氫能開發(fā)利用的全球競速與晉級(jí)

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。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，所以，氫也算得上是世界上最友好的能源。

 

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，氫更能發(fā)揮十分重要的作用，由此驅(qū)動(dòng)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。

 

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)，整個(gè)宇宙質(zhì)量的75%都由氫所構(gòu)成，并隱匿于從天空的大氣到地下的水流甚至地殼中的巖石層以及石油天然氣和煤炭等化石燃料中，而正是因?yàn)榉植加诓煌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。

 

理論上看，雖然氫是重量最輕的化學(xué)元素，但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，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?，作為能源用在汽車等交通工具上可使發(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。

 

不僅如此，由氫作為燃料所生成的許多產(chǎn)品還具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，比如車用氫電池就比車用汽油成本幾乎要低出一半，鎳氫電池也比鋰電池便宜不少。動(dòng)態(tài)上看，國際能源署與國際氫能委員會(huì)的研究成果顯示，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%。

 

更為重要的是，由于氫氣的比重只有整個(gè)空氣的十四分之一，等于一旦泄漏出來就會(huì)往天空中跑，而且跑得非?？?，快到?jīng)]來得及燃燒和沒來得及爆炸就已經(jīng)揮發(fā)掉。

 

因此，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，所以，氫也算得上是世界上最友好的能源。

 

對(duì)于人類的整個(gè)能源系統(tǒng)而言，氫的比例越高，成分結(jié)構(gòu)就越干凈，氫能由此被稱為“21世紀(jì)的終極能源”。

 

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。

 

在建筑領(lǐng)域，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)，當(dāng)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，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，到2050年全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。

 

基于氫能的巨大使用場景以及龐大的產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值，氫能的開發(fā)與利用不僅成為了許多國家實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要路徑，而且上升為國際競爭的重要部位。

 

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/kg和1美元/kg；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/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2050年實(shí)現(xiàn)進(jìn)口氫替代進(jìn)口原油的目標(biāo)。初步統(tǒng)計(jì)，目前全球已有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，截至目前，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)，包括埃克森美孚在得克薩斯州開發(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)域投資也成為了企業(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，到2030年該投資總額將升至5000億美元。

 

從氫能建設(shè)方向看，綠氫成為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/kg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相競爭，新興市場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，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，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。

 

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