随着人们越来越认识到能源转型是增长和可持续发展的必要条件，世界各国正在努力将供应链和经济转向净零碳排放，这意味着需要利用所有可用的途径以大幅降低碳排放。尽管可再生能源、电气化及提高能源效率但对于降低碳排放具有重要作用，但某些行业特别是长途运输、重工业等，很难实现完全电气化。对于这些部门来说，最有希望的解决方案之一是使用由可再生能源制成的绿氢。由于其高能量密度以及作为清洁能源载体的潜力，绿氢吸引世界各国政府和企业的高度重视。然而，绿氢在生产成本、氢市场、基础设施、政策、矿物供应等方面也面临诸多挑战，需要制定面向未来的政策行动。
一、/绿氢具有广阔发展前景
氢作为一种清洁能源，其燃烧释放能量后只产生水作为排放物。如果氢可以在运输和工业等部门取代化石燃料，对于减少温室气体排放具有十分巨大的潜力。此外，氢气可以进行远距离储存和运输，因此也可以用于平衡间歇性可再生能源，实现电网的灵活性，从而有助于实现系统的全面可持续性。然而，氢作为可持续能源载体的使用依赖于它的广泛可用和生产可持续性。虽然氢是宇宙中最丰富的元素，但在地球上以纯气体形式存在的氢是稀缺的，氢能必须从其他更容易获得的化合物中产生。由于氢能不像石油和天然气那样储量丰富，而且需要依赖使用其他能源作为生产原料，其实质是一种“能量载体”(就像电一样)。氢是通过各种途径和转化过程产生的，氢对环境的影响取决于其所使用的主要资源，以及气体转化过程。然而，目前大多数氢能生产路线都不具有可持续性，其依赖于碳密集型工业，如棕氢（依靠煤或褐煤气化制成）、灰氢（依靠蒸汽甲烷等）、蓝氢（依靠天然气）。据Interreg Europe的数据，截至2021年底，约95%的氢来自化石燃料，而只有5%是通过水电解生产的绿色氢。绿氢作为通过可再生能源电解水，将其分解为氢气和氧气，燃烧后又转化为水，并释放能量，进而具有很强的可持续性。国际能源署（IEA）表示，与使用传统化石燃料方法生产天然气相比，绿色氢每年可减少约8.3亿吨二氧化碳排放。这相当于英国和印度尼西亚全年排放量的总和。
图1 绿氢生产、转化和最终用途
资料来源：IRENA（2023）。
绿氢作为一种多功能的能量载体具有很高的潜力，具有多种可能的应用。绿氢被认为在减少交通运输中的排放方面具有很高的潜力，如公共交通、重型车辆等。当今全球大量氢能公共汽车、氢动力火车已经投入运营和使用，大量市政服务车辆等重型车辆也不断得到推广应用，这些都是当今绿氢的主要使用领域。除了直接用于燃料电池之外，氢还可以用于制造合成燃料，这些燃料未来可用于长途航空和航运。在重工业领域，如水泥、钢铁和化学品生产，以及热能和电力应用中，绿氢也有巨大的潜力。随着国家和地区寻求在绿氢经济中发挥主导作用，对研发和试点项目的投资正在大幅增长，这将为经济发展和创造就业机会带来巨大潜力。据德勤预测，从2030年的年收入6420亿美元到2050年的年收入1.4万亿美元，其中绿色氢占氢市场的85%左右。
图2 2030-2050年全球清洁氢市场规模（10亿美元）
资料来源：Deloitte（2023）。
二、/绿氢推广应用面临的挑战
与任何新技术一样，绿氢的兴起也需要克服一些挑战。除了建立长期加压存储解决方案之外，需要考虑的一些问题还包括大规模生产的工艺效率和成本等。总体上，绿氢目前仍以下多重挑战，阻碍着绿氢潜力的实现：
（一）成本
化石燃料的长期平均价格为：石油75美元/桶，天然气4-6美元/GJ，可再生氢气的生产成本是化石燃料的两到三倍。氢气管道的成本要高出10-50%。用于公路运输的燃料电池和储存罐比内燃机昂贵数倍。目前，航空用合成燃料比石油喷气燃料贵3到6倍。与化石燃料相比，可再生途径的成本溢价分别为：氨50-75%、甲醇150%、钢30-40%。
（二）缺乏差异化
目前还缺乏将绿氢气与化石能源制氢区分开来的既定方法，这意味着（市场和政策）激励措施与生产之间缺乏联系，消费者也无法了解所生产氢气的来源和对环境的影响。目前正在进行的氢认证工作将有助于弥补这一不足。
（三）缺乏氢市场
氢气目前还不是一种商品，这意味着没有价格指数。由于价格透明度低、竞争不激烈，这意味着消费者要支付更高的成本。当前，全球对低碳氢的需求仍然很少，项目需要从供应到基础设施和终端使用实现一体化。
（四）基础设施有限
据国际可再生能源署数据，截至目前，全球仅有约4500公里的氢气管道。如果要利用偏远地区的可再生资源，需要对运输基础设施进行额外投资，包括从管道、运输和液化装置以及存储，这将大大增加绿氢生产与使用的初始投资。
（五）能量损失
氢能每个转换步骤都会导致能量损失，这将增加上游满足特定最终用途所需的可再生能源容量。在严格必要的应用之外，额外的氢气使用只会增加所需的可再生能源产能部署的年度速度，这将使脱碳任务更具挑战性。
（六）政策缺失
迄今为止，世界主要国家的氢能相关政策工作主要集中在道路交通领域，尤其是燃料电池电动汽车和加氢站。随着氢能应用领域的不断扩大，政策的关注点需要转向成为全面的国家战略，并重点聚焦氢气供应、基础设施以及在工业中的应用等。
（七）矿物供应与价格
绿色氢尤其容易受到矿物价格的影响，当今绿氢制氢主要电解技术是碱性电解（AE），需要大量锌、铜和镍等金属，这些金属供应链存在一定风险。质子交换膜（PEM）电解槽使用少量的铂和铱，这是十分稀有和昂贵的金属。从长远来看，兆瓦级PEM电解槽所需的1公斤铂族金属的成本可能超过1兆瓦陆上风力涡轮机所需的10吨矿物和金属。同时，固体氧化物电解池（SOEC）电解槽依赖稀土元素钇和钴，这些产品的供应链高度集中在中国和刚果民主共和国。
（八）全球地缘政治
氢可能会影响能源贸易的地理格局，近年来可再生能源成本的下降，但氢能运输成本居高不下，新的地缘政治版图可能会显示出能源关系日益区域化。可再生能源可以在每个国家部署，可再生能源电力可以通过输电电缆出口到邻国，氢能还可以通过管道和航运将可再生能源运送到更远的地方。拥有大量低成本可再生能源的国家将成为绿氢的主要生产国，并带来相应的地缘经济和地缘政治影响。在那些拥有丰富的可再生资源、太阳能或风能发电场、水源以及向主要需求中心出口能力的最佳组合的地方，绿色氢气生产将最具有经济性，在利用这些因素成为氢生产和使用中心的地方，可能会出现新的能源中心。然而，全球地缘政治的变化也将对跨国间的氢能贸易产生影响，导致氢能供应链中断的风险。
三、/面向未来的政策行动
果断的政策支持将有助于扩大绿氢经济的规模，并确保绿氢在实现气候中和的道路上发挥必要的作用。迄今为止，已有140多个国家（合计占全球二氧化碳排放量的88%）提出了净零排放目标。然而，到2030年，全球宣布的清洁氢项目将仅提供44MtH2eq的集体生产能力，仅为这一需求情景的四分之一。为此，有针对性的绿氢政策支持可能至关重要，有助于确保早期项目（如试点和系列项目）能够在公平的竞争环境中竞争，进入市场并引发规模经济。政策制定者应将注意力集中在三个组成部分:
（一）为气候为导向市场提供基础
政策制定者需要积极制定国家和地区战略，提高绿氢发展前景的知晓度和可信度。国际合作是帮助缓解政治摩擦、确保公平竞争环境的关键一环。
（二）确保长期韧性
国家战略应着眼于价值链各环节的多样化，从贸易伙伴到设备和原材料供应商，以帮助避免提升过程中代价高昂的瓶颈问题，并增强市场弹性。还应为基础设施设计提供广泛的公共支持，以运输（管道和海上道路）和储存（战略储备）绿氢产品。各国政府应致力于开展国际合作，加强能源、气候和发展政策之间的协同作用，包括促进强有力的区域一体化。
（三）创建商业案例
政策制定者应当制定有针对性的政策工具（例如：授权、直接补贴、碳差价合同、财政激励、公共担保，以及为氢基产品创建目标或市场等），来减少清洁技术与化石技术之间的成本差异。并建立长期承购机制，如德国的H2Global项目，可以大大降低项目风险，缩小价格与支付意愿之间的差距，并加强价格的稳定性。
（尚勇敏 上海社会科学院生态与可持续发展研究所副研究员）
参考文献
1. Interreg Europe. Regional policies for promoting green Hydrogen[R].2023.
2. FORBES. Green Hydrogen: why it could be the green energy source of the future[EB/OL]. https://www.forbes.com/sites/forbestechcouncil/2023/05/02/green-hydrogen-why-it-could-be-the-green-energy-source-of-the-future/?sh=596f2902cd7b
3. Deloitte. Green hydrogen: Energizing the path to net zero. Deloitte’s 2023 global green hydrogen outlook[R]. 2023.
4. IRENA. Geopolitics of hydrogen[EB/OL]. https://www.irena.org/Energy-Transition/Technology/Hydrogen/Geopolitics-of-hydrogen
5. IRENA. Hydrogen: Overview[EB/OL]. https://www.irena.org/Energy-Transition/Technology/Hydrogen
