开栏语
自本期起本刊专家视点开设“孙仁金专栏”。孙仁金现任中国石油大学（北京）经济管理学院、重质油全国重点实验室，教授、博士生导师，化学工程与技术工学博士。他曾受国家留学基金资助赴加拿大自然资源部CanmetENERGY研究中心、阿尔伯塔大学、美国得克萨斯大学阿灵顿分校等地访学和合作研究。孙仁金的研究领域涵盖能源与环境经济、投资经济评价、企业战略管控和绿色化工等。
漫话氢能利用与绿氢之路
文/中国石油大学（北京） 孙仁金
氢能作为新型清洁能源，能有效减少二氧化碳排放，现广为人知，但是在2019年之前，我国并未将其纳入国家能源体系，2019年《政府工作报告》提出要“推动充电、加氢等设施建设”，首次将氢能写入我国《政府工作报告》中，对氢能在国内的推广和应用具有里程碑式的意义，之后国家和地方相继出台诸多支持氢能发展的文件和举措。2022年3月，国家发展改革委、国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，以实现“双碳”目标为总体方向，明确了氢的能源属性，氢是未来国家能源体系的重要组成部分，自此氢能作为新能源的重要组成部分拉开了发展的大幕。
回溯氢（Hydrogen）被发现的历史，氢是一种化学元素，化学符号为H，原子序数为1，原子量为1.00794u，是化学元素周期表中最轻的元素。单原子氢（H）是宇宙中最常见的化学物质，在一定条件下，氢形成双原子分子（俗称氢气，分子式为H2），呈无色、无臭、无味非金属气体，无毒性，极易燃。氢气燃烧是放热反应，反应式：2H2+O2=2H2O+ΔE，氢气具有超高的能量密度，达到141.8MJ/kg，是汽油的3倍，锂电池的150倍，1kg氢完全燃烧释放的热量相当于39.722度电，而产物只有水，具有零碳排放特征。从18世纪70年代开始，氢气的应用从氢气球、飞船、氢冷汽轮发电机到镍氢电池，直至今天，氢能利用范围更加广泛，涵盖工业脱碳、燃料电池、储能、发电、动力汽车、船舶、航空、冶金和建筑供热等。历史上绝大多数氢的利用，都是基于黑氢、灰氢及蓝氢来源的，我国氢的来源主要是煤制氢、天然气制氢和工业副产氢，从全生命周期过程看，并非零碳或低碳排放。时至今日我们的灰氢产量及应用已经非常巨大，每年在三千万吨以上，而真正符合“双碳”目标作为绿色能源的需求为绿氢。何为绿氢？绿氢是利用化学能、电能、热能或太阳能等可再生能源产生的电力将水电解产生的氢气。整个生产过程中不排放二氧化碳，是清洁、可持续的能源。
2024年9月10日，十四届全国人大常委会明确“国家积极有序推进氢能开发利用，促进氢能高质量发展”。2023年，我国绿氢项目规划总投资超4000亿元，多项关于氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成的主要技术和生产工艺已取得显著进展，2022年北京冬奥会期间，总计超过一千辆氢燃料电池汽车和30多个加氢站投入了示范运营，部分光伏发电直接制绿氢项目建成投产，产生了非常好的示范效应，但是为什么现在绿氢的产业发展，没有达到预期？核心问题在于：一是核心技术需突破，尤其是降低绿氢的制、输及用的成本；二是绿氢产业链发展尚有瓶颈，产业规划、标准及管理法规等方面需配套完善；三是绿氢消费的下游产品及模式难以普及，所以现阶段绿氢发展的关键制约因素在于各环节成本高，导致市场不大。
氢能是个好东西，国家《“十四五”可再生能源规划》的发布，也提出了加快绿氢在化工、煤矿、交通等重点领域的替代，进一步明确了氢能未来的发展方向。从中央到地方政府都有相应的政策支持，大力推广氢能及燃料电池在交通、电力等领域应用，推进加氢站、制氢加氢一体站和氢储能的发展，但是绿氢的发展速度及规模仍然相对不尽如人意。
回顾光伏和风电的发展历程和经验看，从政府补贴支持发展到现在行业光伏平准化度电成本大幅下降，行业基本实现了市场化驱动发展，成为地方政府碳双控的有效抓手。光伏和风电的发展为什么没有政府补贴之后依然可以发展很快很好？而绿氢不能？答案在于：一是光伏、风电产业形成了从设备制造、开发建设，到运行维护完备自主的全产业链体系，产业制造成本持续降低，甚至获得了全球市场话语权；二是技术研发投入及技术进步巨大，光伏电池转换效率及风电装备均达到世界先进行列；三是产业投资形成了市场化驱动机制，许多传统民营油品企业，能够迅速弃油拥抱新能源或者转向贵金属矿产开发或新能源产业链上的装备制造等，就是看重其行业前景，回报率高，市场巨大。
反观绿氢行业发展，氢能相关产业技术、成本、商业模式上仍未显示出市场化优势。中国石油、中国电建、国家能源集团、三峡集团、国家电网、中国中车、中国船舶等央企都在积极探索布局绿氢制取项目。而绿氢产业链没有形成，央企绿氢相关技术储备并不能支撑绿氢的大规模市场化应用，故部分央企先前公布的氢能业务发展目标未能如期实现，就在情理之中。若绿氢发展的真正市场机遇到来，预计会有远超当前数量的民营资本涌入。然而，目前民营资本参与度极低，原因在于当前市场环境下难以盈利。仅仅强调绿色低碳并不足以吸引市场资本投入，事实上，2023年风险资本对绿氢领域的投资不足百亿元，绿氢产业投资进入了冷静期。不过，自2024年2月起，我国继续出台了一系列氢能产业政策，旨在构建涵盖氢能制、储、运、加、用等全产业链的政策体系。
未来，随着绿氢技术的不断进步，有望推动绿氢产业实现从量变到质变的飞跃，健全的产业链将加速绿氢成本的降低。在这一过程中，上游制氢企业将持续优化关键设备的设计和生产工艺，致力于提高电解效率并降低能耗。同时，输氢技术的国产化进程将加快，加氢站及纯氢管道的建设也将提速，从而大幅提升氢能的加注能力。此外，绿氢将在供热、钢铁、化工等工业领域逐步替代灰氢，实现更广泛的应用。在氢能下游消费端，产品种类将进一步拓展，持有成本也将降低，这将基于个体消费者的市场需求不断扩大。当这些条件逐一实现时，绿氢产业的春天将真正到来。
