綠氫：能源明星

綠氫正在成為“明星”的道路上越走越遠。

近年來，綠氫這一名號逐漸“出圈”，愈來愈“知名”，追根究底，來源于愈演愈烈的“氫能熱”。

氫能是一種清潔、可持續(xù)的新能源，其能靈活高效地轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，被認為是最具應(yīng)用前景的能源之一。然而，氫不以原子形式自然存在，需要用其他能源從化合物中提取氫氣。


由于制氫方法的不同，氫氣按照生產(chǎn)來源分為綠氫、藍氫和灰氫三類。

當今，占全球氫氣產(chǎn)量比例最大的是灰氫，其通過煤炭、石油等化石燃料制取。然而，制取灰氫的過程中會造成碳排放，根據(jù)化石燃料種類的不同，每生產(chǎn)1kg的氫，就會導(dǎo)致5.5-10kg不等的二氧化碳產(chǎn)生。

對化石燃料制氫過程中排放的二氧化碳使用碳捕捉、封存（CCS）技術(shù)降低其碳排放水平，由此而生產(chǎn)的氫氣則是藍氫。

綠氫是利用太陽能、風能等可再生能源通過電解水方式獲取的氫氣，這種制氫方法可以達到碳排放凈零。但值得注意的是，使用化石燃料轉(zhuǎn)化的電能進行水電解工序并非是在生產(chǎn)綠氫，而是一種本末倒置。

綠氫：大勢所趨

制氫的方式多種多樣，但嚴格來說，只有綠氫符合利用氫能作為能源的初衷。現(xiàn)有的努力方向是推動灰氫變藍氫，繼而向綠氫方向轉(zhuǎn)化，綠氫的生產(chǎn)已然是大勢所趨。

氣候變化是當今全球面臨的重大挑戰(zhàn)。人類進行生產(chǎn)活動產(chǎn)生的大量二氧化碳造成全球氣候變暖，將導(dǎo)致自然災(zāi)害及生物鏈的斷裂，危及人類生存。自1992年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》起，全球都致力于應(yīng)對全球氣候變化的活動。2016年4月22號，《巴黎協(xié)定》由175個國家正式簽署，并于2020年11月正式生效，其中包括盡快實現(xiàn)全球溫室氣體排放達到峰值，進而實現(xiàn)全球溫室氣體凈零排放的目標。



化石燃料的燃燒是碳排放的主要來源之一，也是現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。灰氫是最常規(guī)的制氫技術(shù)，普遍應(yīng)用于化工行業(yè)，以化石燃料制氫為主，同樣會排放大量的二氧化碳，不符合減少碳排放的戰(zhàn)略方向。

與之相對，綠氫的制取使用可再生的清潔能源，且最終的燃燒產(chǎn)物是水，對環(huán)境友好。這一優(yōu)勢使綠氫相較于化石能源和灰氫等更加適合應(yīng)對全球氣候變化的現(xiàn)狀，是更為理想的能源載體。

因此，展望未來，綠氫將是大勢所趨。

綠氫：任重道遠

作為一種理想的能源載體，綠氫產(chǎn)生的氫能應(yīng)用廣泛，覆蓋交通運輸、太空、供電等領(lǐng)域的多個方面。

目前，陸地、水域、航空交通運輸系統(tǒng)仍舊主要依賴于化石能源，交通運輸領(lǐng)域產(chǎn)生的大量碳排放仍是全球氣候變化的重要影響因素之一。綠氫清潔、可持續(xù)的特點可以回避這一問題，以氫能作為能源的交通工具能夠有效減少碳排放。除此之外，在諸如潛艇、航空渦輪噴氣發(fā)動機等領(lǐng)域，氫能也有續(xù)航能力及效率等方面的優(yōu)勢。

在太空發(fā)射推進劑方面的應(yīng)用是氫能常見的用途之一，相較于傳統(tǒng)煤油燃料具有更快的噴射速度及一定條件下更高的有效荷載量。清潔的綠氫將有效減少在太空領(lǐng)域液氫制取過程中存在的問題。

在供電領(lǐng)域，氫能在手機、筆記本電腦等便攜式設(shè)備供電、應(yīng)急電源、獨立微型電網(wǎng)等方面都是理想的選擇。可再生清潔綠氫將為氫能在上述方面應(yīng)用進程的推進以及能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的全球戰(zhàn)略布局添磚加瓦。

正如所述，綠氫在多種應(yīng)用領(lǐng)域都有著一定的優(yōu)勢，其二氧化碳零排放的特點更是順應(yīng)了全球能源戰(zhàn)略和中國“2030碳達峰，2060碳中和”目標的需要。2020年12月29日，由中國氫能聯(lián)盟提出的《低碳氫、清潔氫與可再生能源氫的標準與評價》正式發(fā)布實施，正式建立了綠氫標準。此外，為推動綠氫的發(fā)展，全球各國都制定了相應(yīng)的氫能政策，如日本《能源基本計劃》、美國《國家氫能發(fā)展路線圖》等，中國也不例外。

目前，氫能已經(jīng)納入我國能源戰(zhàn)略，以一系列相關(guān)政策支持綠氫的發(fā)展，政策內(nèi)容涉及戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)規(guī)劃、財政補貼等方面。

整體戰(zhàn)略上，《政府工作報告》及“十三五”、“十四五”規(guī)劃均指出氫能的與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位，將發(fā)展氫能列為重點任務(wù)，為氫能產(chǎn)業(yè)政策的制定奠定了堅實基礎(chǔ)。同時，為氫能產(chǎn)業(yè)制定了發(fā)展規(guī)劃，《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》、《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》等對于氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行了方向性引導(dǎo)。

技術(shù)方面，制定了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030年）》、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》鼓勵技術(shù)創(chuàng)新及企業(yè)參與，并將“可再生能源與氫能技術(shù)”列入國家重點研發(fā)計劃，提供對氫能技術(shù)研發(fā)的支持。

國家對氫能一直提供了大力的財政補貼支持，包括且不限于2018年《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》、2020年《關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》。

可以看出，對于綠氫的發(fā)展，國家給予了相當程度的重視與支持。然而放眼望去，綠氫前進的路途依舊多舛。

擋在綠氫發(fā)展道路上的“障礙”之一是行業(yè)政策的不完善。綠氫交易的發(fā)展是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，然而這一方面尚需政策的完備和發(fā)展 。

綠氫交易指碳排放權(quán)交易，主要利用市場機制控制和減少碳排放，在控制碳排放總量的同時通過交易促進低碳轉(zhuǎn)型。1997年，《京都議定書》規(guī)定了三種碳交易機制來規(guī)范國際碳交易市場，2005年《京都議定書》正式生效后，全球碳交易市場實現(xiàn)了大幅的增長。2011年，我國北京、上海、天津等七個省市宣布實施碳排放試點交易，并從中得到了碳市場交易的寶貴經(jīng)驗。直至2021年1月，《碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》的公布邁出了綠氫交易政策完善的第一步。

另一個“障礙”來自綠氫自身。國際可再生能源署、中國氫能聯(lián)盟發(fā)布《綠氫政策制定指南》指出：綠氫的生產(chǎn)成本較灰氫更高，可達灰氫價格的兩到三倍,其成本的降低有賴于技術(shù)的進步。而在其制取的過程中，還會有30%-35%的能量損失，轉(zhuǎn)化為其他載體的過程中也會造成13%-25%的能量損失，耗損率大。

在綠氫與灰氫的成本差異問題上，沈威、楊煒櫻發(fā)表的《考慮碳排放在內(nèi)的化石能和電解水制氫成本研究》進行了不同制氫方法所需的成本分析，結(jié)果如下[1]：


可以看出，低谷電（居民生活用電峰谷電，即低谷時段的居民用電）及大工業(yè)用電（大規(guī)模工業(yè)用電）的制氫成本基本達到了化石能源制氫的兩到三倍。相對而言，利用可再生能源棄電，即“棄風、棄光、棄水”問題產(chǎn)生的棄電，制氫成本最低，約為10元/kg。

但是，由于“棄風、棄光、棄水”問題多發(fā)生在地廣人稀的偏遠地區(qū)，當?shù)叵{能力不足，外送能力有限，用棄電制取的氫氣需要輸送到用氣需求大的東南部。因此，仍存在氫氣儲運方面的問題，同時增加棄電制氫的成本。

綠氫依然具有氫氣的特性，其儲存較為困難。現(xiàn)有的儲存方式包括高壓儲氫罐、物理吸附、化學(xué)氫化物及液化等，其儲存技術(shù)復(fù)雜且昂貴，且由于氫氣本身密度低、體積大，存儲效率較低。

不止在儲存方面，氫氣的運輸及配送也面臨著難題。由于儲存效率低，利用交通進行綠氫運輸?shù)倪^程中需要的能源消耗較大。相比之下，通過氫氣輸送管道進行運輸效率會更高。然而，基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏導(dǎo)致管道運輸依然無法解決氫氣運輸?shù)碾y題。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底，全球僅有584座加氫站、5000公里氫氣輸送管道，而天然氣的輸送管道超過300萬公里。

注釋：
[1]沈威,楊煒櫻.考慮碳排放在內(nèi)的化石能和電解水制氫成本研究[C].中國燃氣運營與安全研討會 (第十屆)暨中國土木工程學(xué)會燃氣分會2019年學(xué)術(shù)年會 論文集.天津:《煤氣與熱力》雜志社有限公司,2020.516-522.

由于廣泛且便利的應(yīng)用途徑以及清潔、可持續(xù)的優(yōu)勢，在當今全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的進程中，綠氫備受矚目。在全球能源戰(zhàn)略的引導(dǎo)和相關(guān)政策標準的規(guī)范下，綠氫有望提速發(fā)展。然而，綠氫面臨的行業(yè)政策不完善、成本高、能量損失大、儲運困難等難題仍需解決，綠氫的發(fā)展尚且有賴于技術(shù)的進步和相關(guān)行業(yè)政策體系的健全。

綠氫發(fā)展之路任重道遠。

（文中數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)）