中國儲能網訊：綠氫，是清潔氫的頂級形式，是制備或生產過程中全程實現零排放的氫能。如今，全球實現能源轉型面臨的主要問題有兩個：一是太陽能發(fā)電和風能發(fā)電一直無法解決固有的間歇性問題；二是部分行業(yè)難以通過電氣化實現減碳。綠氫或清潔氫被多國政府和很多行業(yè)視為這兩個問題的最終解決方案。綠氫的到來將改變各國的生產制造體系，發(fā)掘新的價值源泉，為可持續(xù)經濟發(fā)展奠定基礎，也必將重繪全球能源和資源版圖。德勤近期發(fā)布的《綠氫：通過激勵實現凈零排放》報告，以翔實的數據驅動模型（氫路徑探索-HyPE模型），基于最新的評估、監(jiān)管和政策發(fā)展狀況，對綠氫發(fā)展進行定量分析，在預測綠氫經濟快速發(fā)展的同時，也強調了相關的困難和挑戰(zhàn)。該報告認為，由于氣候災害的可能性逐漸加大，能源轉型腳步將進一步加快，時不我待，還需砥礪前行。
綠氫是氫能發(fā)展的未來
能源轉型是經濟增長和可持續(xù)發(fā)展的必要條件已成為全球基本共識，世界各國都向著實現供應鏈和經濟的凈零排放而努力，有關行業(yè)轉型的速度和規(guī)模雖有爭議，但卻無人質疑轉型的必要性。若要實現《巴黎協(xié)定》設定的目標（將全球變暖控制在低于2攝氏度的水平，同時努力將升幅控制在1.5攝氏度內），以可再生能源等低碳能源取代化石燃料驅動的傳統(tǒng)系統(tǒng)已成不二選擇。
以低碳技術方案為基礎的電氣化是重要的解決方案之一，但其在重工業(yè)和運輸業(yè)的去碳化上卻略顯力有不逮。高溫加熱、化學品原料供應或重型貨運等工業(yè)活動確實很難實現完全的電氣化。與此同時，全面采用風能和太陽能發(fā)電還將出現電網穩(wěn)定問題，從而影響儲能。
綠氫正好可以解決這兩個問題。其用途廣泛，既可以直接用作燃料電池或發(fā)電，也可以作為原料生產更適合運輸和存儲的衍生物，如氨、甲醇或可持續(xù)航空燃料。這樣既解決了儲能問題，也可以突破特定工業(yè)和運輸版塊的轉型技術瓶頸。
然而，目前的氫氣供應幾乎完全依賴天然氣重整和煤炭氣化，碳排放量相當高。相關數據表明，氫氣生產每年排放的二氧化碳超過1吉噸。要實現去碳化，必須釋放綠氫潛力，即大規(guī)模通過可再生電力電解制氫；而通過天然氣和碳捕集與封存（CCS）相結合生產的藍氫，如果符合嚴格的甲烷排放和碳捕集標準，也可以被標記為“綠”氫。
綠氫是氫能發(fā)展的未來。德勤的分析顯示，氫能市場將從2030年的6420億美元增至2050年的1.4萬億美元，其中綠氫占比將高達85%，綠氫中的20%將在全球范圍內交易。這充分展現了綠氫交易對世界經濟低成本脫碳的重要性，此外，綠氫生產和出口將調整非洲、拉美和太平洋地區(qū)的發(fā)展中國家和新興經濟體、澳大利亞和美國等發(fā)達國家，以及海灣地區(qū)國家的可持續(xù)發(fā)展步調，通過支持地方行業(yè)活動、改善貿易平衡和促進全球能源轉型來刺激經濟發(fā)展。分析還表明，到2030年，清潔氫經濟每年可創(chuàng)造100萬個新工作崗位，并在接下來的20年里以翻番速度增加更多新工作崗位。
全球綠氫市場
2050年將臻于成熟
德勤報告顯示，若2050年實現碳中和，全球綠氫市場規(guī)模在2030年可增至1.7億噸氫當量，到2050年增至6億噸氫當量。對綠氫的需求最初將來自現有工業(yè)用氫（9500萬噸氫當量），如化肥生產。隨后，凈零轉型將支撐綠氫需求的快速增長，鞏固氫能作為脫碳通用解決方案的地位。到2050年，脫碳老大難行業(yè)，如鋼鐵、化工、水泥和高溫加熱，以及運輸（航空、航運和重型公路運輸），對綠氫的需求將分別占總需求的42%和36%。總體而言，綠氫對碳減排至關重要。通過對現有用氫終端進行脫碳和開發(fā)新的用氫途徑，到2050年，可累計減排85吉噸碳當量，約是2021年全球碳排放量的兩倍多。
除了發(fā)達國家的綠氫需求將迅速增加，發(fā)展中國家也將從綠氫發(fā)展中獲得可持續(xù)增長機會，最終逐步構建真正的全球綠氫市場。但是要在不足30年的時間內建一個嶄新的重要產業(yè)，對仍處于萌芽階段的綠氫價值鏈將是前所未有的挑戰(zhàn)。
綠氫項目最初需要依賴公共政策的扶持才能實現收支平衡，美國發(fā)布的《通貨膨脹削減法案》、澳大利亞的清潔能源金融公司、歐盟的“實現55%溫室氣體減排”一攬子計劃和歐洲共同利益重要項目（IPCEI）資助計劃、日本的需求側研發(fā)支持計劃等，都屬于政府或國家間組織的綠氫項目扶持方案。常規(guī)碳密集型氫氣的生產成本雖然不高，但無助于碳減排和應對氣候變化。借助于政府的支持，規(guī)模經濟和碳排放量交易等途徑，綠氫生產成本最終有望降至可接受范圍內。預計2030年可實現氨生產的收支平衡，2035年實現氣態(tài)氫生產的收支平衡，2045年實現甲醇生產的收支平衡，2050年實現可持續(xù)航空燃料（SAF）生產的收支平衡。隨著時間的推移，綠氫生產最終將站穩(wěn)腳跟。到2050年，隨著氫氣供應能力大規(guī)模提升，工業(yè)和運輸領域實現氫的利用，全球氫市場將臻于成熟。市場的增長將形成以現貨市場為主導的價格機制，彈性更大，有利于將投資引導到更具競爭力的區(qū)域。
德勤的模型結果顯示，綠氫可以從一開始就主導供應結構，到2050年達到85%的市場占有份額（超過5億噸氫當量）。藍氫可助力早期階段氫氣需求的建立，促進中東、北非、北美和澳大利亞等天然氣儲量豐富地區(qū)和國家的氫經濟形成。到2040年，藍氫產量將達到峰值，約為1.25億噸氫當量（占總氫能供應量的30%）；此后，隨著對甲烷和碳排放的限制日趨嚴格，藍氫將逐漸被更具競爭力的綠氫所取代。
全球氫能貿易亟待打通“任督二脈”
德勤報告顯示，2050年，全球主要地區(qū)之間的氫能貿易可能占全球總貿易量的近1/5，約1.1億噸氫當量。最常被交易的商品包括易于長途運輸的氫能載體——氨、甲醇和可持續(xù)航空燃料。氨作為運輸氫能的介質之一，需要轉化和再轉化的相關工藝及設施。到2050年，北非、澳大利亞、北美、中東等4個地區(qū)和國家的氫氣產量和貿易量將分別占全球總產量和總貿易量的45%和90%，其中，北非和澳大利亞的國內氫氣需求量不高，因此在氫氣出口方面具有最大潛力（分別為4400萬噸氫當量和1600萬噸氫當量）；北美和中東氫氣出口量分別為2400萬噸氫當量和1300萬噸氫當量。南美和撒哈拉以南非洲也有參與市場的潛力，或可占總貿易量的10%。在進口方面，日本和韓國因資源缺乏和土地使用受限，將嚴重依賴全球氫氣貿易，2030～2050年，兩國的氫氣需求將有90%依賴進口。歐洲和印度可以大量自產氫氣，但在整個轉型過程中也可能依賴進口。
2050年，全球主要地區(qū)和國家之間的氫能貿易每年可創(chuàng)造2800億美元以上的出口收入，其中北非每年1100億美元、北美630億美元、澳大利亞390億美元、中東200億美元。氫能貿易的自由和多樣化可以顯著降低成本，提高能源安全，促進發(fā)展中國家和新興市場的經濟發(fā)展。清潔氫的出口收入可以幫助化石燃料出口國抵消石油、天然氣和煤炭出口收入的下降。
區(qū)域間氫能貿易有助于減少氫能需求與低成本氫能供應之間在地理上的不匹配。需求國家，如歐洲國家、日本和韓國可能無法自產足夠的低成本氫氣；與此同時，澳大利亞、非洲和拉美的部分地區(qū)則擁有相對豐富的可再生資源和充足的可用土地，能生產出具有成本競爭力且超過其需求的綠氫。這種差異自然會帶來貿易機會。澳大利亞、智利、德國和日本等國家可根據自身情況將自己定位為未來的氫能進口國或出口國。各國之間已簽署了幾個諒解備忘錄，這將有利于南部國家發(fā)掘可再生能源多樣化潛力。而要實現這一全球貿易愿景，運輸基礎設施將成為關鍵。
主要綠氫進口國和出口國概況
全球各國在可再生能源稟賦和土地可用性上存在多樣性，這將在綠氫生產成本和規(guī)模上造成巨大差異。一個國家的氫能消費狀況取決于人口規(guī)模、產業(yè)結構和經濟發(fā)展狀況，而國際氫能貿易又受到消費狀況和生產潛力差異的影響。氫能供應不足的國家可從國際市場采購全部或部分氫能來降低成本；而具有低成本氫能生產潛力的國家則可通過氫能出口實現收入最大化。
從資源稟賦和生產潛力來看，智利、摩洛哥、沙特、西班牙、英國、日本、中國和美國都各有特色。
南美的智利北部擁有全球最強太陽輻射，具備可再生能源出口潛力；北非的摩洛哥擁有豐沛的太陽能和風能，又兼具靠近歐盟市場的便利；沙特則將受益于強太陽輻射和廣袤的土地。德勤報告顯示，到2050年，沙特將生產3900萬噸低成本綠氫，是其國內需求的4倍，將成為重要的綠氫出口國。目前，該國已參與了幾項綠氫出口國際貿易協(xié)定，并將之視為擺脫石油出口依賴、實現經濟多元化戰(zhàn)略的基石之一。
西班牙的太陽能也極豐富，是歐洲綠氫生產最佳候選國家之一。預計到2050年，西班牙可能接近實現氫能自給自足。西班牙地理位置優(yōu)越，可通過與摩洛哥的管道大量進口北非綠氫，再通過泛歐運輸基礎設施輸往歐洲的需求端（尤其是德國），去年底宣布的巴塞羅那—馬賽氫管道項目（價值26億美元）將極大限度地降低西班牙氫能的運輸成本。
英國的風能較豐富，可充分發(fā)揮其潛力年產約750萬噸綠氫。但英國對綠氫的需求也不小，英國最新氫能戰(zhàn)略顯示，2030年后對氫能的需求將出現強勁增長（德勤預測到2050年英國可能需要1200萬噸綠氫），因此可能成為綠氫進口國之一。
日本由于受到有限的可再生能源和過度稠密的沿海人口雙重限制，無法生產綠氫，而其高度的經濟工業(yè)化卻將推高綠氫需求水平，因此將是主要的氫能進口國之一。
美國和中國的可再生能源雖然豐富，但綠氫生產也同樣會受到限制，如適合生產綠氫的土地（沙漠）遠離消費中心或出口中心，這可能導致高昂的運輸成本，妨礙其提供價格有競爭力的綠氫。
化石燃料向清潔氫轉型需要大量資金
德勤預測，到2050年，實現凈零排放目標需要對全球氫供應鏈累計投資9萬億美元以上，其中發(fā)展中國家需投資3.1萬億美元。這些數字可能聽起來令人生畏，但平攤到25年的時間跨度，則年平均投資額實際上并不高于2022年投入油氣生產的資金（4170億美元）。如果各國政府和公司能將投向油氣的資金用于清潔氫，實現凈零排放目標大有希望。德勤建議，氫能主要消費地區(qū)和產區(qū)，即中國、歐洲和北美（氫氣產能將占全球總產能一半以上），應分別向氫能領域投資2萬億美元、1.2萬億美元和1萬億美元，同時還應從發(fā)展中國家和新興國家籌集大量資金，其中北非約9000億美元，南美約4000億美元，撒哈拉以南非洲和中美洲各3000億美元。德勤認為，在這些國家或地區(qū)發(fā)展綠氫經濟能有效吸引外國投資。
當前政策決定未來
德勤認為，各國應果斷采取扶持綠氫的政策，有助于擴大清潔氫經濟的發(fā)展規(guī)模，確保綠氫在實現碳中和的道路上發(fā)揮關鍵作用。迄今為止，已有140多個國家（合計占全球碳排放量的88%）設定了凈零排放目標。但根據已宣布的清潔氫項目數據，到2030年，全球將僅有4400萬噸氫當量的清潔氫產能，僅為全球清潔氫需求的1/4。因此，采取有針對性的扶持政策對清潔氫的生產至關重要，確保早期項目（如試點項目和系列項目）的順利開展，使其擁有一個相對公平的競爭環(huán)境，能進入市場實現規(guī)模經濟。德勤建議政策制定應關注3個方面。
一是應奠定氣候導向的市場基礎。決策者可制定國家和區(qū)域戰(zhàn)略，提高氫能發(fā)展前景的可信度。建立穩(wěn)定的共享清潔氫認證程序，確保透明度，避免技術封鎖。擴大國際合作規(guī)模，緩解政治摩擦和確保公平競爭。
二是創(chuàng)建一個可行的商業(yè)案例。使用有針對性的策略，如強制性指令、直接發(fā)放補貼、制定碳差價合同、財政激勵措施、提供公共擔保，以及為氫產品設定目標或開辟市場，縮小清潔氫技術和化石燃料技術之間的成本差距。也可建立長期承購機制，如德國的H2Global項目，因采用了承購方式，大幅降低了項目風險，彌合了價格與支付意愿之間的差距，使價格更穩(wěn)定。
三是保持氫能發(fā)展的長期韌性。國家戰(zhàn)略應著眼于從貿易伙伴到設備和原材料供應商的整個清潔氫價值鏈的多樣化，避免在增長過程中出現代價高昂的瓶頸，同時增加市場彈性。公共政策支持還應關注運輸（管道和海上道路）和儲存（戰(zhàn)略儲備）清潔氫產品的基礎設施設計。各國政府也應致力于開展國際合作，加強能源、氣候和發(fā)展政策之間的協(xié)同作用，包括促進強有力的區(qū)域一體化。
清潔氫市場的出現，意味著清潔氫價值鏈的每個階段都將充滿機遇和挑戰(zhàn)。實現碳中和不僅需要對非清潔氫進行脫碳，而且需要將氫生產規(guī)模擴大6倍以上，才能滿足能源轉型產生的需求。要實現這個目標，需要在燃料電池和航空燃料生產過程中的碳減排技術，電解槽、太陽能電池板和風力渦輪機等制造技術，氫氣生產、運輸和儲存等基礎設施技術方面取得突破性進展，還要同時建立新供應鏈和開展全球范圍內的氫能貿易。
全球氫能價值鏈的發(fā)展路徑取決于一系列的選擇，合適的供應技術、政府的傾向性、氫能生產和消費地點，以及相應能源貿易路線等都存在很大不確定性。任何抉擇都意味著氫經濟利益相關方之間可能存在沖突，這些利益相關方包括制定能源安全和產業(yè)政策的各國政府、能源供應商和公用事業(yè)部門、設備制造商、消費者和運輸行業(yè)（航運公司和港口設施管理人員等）。
盡管如此，2050年前，實現碳中和仍是人類不變的使命。德勤報告的預測基于這樣一種假設，即到21世紀中葉，全球經濟達到碳中和，各國政府和企業(yè)積極應對金融和地緣政治問題，允許清潔氫貿易以多元化的方式自由開展，而在這個過程中，氫能資源國將發(fā)揮不可或缺的作用。這個假設也許并不現實，但這樣的“野心”是必要的，它可以激勵人類抓緊時間應對全球變暖，創(chuàng)造公平的發(fā)展機會，通過多元化的氫價值鏈，提高全球能源安全、減少供應鏈中斷風險。
