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在碳中和背景下，大热的氢能到底是个什么玩意？

2021-08-04 10:56:47 来源：财讯网

作者：曹亮，华东师范大学，国际关系与地区发展研究院，博士研究生

（以下内容参考IEA官方报告及本人目前的研究成果）

作为北极和能源研究学者，经常被人问到氢能到底怎么用？是不是直接点燃？我真的是哭笑不得，如果正常学过初中化学的人都知道，直接点燃氢气会直接产生爆炸，这明显不是氢能的正确用法啊。那今天我们就聊聊，氢能到底是个什么玩意以及对世界碳中和的进程存在什么样的影响。

关于氢气的生产

氢可以从化石燃料和生物质、水或两者的混合物中提取。天然气目前是氢气生产的主要来源，约占全球每年约 7000 万吨的专用氢气产量的四分之三。这约占全球天然气使用量的 6%。其次是煤炭，因为它在中国占据主导地位，一小部分来自石油和电力的使用。当然，天然气制氢成本受一系列技术和经济因素的影响，其中天然气价格和资本支出是最重要的两个因素。

关于氢气的使用

今天的氢气使用以工业为主，即：炼油、氨生产、甲醇生产和钢铁生产。几乎所有这些氢气都是使用化石燃料供应的，因此清洁氢气具有巨大的减排潜力。

在运输方面，氢燃料电池汽车的竞争力取决于燃料电池成本和加油站，而对于卡车而言，优先考虑的是降低氢的交付价格。航运和航空可用的低碳燃料选择有限，这代表了氢基燃料的机会。所以发现了吗，机动车不是直接燃烧氢气，而是使用氢燃料电池。

在建筑物中，氢气可以混合到现有的天然气网络中，在多户住宅和商业建筑中的潜力最大，特别是在人口稠密的城市，而长期前景可能包括在氢气锅炉或燃料电池中直接使用氢气。

在发电方面，氢是储存可再生能源的主要选择之一，氢和氨可用于燃气轮机以提高电力系统的灵活性。氨也可用于燃煤电厂以减少排放。

当前限制氢气大量使用的原因

目前，从低碳能源中生产氢气的成本很高。由于可再生能源成本下降和氢气生产规模扩大，到 2030 年，可再生电力生产氢气的成本可能会下降 30%。燃料电池、加油设备和电解槽（用电和水生产氢气）都可以从大规模制造中受益。

氢基础设施的发展缓慢，阻碍了广泛采用。消费者的氢气价格在很大程度上取决于有多少个加油站、它们的使用频率以及每天输送的氢气量。解决这个问题可能需要将国家和地方政府、行业和投资者聚集在一起进行规划和协调。

如今，氢气几乎完全由天然气和煤炭供应。氢气已经在世界各地以工业规模出现在我们身边，但其生产所产生的二氧化碳年排放量相当于印度尼西亚和英国的排放量总和。在通往清洁能源未来的道路上利用这种现有规模，既需要从化石燃料的制氢中捕获二氧化碳，也需要从清洁电力中提供更多的氢气。

目前的法规限制了清洁氢工业的发展。政府和行业必须共同努力，确保现有法规不会成为不必要的投资障碍。贸易将受益于关于运输和储存大量氢气的安全性以及追踪不同氢气供应的环境影响的通用国际标准。

那么氢气和全球可再生能源的发展之间到底存在什么联系呢？

首先，氢气在短时间内不会明显改变当前全球可再生能源的结构。当前全球可再生能源主要包括水能、风能和太阳能。需要指出的是，部分学者认为核能也属于可再生能源，这是存在偏差的。核能在能源研究领域属于清洁能源，但并不属于可再生能源。中国是世界上可再生能源生产与利用的领先国家。注意，我说的是领先，既第一的意思。别看欧盟和美国一天到晚炒作概念，中国才是NO.1。这就解释了为什么欧盟着急搞进口商品碳关税，美国拼死打压中国太阳能供应链的原因。然后，氢气在中国、欧盟和美国的可再生能源结构中并不占主流。拿中国举例，水能占据中国可再生能源生产的70%之上，而美国加州、德州则以风力和太阳能发电为主，德国北部地区的风力发电是主流。

其次，成本和技术会极大限制氢能得使用与发展。我们都知道，一项新技术的广泛应用除了需要政府的大力支持外，其成本必须在可控的范围内。这不仅仅是有没有的问题，而是能不能的问题。按照既往能源革命的路径，一般是由政府搭台，提供优惠的税收和激励政策，或者直接拨款研究费用；其次，再由私有领域利用规模化效应，降低成本，推广相关能源的使用。第一次世界大战中后期，世界能源由煤炭转为石油便是如此。而2008-2013年美国页岩气革命亦是如此。需要注意的是，页岩气的水裂法可是由苏联在1980年代发明的，但是却由美国政府和公司进行大规模推广并且运用的。因此，一项能源形式由发明到普遍运用需要经历很长时间。而水力、风力和太阳能发电也日益成熟，成本也较为低廉。在新冠疫情后，世界政府普遍缩小开支，那么氢能的发展也必然会受到影响。

当然，这不是说氢能不行，而是说其发展还需要经历很长时间，化石燃料依旧是我们日常生活中主要的能源形式。

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