全球氢能赛道已经开启

氢能具有储量丰富、绿色低碳、燃烧热值高等优点，其产业链主要分为制氢、储运、加氢、用氢等，每个环节都是万亿级“赛道”。氢气很难从自然界中直接大量获取，需要依靠不同的技术路径和生产工艺进行制备。目前，主要的制氢路径包括化石能源重整、工业副产品提纯、电解水制氢。根据生产来源和碳排放量的不同，氢气可以分为灰氢、蓝氢、绿氢3种类型。

氢的储存主要有气态储氢、液态储氢和固态储氢3种方式。高压气态储氢已得到广泛应用，低温液态储氢在航天等领域得到应用，有机液态储氢和固态储氢尚处于示范阶段。目前，储氢成本居高不下，核心技术突破有限，成为制约氢能发展的关键。氢的运输方式主要有气态运输、液态运输和固态运输3种方式。氢的主要用途包括燃料用氢、原料用氢、储能用氢3种。目前，全球氢能发展如火如荼。国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，确定了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。据中国氢能联盟预计，至2050年，氢气管网将密布于城市、乡村，车载储氢将采用更高储氢密度、更高安全性的储氢技术。全球各国对绿氢的重视程度也越来越高，欧盟发布了《欧盟氢能战略》，旨在推动氢能在工业、交通、发电等领域的应用；近日，美国能源部宣布，将斥资70亿美元在全美各地建立7个区域性清洁氢中心，用于生产氢燃料，打造全新的氢能产业。

氢能与传统的油气产业链关系紧密，与石油石化行业高度契合。在氢能产业发展上，油气企业具有强大的制氢能力、成熟的能源安全管理经验、全面的网络站点体系，拥有资源规划、炼化生产、油气储运及零售终端建设、运维等多方面技术基础与优势。当前，在低碳转型压力下，全球各大石油企业不约而同地把目光投向了氢能“赛道”，依据自身的业务布局和发展规划，探索各自独具特色的氢能产业发展模式。石油公司发展氢能的主要路径包括：上游电解水制氢，中游碳捕集、利用与封存（CCUS），下游氢燃料电池，以及基于可再生能源微网的电氢氨一体化等。

从制氢端来看，采用光伏、风电等新能源电解水制造“绿氢”已成为全球业界的共识，也是氢能产业化的重点。电解水制备氢气可以分为碱性电解水（ALK）、质子交换电解水（PEM）、高温固体氧化物电解水（SOEC）和固体聚合物阴离子交换膜电解水（AEM）制氢。其中，碱水和PEM制氢处于商业化阶段，SOEC和AEM制氢还处于研发阶段。

化石燃料与CCUS相结合制氢被视为工业高排放领域降碳的希望。为现有的制氢设施配备CCUS是减少排放和扩大低排放氢供应的关键举措。从行业整合来说，国外涌现出包括Carbon Clean、ION Clean Energy等聚焦碳捕集的公司，以及Storegga、Summit Carbon Solutions等聚焦碳运输和封存的公司。

在国内，中国石油、中国石化、延长石油等公司具备全流程垂直一体化整合的能力。例如，中国石油在吉林油田、长庆油田、新疆油田等加大CCUS部署力度，注气能力明显提升，二氧化碳年注入量突破100万吨。需要注意的是，在成本核算方面，国内制氢面临着政府补贴下降对持续经营带来的挑战，因此，快速消纳成为氢能产业竞争力提升的关键，需要“一盘棋”考虑，算好经济账单。同时，在实施过程中还需要综合考虑管道氢脆等潜在风险因素，做好超前预警与应急管理。

从应用领域来看，燃料电池是氢能的重要应用之一，具有燃料能量转化率高、噪声低以及零排放等优点，市场需求空间巨大。氢燃料电池是在电催化剂的作用下，通过氧化还原反应将氢气的化学能转换成电能的装置，在续航里程、加注时间、低温适应性上有一定的优势。未来氢燃料电池在重卡和公交等商用车领域有较好的应用前景，但在其他领域的普及尚需时间。目前，氢燃料电池系统的成本已下降到每千瓦3000元，比2020年降低了80%，电堆体积功率密度达到每升4000瓦，比2020年提升了35%。然而，与锂电和钠电相比，其转化效率仍然较低。预计随着加氢站等基础设施建设的增加，在船舶、重卡等领域会涌现更多氢燃料电池示范产品。

电氢氨一体化是为解决氢气长距离储运成本较高问题而衍生出的新型技术，将可再生能源电解水产生的绿色氢气作为原料气参与合成氨反应，降低了合成氨工业的碳排放。在下游，合成得到的氨可作为原料，用来制造氮肥、硝酸、铵盐和氰化物等无机化合物，以及胺和磺胺等有机化合物。同时，氨也可作为氢能运输的载体。

从运输领域来看，目前，氢储运技术尚未解决能效性、安全性等问题，且广泛采用的高压氢气运输存在储氢密度低、压缩能耗高等问题，无法实现氢的大规模远距离运输。因此，将氢能变成氨醇等易于运输的载体，是未来氢能发展的重点方向。

以一个千万千瓦级海上风电场为例，可采用“宜氢则氢、宜氨则氨、宜醇则醇”的方式，每年产生的海上绿电可合成绿氢、绿氨、绿醇等，带动形成氢、氨、醇的制、加、储、运全产业链高端装备集群发展。国际石油公司也看到了氨氢融合的发展机遇。沙特阿美不仅与现代重工签署了氢能燃料及氨能燃料的相关业务合作协议，还联合美国空气产品公司在沙特投资NEOM绿氢/绿氨项目，未来将全部由可再生能源供电，计划于2026年完成。

氢能的“春天”已来，然而其发展的核心技术和关键材料仍存在诸多不确定性。未来，能源行业要充分利用能源“一张网”的优势，充分发挥大型石油石化企业的带头作用和电力系统在电网端的优势，利用其深厚的技术积累，加强统筹、科学组织全产业链的关键核心技术攻关，着力解决实际应用中的关键难题，避免因研发资源分散而产生低效竞争。

各国氢能战略

美国：氢能成为新能源“宠儿”

作为第一个发布氢能战略的国家，美国很早就完成了氢能发展的顶层设计。根据中国科学院青岛生物能源与过程研究所预测，2023年—2025年为美国氢能早期规模化发展阶段，到2025年，全美各种应用的氢总需求量将达到1300万吨。到2030年底，全美各种应用的氢需求总量将突破1700万吨。同时，全美将有4300个加氢站投入运营。

美国近些年一直在持续推动氢能产业的发展。2020年11月，美国能源部在2002年规划基础上，发布最新版《氢能项目计划》，致力于氢能全产业链的技术研发，提出推动清洁、经济、可靠的氢能技术研发和规模化应用，到2050年，氢能要满足全美14%的能源需求。

2023年6月，美国发布《美国国家清洁氢能战略和路线图》，提出到2030年，每年生产1000万吨清洁氢，2040年达2000万吨，2050年达5000万吨。美国拟从2027年开始以氨的形式出口清洁氢，到2030年成为最大的氢能出口国之一。2023年8月，美国能源部宣布投入3400万美元，支持19个清洁氢能前沿技术研发项目。10月，美国政府宣布将利用两党基础设施法案提供的资金，在全美建立7个地区性清洁氢中心，目标是每年生产300多万吨清洁氢气，达到2030年美国清洁氢气产量目标的近三分之一。这些中心的公共和私人投资总额将达到近500亿美元，每年将减少2500万吨二氧化碳排放。

2023年12月23日，拜登政府又发布了针对氢能行业的税收抵免提案，希望以此促进美国可再生能源及其技术的发展。根据这份提案，美国清洁氢气生产商可获得的税收抵免规模取决于每个项目的生命周期温室气体（GHG）排放量，企业生产每千克清洁氢补贴范围从60美分到3美元不等，为期10年。

欧洲：顶层设计加快氢能发展

欧洲对氢能的布局主要围绕降低温室气体排放的目标。在交通领域，欧洲积极布局加氢站建设，推动氢燃料电池车发展。包括德国、法国、英国、荷兰、瑞士和西班牙等在内的国家都在积极部署加氢站。《欧洲氢能路线图：欧洲能源转型的可持续发展路径》中提出，到2030年，氢能将得到较为广泛的应用，氢气将会取代7%的天然气。

2023年2月，欧盟重新定义了可再生氢的构成，要求生产氢气的电解槽必须与新的可再生电力生产相连，以确保可再生氢的生产能够激励可再生能源并网。同年3月，欧盟规定，到2030年，可再生氢在工业氢需求中所占比例要达到42%。为了满足这个配额，预计将需要210万—420万吨的可再生氢总产量。同时，到2030年，需要安装22—43吉瓦的电解槽装机容量。德国政府于2023年7月通过了新版《国家氢能战略》，预计到2030年，德国的氢能需求量将达到130太瓦时。此外，德国还计划在2024年开设全球首个氢交易所。

法国政府重申了到2030年电解槽达到6.5吉瓦的目标，到2035年电解槽将增至10吉瓦，以生产低碳氢气。英国2022年就提出，生产者出售氢的价格与发电用液化天然气价格的差额将由政府支付。

欧盟地区的绿氢补贴计划相继提出。欧盟继2023年3月宣布推出欧洲氢能银行后，欧盟委员会于2023年11月开始，为欧洲经济区（EEA）的可再生氢生产商提供为期10年、最高4.5欧元/千克的固定补贴；法国政府宣布为现有的氢能补贴计划提供1.75亿欧元资金，用以支付氢的制、储、运、加及应用的设备成本，重点打造氢能交通基础设施；荷兰政府宣布从2024年开始，增加10亿欧元财政支出，专门用于补贴可再生能源制氢项目。

日本：大力推动氢能普及

日本将氢能作为国家能源战略储备，在技术和应用方面都给予了非常高的重视。日本的氢能相关技术专利数量全球领先。其中，燃料电池产业专利数量最多。

为了实现氢能战略和计划目标，日本政府从财政、税收、金融等多方面政策着手，引导资金、人力等资源流向氢能汽车产业，促进氢能汽车产业技术研发应用、市场培育发展。日本政府于2023年6月对其2017年制订的《氢基本战略》进行了修订，重点增加了氢作为燃料的使用，计划到2040年，使氢能的使用量增长6倍，达到1200万吨；同时，公共部门和私营企业也将在未来15年共同投资15万亿日元推广氢能的应用。2023年12月，日本政府又宣布，计划在15年内投入3万亿日元用来推动氢能源的普及。

日本在研发氢燃料电池车的同时也在积极推进加氢站的建设。据公开数据显示，截至2023年11月，日本共有161个加氢站，其中大约三分之一集中在首都圈地区。

本文内容来源于：徐泉 中国石油大学（北京）碳中和未来技术学院，中国石油报，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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