編者按：
習(xí)近平總書(shū)記指出：“實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。”要實(shí)現(xiàn)“雙碳”宏偉目標(biāo)，必須堅(jiān)持“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我們將收集多方信息，撰寫(xiě)“技術(shù)進(jìn)步與綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展”系列文章，介紹一些產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前沿和技術(shù)進(jìn)步為此發(fā)揮的重要作用，以供參考。本文是此系列的第1篇。
氫能是一種清潔、高效、可再生、應(yīng)用廣泛的二次能源，發(fā)展氫能可以大量替代化石能源、優(yōu)化其能源結(jié)構(gòu)、提高能源系統(tǒng)彈性，是推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、保障國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略選擇，并對(duì)減少二氧化碳等溫室氣體排放、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)有重要意義。
一、氫能有潛力成為一種理想的新能源
氫能集眾多優(yōu)點(diǎn)于一身。一是氫氣易燃燒、熱值高，1克氫氣完全燃燒可釋放431千焦的熱量，而1克標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值約29千焦。二是氫在自然界中普遍存在、儲(chǔ)量豐富。三是氫可利用多種本地資源生產(chǎn)，如，風(fēng)電、光伏電或電網(wǎng)電力分解化石燃料、生物質(zhì)、水來(lái)獲得。四是氫氣燃燒后主要產(chǎn)生水，可回收再制氫，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。五是氫氣燃燒清潔環(huán)保，尤其是沒(méi)有碳排放。六是氫有多種利用方式，如直接燃燒產(chǎn)生熱能、用于燃料電池等。七是氫隨溫度降低，可從氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)、固態(tài)存在，能適應(yīng)儲(chǔ)運(yùn)及各種不同應(yīng)用環(huán)境，便于儲(chǔ)能運(yùn)輸，同時(shí)因自重輕，可有效增加運(yùn)輸載荷量和降低運(yùn)輸成本。
氫因其生產(chǎn)來(lái)源和生產(chǎn)過(guò)程中的排放情況不同，可簡(jiǎn)要分類為灰氫、藍(lán)氫和綠氫。灰氫主要來(lái)自化石燃料，制取技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低、當(dāng)前產(chǎn)量最大，但會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳及污染物排放。藍(lán)氫主要來(lái)自工業(yè)副產(chǎn)氫氣提純，制取時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳可采用碳捕捉、利用與封存（CCUS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳中和，但成本昂貴。綠氫指通過(guò)電解水獲得的氫，若使用可再生能源進(jìn)行電解制取，可達(dá)到凈零排放，但電量消耗大，約占總生產(chǎn)成本的75%。綜合碳強(qiáng)度和生產(chǎn)成本等因素，在社會(huì)接受度上，有“灰氫不可取，藍(lán)氫可以用，廢氫可回收，綠氫是方向”的說(shuō)法。2020年12月，中國(guó)氫能聯(lián)盟發(fā)布《低碳?xì)洹⑶鍧崥渑c可再生能源氫氣標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)定》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定，對(duì)制備單位氫氣的碳排放量，低碳?xì)涞拈撝禐?4.51 kgCO2e/kgH2，清潔氫和可再生氫的閾值為4.9 kgCO2e/kgH2，可再生氫同時(shí)要求制氫能源為可再生能源。這是全球首次通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)形式對(duì)氫的碳排放進(jìn)行量化。
影響氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素中，有兩點(diǎn)受關(guān)注較多。一是降低成本。據(jù)報(bào)道，2021年上半年，國(guó)內(nèi)氫氣產(chǎn)量同比增長(zhǎng)25%，成本和銷售價(jià)格持續(xù)下降，四年內(nèi)成本下降約50%。只有隨各項(xiàng)技術(shù)突破、產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大后，我國(guó)制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫、用氫等各環(huán)節(jié)的成本，才能效仿我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)向平價(jià)化推進(jìn)。其中，代表氫能發(fā)展方向、可廣泛用于交通、工業(yè)、建筑等高排放行業(yè)深度脫碳的綠氫，其制備成本的下降有賴于可再生能源電力成本的下降。另一是防治儲(chǔ)運(yùn)中的“氫脆”問(wèn)題。現(xiàn)有的氫儲(chǔ)運(yùn)管道和燃燒系統(tǒng)通常使用鋼或合金鋼材料，溶于鋼的氫會(huì)破壞鋼的結(jié)構(gòu)，造成脆化開(kāi)裂。以目前的技術(shù)，氫脆只可防，不可治，這為如何安全高效利用氫能提出了技術(shù)攻關(guān)要求。
二、積極發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)已成為全球趨勢(shì)
氫氣最初被用作驅(qū)動(dòng)火箭的燃料，未被廣泛使用。上世紀(jì)70年代，因石油危機(jī)和環(huán)保運(yùn)動(dòng)，國(guó)際社會(huì)才開(kāi)始考慮能否把氫能用作一種主體能源，并迎來(lái)氫能研究和開(kāi)發(fā)的第一波高潮，但隨石油危機(jī)的解除而很快退潮。上世紀(jì)90年代后至今，國(guó)際社會(huì)為推進(jìn)氣候行動(dòng)，再次關(guān)注氫能，形成氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮，期間在油價(jià)、金融危機(jī)等因素影響下仍有起伏，但趨勢(shì)已成。
近年來(lái)，國(guó)際上已有30多個(gè)國(guó)家已經(jīng)或正在制定氫能發(fā)展戰(zhàn)略。如，美國(guó)是最早將氫能及燃料電池列入能源戰(zhàn)略的國(guó)家，上世紀(jì)70年代便提出“氫經(jīng)濟(jì)”概念，90年代后持續(xù)頒布多項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃及支持政策，從政策評(píng)估、商業(yè)前景預(yù)測(cè)，方案制定、技術(shù)研發(fā)，示范推廣等方面制定發(fā)展路線。2020年11月，美國(guó)能源部最新版《氫能計(jì)劃發(fā)展規(guī)劃》預(yù)期，到2050年，氫能將占據(jù)美國(guó)能源需求14%的比例。又如，歐盟于2020年7月發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》，氫能將支持工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域去碳化，成為其“能源一體化戰(zhàn)略”的重要內(nèi)容。為此，歐盟將分三步走并規(guī)定了具體指標(biāo)：2020-2024年為啟動(dòng)階段，奠定歐盟氫能經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)；2025-2035年為提升階段, 實(shí)現(xiàn)氫能商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；2035-2050年為市場(chǎng)增長(zhǎng)階段，可再生能源制氫技術(shù)逐漸成熟和實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。再如，日本是全球首個(gè)提出建設(shè)“氫能社會(huì)”的國(guó)家，有著世界領(lǐng)先的氫能技術(shù)，氫能和燃料電池技術(shù)專利數(shù)約占全球30%，預(yù)期到2030年實(shí)現(xiàn)氫燃料全面平價(jià)化、氫產(chǎn)業(yè)全面商業(yè)化，氫社會(huì)初具規(guī)模。此外，有報(bào)道非洲大陸已有5個(gè)氫能項(xiàng)目：南非于2022年2月公布了非洲首個(gè)國(guó)家氫能發(fā)展路線圖，并將打造“氫谷”；納米比亞、毛里塔尼亞、埃及和摩洛哥正在發(fā)展綠氫生產(chǎn)。
當(dāng)前，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展正步入快車道，多項(xiàng)政策密集出臺(tái)：2019年首次寫(xiě)入政府工作報(bào)告，《2020年能源工作指導(dǎo)意見(jiàn)》點(diǎn)名推進(jìn)，2021年正式納入國(guó)家“十四五”規(guī)劃，今年3月頒布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》要求強(qiáng)化氫能等前沿科技攻關(guān)和適度超前部署一批氫能項(xiàng)目，隨后頒布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》提出要構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展體系。據(jù)報(bào)道，今年的全國(guó)“兩會(huì)”上，30多位代表委員就氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提交了議案和提案。在政策鼓舞下，各地正在加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局。一些省市陸續(xù)發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)規(guī)劃。長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海等地區(qū)已初步形成氫能產(chǎn)業(yè)集群。另?yè)?jù)國(guó)資委消息，超過(guò)1/3的央企已在對(duì)包括制氫、儲(chǔ)氫、加氫、用氫等全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行布局，并取得了一批技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用成果。
三、技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)了氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
這方面的例子很多，下面從近期報(bào)道中選摘3項(xiàng)。
一是北京冬奧成為氫能盛會(huì)。2月4日，冬奧會(huì)張家口賽區(qū)太子城火炬以綠氫點(diǎn)燃，這是冬奧近百年來(lái)首次采用綠氫為燃料的火炬，不僅創(chuàng)造了冬奧火炬用能歷史，更向世界展現(xiàn)了我國(guó)新能源領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。同時(shí)，在北京冬奧會(huì)園區(qū)內(nèi)，共運(yùn)行著超過(guò)1000輛氫燃料電池汽車，包括來(lái)自豐田、吉利、北汽、宇通、福田等車企的公交車、小轎車、特種車等，并配備了30多個(gè)加氫站，是迄今為止全球最大規(guī)模的一次氫燃料電池汽車示范運(yùn)營(yíng)。
二是高爐富氫冶煉技術(shù)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)完成。氫氣參與冶金過(guò)程是大幅降低碳排放的重要途徑，也是關(guān)鍵革新性技術(shù)。2022年4月，上海大學(xué)與昌黎縣興國(guó)精密機(jī)件有限公司聯(lián)合試驗(yàn)完成了以純氫為噴吹氣源的高爐富氫冶煉技術(shù)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了降低焦比10%以上，碳排放量減少10%以上，鐵產(chǎn)量增加13%以上，獲得鋼鐵生產(chǎn)中大規(guī)模安全使用氫氣的寶貴經(jīng)驗(yàn)。
三是全球首條鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫裝置生產(chǎn)線投產(chǎn)測(cè)試。上海交通大學(xué)與上海氫楓能源技術(shù)有限公司合作開(kāi)展鎂合金固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的研發(fā)生產(chǎn)。2022年4月，河南省新鄉(xiāng)高新區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)園的第一條鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫裝置生產(chǎn)線建成并投產(chǎn)測(cè)試
供稿：中國(guó)清潔發(fā)展機(jī)制基金管理中心 馮林琳、溫剛
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