绿氢是摆脱能源转型困境的最佳方案

编者按：绿氢，是清洁氢的顶级形式，是制备或生产过程中全程实现零排放的氢能。如今，全球实现能源转型面临的主要问题有两个：一是太阳能发电和风能发电一直无法解决固有的间歇性问题；二是部分行业难以通过电气化实现减碳。绿氢或清洁氢被多国政府和很多行业视为这两个问题的最终解决方案。绿氢的到来将改变各国的生产制造体系，发掘新的价值源泉，为可持续经济发展奠定基础，也必将重绘全球能源和资源版图。德勤近期发布的《绿氢：通过激励实现净零排放》报告，以翔实的数据驱动模型（氢路径探索-HyPE模型），基于最新的评估、监管和政策发展状况，对绿氢发展进行定量分析，在预测绿氢经济快速发展的同时，也强调了相关的困难和挑战。该报告认为，由于气候灾害的可能性逐渐加大，能源转型脚步将进一步加快，时不我待，还需砥砺前行。（文字由 卢雪梅 提供）

绿氢是氢能发展的未来

能源转型是经济增长和可持续发展的必要条件已成为全球基本共识，世界各国都向着实现供应链和经济的净零排放而努力，有关行业转型的速度和规模虽有争议，但却无人质疑转型的必要性。若要实现《巴黎协定》设定的目标（将全球变暖控制在低于2摄氏度的水平，同时努力将升幅控制在1.5摄氏度内），以可再生能源等低碳能源取代化石燃料驱动的传统系统已成不二选择。

以低碳技术方案为基础的电气化是重要的解决方案之一，但其在重工业和运输业的去碳化上却略显力有不逮。高温加热、化学品原料供应或重型货运等工业活动确实很难实现完全的电气化。与此同时，全面采用风能和太阳能发电还将出现电网稳定问题，从而影响储能。

绿氢正好可以解决这两个问题。其用途广泛，既可以直接用作燃料电池或发电，也可以作为原料生产更适合运输和存储的衍生物，如氨、甲醇或可持续航空燃料。这样既解决了储能问题，也可以突破特定工业和运输版块的转型技术瓶颈。

然而，目前的氢气供应几乎完全依赖天然气重整和煤炭气化，碳排放量相当高。相关数据表明，氢气生产每年排放的二氧化碳超过1吉吨。要实现去碳化，必须释放绿氢潜力，即大规模通过可再生电力电解制氢；而通过天然气和碳捕集与封存（CCS）相结合生产的蓝氢，如果符合严格的甲烷排放和碳捕集标准，也可以被标记为“绿”氢。

绿氢是氢能发展的未来。德勤的分析显示，氢能市场将从2030年的6420亿美元增至2050年的1.4万亿美元，其中绿氢占比将高达85%，绿氢中的20%将在全球范围内交易。这充分展现了绿氢交易对世界经济低成本脱碳的重要性，此外，绿氢生产和出口将调整非洲、拉美和太平洋地区的发展中国家和新兴经济体、澳大利亚和美国等发达国家，以及海湾地区国家的可持续发展步调，通过支持地方行业活动、改善贸易平衡和促进全球能源转型来刺激经济发展。分析还表明，到2030年，清洁氢经济每年可创造100万个新工作岗位，并在接下来的20年里以翻番速度增加更多新工作岗位。

全球绿氢市场2050年将臻于成熟

德勤报告显示，若2050年实现碳中和，全球绿氢市场规模在2030年可增至1.7亿吨氢当量，到2050年增至6亿吨氢当量。对绿氢的需求最初将来自现有工业用氢（9500万吨氢当量），如化肥生产。随后，净零转型将支撑绿氢需求的快速增长，巩固氢能作为脱碳通用解决方案的地位。到2050年，脱碳老大难行业，如钢铁、化工、水泥和高温加热，以及运输（航空、航运和重型公路运输），对绿氢的需求将分别占总需求的42%和36%。总体而言，绿氢对碳减排至关重要。通过对现有用氢终端进行脱碳和开发新的用氢途径，到2050年，可累计减排85吉吨碳当量，约是2021年全球碳排放量的两倍多。

除了发达国家的绿氢需求将迅速增加，发展中国家也将从绿氢发展中获得可持续增长机会，最终逐步构建真正的全球绿氢市场。但是要在不足30年的时间内建一个崭新的重要产业，对仍处于萌芽阶段的绿氢价值链将是前所未有的挑战。

绿氢项目最初需要依赖公共政策的扶持才能实现收支平衡，美国发布的《通货膨胀削减法案》、澳大利亚的清洁能源金融公司、欧盟的“实现55%温室气体减排”一揽子计划和欧洲共同利益重要项目（IPCEI）资助计划、日本的需求侧研发支持计划等，都属于政府或国家间组织的绿氢项目扶持方案。常规碳密集型氢气的生产成本虽然不高，但无助于碳减排和应对气候变化。借助于政府的支持，规模经济和碳排放量交易等途径，绿氢生产成本最终有望降至可接受范围内。预计2030年可实现氨生产的收支平衡，2035年实现气态氢生产的收支平衡，2045年实现甲醇生产的收支平衡，2050年实现可持续航空燃料（SAF）生产的收支平衡。随着时间的推移，绿氢生产最终将站稳脚跟。到2050年，随着氢气供应能力大规模提升，工业和运输领域实现氢的利用，全球氢市场将臻于成熟。市场的增长将形成以现货市场为主导的价格机制，弹性更大，有利于将投资引导到更具竞争力的区域。

德勤的模型结果显示，绿氢可以从一开始就主导供应结构，到2050年达到85%的市场占有份额（超过5亿吨氢当量）。蓝氢可助力早期阶段氢气需求的建立，促进中东、北非、北美和澳大利亚等天然气储量丰富地区和国家的氢经济形成。到2040年，蓝氢产量将达到峰值，约为1.25亿吨氢当量（占总氢能供应量的30%）；此后，随着对甲烷和碳排放的限制日趋严格，蓝氢将逐渐被更具竞争力的绿氢所取代。

全球氢能贸易亟待打通“任督二脉”

德勤报告显示，2050年，全球主要地区之间的氢能贸易可能占全球总贸易量的近1/5，约1.1亿吨氢当量。最常被交易的商品包括易于长途运输的氢能载体——氨、甲醇和可持续航空燃料。氨作为运输氢能的介质之一，需要转化和再转化的相关工艺及设施。到2050年，北非、澳大利亚、北美、中东等4个地区和国家的氢气产量和贸易量将分别占全球总产量和总贸易量的45%和90%，其中，北非和澳大利亚的国内氢气需求量不高，因此在氢气出口方面具有最大潜力（分别为4400万吨氢当量和1600万吨氢当量）；北美和中东氢气出口量分别为2400万吨氢当量和1300万吨氢当量。南美和撒哈拉以南非洲也有参与市场的潜力，或可占总贸易量的10%。在进口方面，日本和韩国因资源缺乏和土地使用受限，将严重依赖全球氢气贸易，2030～2050年，两国的氢气需求将有90%依赖进口。欧洲和印度可以大量自产氢气，但在整个转型过程中也可能依赖进口。

2050年，全球主要地区和国家之间的氢能贸易每年可创造2800亿美元以上的出口收入，其中北非每年1100亿美元、北美630亿美元、澳大利亚390亿美元、中东200亿美元。氢能贸易的自由和多样化可以显著降低成本，提高能源安全，促进发展中国家和新兴市场的经济发展。清洁氢的出口收入可以帮助化石燃料出口国抵消石油、天然气和煤炭出口收入的下降。

区域间氢能贸易有助于减少氢能需求与低成本氢能供应之间在地理上的不匹配。需求国家，如欧洲国家、日本和韩国可能无法自产足够的低成本氢气；与此同时，澳大利亚、非洲和拉美的部分地区则拥有相对丰富的可再生资源和充足的可用土地，能生产出具有成本竞争力且超过其需求的绿氢。这种差异自然会带来贸易机会。澳大利亚、智利、德国和日本等国家可根据自身情况将自己定位为未来的氢能进口国或出口国。各国之间已签署了几个谅解备忘录，这将有利于南部国家发掘可再生能源多样化潜力。而要实现这一全球贸易愿景，运输基础设施将成为关键。

主要绿氢进口国和出口国概况

全球各国在可再生能源禀赋和土地可用性上存在多样性，这将在绿氢生产成本和规模上造成巨大差异。一个国家的氢能消费状况取决于人口规模、产业结构和经济发展状况，而国际氢能贸易又受到消费状况和生产潜力差异的影响。氢能供应不足的国家可从国际市场采购全部或部分氢能来降低成本；而具有低成本氢能生产潜力的国家则可通过氢能出口实现收入最大化。

从资源禀赋和生产潜力来看，智利、摩洛哥、沙特、西班牙、英国、日本、中国和美国都各有特色。

南美的智利北部拥有全球最强太阳辐射，具备可再生能源出口潜力；北非的摩洛哥拥有丰沛的太阳能和风能，又兼具靠近欧盟市场的便利；沙特则将受益于强太阳辐射和广袤的土地。德勤报告显示，到2050年，沙特将生产3900万吨低成本绿氢，是其国内需求的4倍，将成为重要的绿氢出口国。目前，该国已参与了几项绿氢出口国际贸易协定，并将之视为摆脱石油出口依赖、实现经济多元化战略的基石之一。

西班牙的太阳能也极丰富，是欧洲绿氢生产最佳候选国家之一。预计到2050年，西班牙可能接近实现氢能自给自足。西班牙地理位置优越，可通过与摩洛哥的管道大量进口北非绿氢，再通过泛欧运输基础设施输往欧洲的需求端（尤其是德国），去年底宣布的巴塞罗那—马赛氢管道项目（价值26亿美元）将极大限度地降低西班牙氢能的运输成本。

英国的风能较丰富，可充分发挥其潜力年产约750万吨绿氢。但英国对绿氢的需求也不小，英国最新氢能战略显示，2030年后对氢能的需求将出现强劲增长（德勤预测到2050年英国可能需要1200万吨绿氢），因此可能成为绿氢进口国之一。

日本由于受到有限的可再生能源和过度稠密的沿海人口双重限制，无法生产绿氢，而其高度的经济工业化却将推高绿氢需求水平，因此将是主要的氢能进口国之一。

美国和中国的可再生能源虽然丰富，但绿氢生产也同样会受到限制，如适合生产绿氢的土地（沙漠）远离消费中心或出口中心，这可能导致高昂的运输成本，妨碍其提供价格有竞争力的绿氢。

化石燃料向清洁氢转型需要大量资金

德勤预测，到2050年，实现净零排放目标需要对全球氢供应链累计投资9万亿美元以上，其中发展中国家需投资3.1万亿美元。这些数字可能听起来令人生畏，但平摊到25年的时间跨度，则年平均投资额实际上并不高于2022年投入油气生产的资金（4170亿美元）。如果各国政府和公司能将投向油气的资金用于清洁氢，实现净零排放目标大有希望。德勤建议，氢能主要消费地区和产区，即中国、欧洲和北美（氢气产能将占全球总产能一半以上），应分别向氢能领域投资2万亿美元、1.2万亿美元和1万亿美元，同时还应从发展中国家和新兴国家筹集大量资金，其中北非约9000亿美元，南美约4000亿美元，撒哈拉以南非洲和中美洲各3000亿美元。德勤认为，在这些国家或地区发展绿氢经济能有效吸引外国投资。

当前政策决定未来

德勤认为，各国应果断采取扶持绿氢的政策，有助于扩大清洁氢经济的发展规模，确保绿氢在实现碳中和的道路上发挥关键作用。迄今为止，已有140多个国家（合计占全球碳排放量的88%）设定了净零排放目标。但根据已宣布的清洁氢项目数据，到2030年，全球将仅有4400万吨氢当量的清洁氢产能，仅为全球清洁氢需求的1/4。因此，采取有针对性的扶持政策对清洁氢的生产至关重要，确保早期项目（如试点项目和系列项目）的顺利开展，使其拥有一个相对公平的竞争环境，能进入市场实现规模经济。德勤建议政策制定应关注3个方面。

一是应奠定气候导向的市场基础。决策者可制定国家和区域战略，提高氢能发展前景的可信度。建立稳定的共享清洁氢认证程序，确保透明度，避免技术封锁。扩大国际合作规模，缓解政治摩擦和确保公平竞争。

二是创建一个可行的商业案例。使用有针对性的策略，如强制性指令、直接发放补贴、制定碳差价合同、财政激励措施、提供公共担保，以及为氢产品设定目标或开辟市场，缩小清洁氢技术和化石燃料技术之间的成本差距。也可建立长期承购机制，如德国的H2Global项目，因采用了承购方式，大幅降低了项目风险，弥合了价格与支付意愿之间的差距，使价格更稳定。

三是保持氢能发展的长期韧性。国家战略应着眼于从贸易伙伴到设备和原材料供应商的整个清洁氢价值链的多样化，避免在增长过程中出现代价高昂的瓶颈，同时增加市场弹性。公共政策支持还应关注运输（管道和海上道路）和储存（战略储备）清洁氢产品的基础设施设计。各国政府也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。

清洁氢市场的出现，意味着清洁氢价值链的每个阶段都将充满机遇和挑战。实现碳中和不仅需要对非清洁氢进行脱碳，而且需要将氢生产规模扩大6倍以上，才能满足能源转型产生的需求。要实现这个目标，需要在燃料电池和航空燃料生产过程中的碳减排技术，电解槽、太阳能电池板和风力涡轮机等制造技术，氢气生产、运输和储存等基础设施技术方面取得突破性进展，还要同时建立新供应链和开展全球范围内的氢能贸易。

全球氢能价值链的发展路径取决于一系列的选择，合适的供应技术、政府的倾向性、氢能生产和消费地点，以及相应能源贸易路线等都存在很大不确定性。任何抉择都意味着氢经济利益相关方之间可能存在冲突，这些利益相关方包括制定能源安全和产业政策的各国政府、能源供应商和公用事业部门、设备制造商、消费者和运输行业（航运公司和港口设施管理人员等）。

尽管如此，2050年前，实现碳中和仍是人类不变的使命。德勤报告的预测基于这样一种假设，即到21世纪中叶，全球经济达到碳中和，各国政府和企业积极应对金融和地缘政治问题，允许清洁氢贸易以多元化的方式自由开展，而在这个过程中，氢能资源国将发挥不可或缺的作用。这个假设也许并不现实，但这样的“野心”是必要的，它可以激励人类抓紧时间应对全球变暖，创造公平的发展机会，通过多元化的氢价值链，提高全球能源安全、减少供应链中断风险。