永道思略特访谈中，专家表示，当可再生能源的成本降至20美元/兆瓦或以下时，绿氢将具有成本竞争力。随着世界各国加大对可再生能源投资力度，以及平准化能源成本的降低，规模效应有望于2030年实现。

 

与此同时，电解槽制造商正在努力提高电解槽的效率并实现规模效应，从而降低可变成本。普华永道思略特预计，聚合物电解质膜（PEM）技术的效率将高于碱性（ALK）技术，从而更进一步降低成本。

 

绿氢需求的激增将有力推动可再生能源装机容量的增长。到2030年，以电解方式生产1000万吨氢气将消耗约550太瓦时的可再生能源（以目前生产1公斤氢气约消耗55千瓦时的电力计算）。水是电解所需的另一个重要资源。生产1公斤氢气需要大约22升水，因此用水需求量巨大。在密集的工业区中，获得足够的水资源用于电解并满足工业需求较有难度。

 

尽管以可再生能源生产清洁氢气是市场供应的终局，但蓝氢的重要作用也不容忽视：在绿氢实现大规模生产前，蓝氢将作为过渡技术，生产足量的低碳氢。

 

发展要素三：拉通供需

 

 

氢气输配是拉通供需的关键环节。利用现有的天然气基础设施输配氢气是方案之一。根据欧洲天然气输配系统运营商的估测，可以在没有任何技术挑战的情况下，将10%的氢气混入天然气进行输配。如果对输配管网进行小幅调整，氢气混合的比例最高可达20%，但建设氢气专用基础设施的成本效益将会更高。

 

考虑到今后天然气用量可能减少，用天然气管网输配氢气可防止输配系统运营商陷入资产搁浅的困境。欧洲11家天然气输配系统运营商联合发布了一篇欧洲氢气主干网络研究，展望氢气输配基础设施的发展：在氢枢纽周边区域管网的基础上，逐步发展到2040年总长度2.3万公里的泛欧洲管网，其中约75%由现有的天然气基础设施改造而成，另外25%为新建的氢气专用管网，建设总成本约为640亿欧元。

 

除运输外，氢气也需要存储，以确保大批量、不间断地供应工业用户。氢可以通过氨、液态有机氢载体或液态氢的形式存储为液态，但成本远远高于以气态形式储存。岩盐溶腔和枯竭的气田是大批量储存的最佳方案，成本分别不高于0.30美元/公斤和2美元/公斤。但这些储存点地理位置偏远，并不是匹配供需最有效的方法。目前，含水层存储之类的替代方案仍在研究中，但面临着气体体积损失、与细菌的化学和微生物反应导致井眼腐蚀等技术和操作层面的难题。

 

发展要素四：监管框架为市场提供支撑

 

尽管供应、需求、输配储存是氢经济的核心支柱，但这些支柱需要建立在强有力的政策和监管框架内。各国政府应该发挥关键作用，确保制定目标明确的氢战略，配合战略性投资和财政鼓励，从而释放正确的市场信号，鼓励民营投资参与。

 

欧盟的氢发展路线图是确保充分发挥绿氢市场潜力的重要一环，为市场提供长期可预见性，使得供需两侧的利益相关方都能开展必要的投资。各国之间的合作与协调对于确保公平竞争至关重要。

 

政府也需要为处于起步阶段的绿氢市场提供财政支持，为生产商和用户提供适当的激励，鼓励其转为使用低碳氢技术。激励可采取多种形式，或是对资本性支出及运营性支出提供直接财政补贴，或是采取补偿机制。在国家层面，新冠疫情期间用于刺激经济的资金将成为强有力的经济杠杆，为项目示范、氢技术开发、刺激供需提供资金支持。在2030年绿氢的成本优势形成前，这种支持需要不断继续。

 

监管也是推动向绿氢转型的关键。增加碳税、设定工业过程中使用氢的约束性目标或强制性配额，都将有助于创造大量氢需求并实现支撑市场高速发展的目标。

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