氢能开发利用的全球竞速与晋级(基维百科和什么是固态金属氢)

财经资讯 2023-03-28 06:09:34

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氢能开发利用的全球竞速与晋级

美国物理学家Ranga Dias及其团队日前宣布取得突破的“室温超导”技术中，氢是除氮和钚之外排名第一的超导体组成材料，虽然“室温超导”技术的成果真实性还有待进一步论证与确认，但氢作为一种清洁能源所携带的巨大商业与社会价值却是不可置疑的，尤其是在推动各国能源结构转型升级以及实现全球“碳中和”目标上，氢更能发挥十分重要的作用，由此驱动各主要经济体围绕着氢能开发与利用的脚步不断提速。

在门捷列夫的元素周期表上，氢(H)位于63种化学元素之首，这不仅仅是理论上说氢只有一个质子，同时也代表氢是宇宙中分布最广泛的物质，整个宇宙质量的75%都由氢所构成，并隐匿于从天空的大气到地下的水流甚至地壳中的岩石层以及石油天然气和煤炭等化石燃料中，而正是因为分布于不同的载体，氢作为二次能源就有山门派系之别。从煤炭、石油等化石燃料以及工业副产品中制取的氢称为灰氢，但如果通过碳捕获技术隔离掉了取氢过程的二氧化碳，灰氢就变成了蓝氢，同时从电解水、光能、风能等可再生能源或生物质中制取的氢则叫绿氢。

理论上看，虽然氢是重量最轻的化学元素，但却是除核燃料外所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中能量密度最高的一种能源，导热系数是绝大多数气体的10倍以上，说得通俗点就是，氢气不仅容易点着，而且火焰传播速度快，作为能源用在汽车等交通工具上可使发动机快速点火启动，作为能量用于火箭等航天器的发射可使飞行工具更敏捷起飞，作为动能作用于机械等生产工具可以让作业效率更高。

不仅如此，由氢作为燃料所生成的许多产品还具有明显的性价比优势，比如车用氢电池就比车用汽油成本几乎要低出一半，镍氢电池也比锂电池便宜不少。动态上看，国际能源署与国际氢能委员会的研究成果显示，规模化是降低氢能成本的关键，一旦使用量上来，氢能源系统的制取成本会以每年20%~30%左右的速度下降，到2030年氢能产业链整体成本至少会下降50%。

更为重要的是，由于氢气的比重只有整个空气的十四分之一，等于一旦泄漏出来就会往天空中跑，而且跑得非常快，快到没来得及燃烧和没来得及爆炸就已经挥发掉。

因此，氢气实际上是一种非常安全的气体。而更有意义的是，氢燃烧的产物是水，丝毫不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物以及粉尘颗粒等危害环境的负外部性产品，所以，氢也算得上是世界上最友好的能源。

对于人类的整个能源系统而言，氢的比例越高，成分结构就越干净，氢能由此被称为“21世纪的终极能源”。

鉴于自身所携带的高效性、经济性以及安全性等多功能特征，氢的使用场景特别广泛。

在工业领域，氢气可以代替焦炭和天然气作为还原剂，消除炼铁、炼钢过程中的大部分碳排放，同时氢作为十分重要的化工原料可用于合成氨、甲醇、炼化、煤制油气等生产过程，将煤、天然气制灰氢升级为电解水制绿氢，在此基础上生成绿色甲醇和绿氨，带动相关生产过程中二氧化碳的显著减少和排放。

在建筑领域，氢燃料电池为建筑物发电，可回收废热用于供暖和热水，同时，当将氢气输送到建筑终端时，建筑中的电加热，替代传统的锅炉加热；另外，可以借助相对完整的天然气管网将氢气以恰当的比例混合到天然气中，并输送到数千户家庭。据估计，到2050年，全球10%的建筑供暖和8%的建筑能源由氢气提供，每年可减少7亿吨二氧化碳。

在交通领域，氢作为燃料电池除应用于乘用车之上外，也可作为燃料内燃机动力在飞机、轮船等非陆地交通载体上大显身手。目前来看，全球氢燃料电池汽车总量虽只有1.6万辆，但国际氢能委员会预测2050年全球至少有2500万辆汽车搭载氢燃料电池；另根据国际海事组织的预测，由于船舶替代使用了氢能，至2030年全球海运领域二氧化碳平均排放量相比目前至少降低50%，同时因使用了氢燃料，全球飞机排放气体对气候的影响将降低50%~75%。

在电力领域，氢气作为新型能源替代煤炭等不可再生能源进行发电，在实现对传统电能生成系统彻底颠覆的同时，也从电力源头上杜绝了碳排放，不仅如此，氢气可以配合可再生能源形成弹性高与持续性强的电力供给体系，也就是在低功耗期间将风能与光伏等产生的余电进行电解水而生成氢，到用电高峰时再变成电投入使用，而且相比于电化学储能与抽水储能，氢储能的容量更大，持续更长，由此既可以实现对再生能源的有效消纳，也能增强电网的稳定性与持续性。

综合评判，时下全球氢气需求量约为7000万吨/年，但根据国际氢能源委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》， 2050年全球氢能源需求将增至目前的10倍，至2070年将达到5.2亿吨。当然，任何行业对氢能的需求，都涉及氢的制取、氢的储运、氢的交易、氢的分发和使用等全产业链过程，据国际氢能委员会预测，到2050年全球氢能产业链产值将超过2.5万亿美元。

基于氢能的巨大使用场景以及庞大的产业链价值，氢能的开发与利用不仅成为了许多国家实现能源转型的重要路径，而且上升为国际竞争的重要部位。

按照美国能源部发布的《国家清洁氢能战略与路线图》，2030、2040和2050年美国国内氢需求将分别升至1000万吨、2000万吨和5000万吨/年，同时2030年与2035年前分别将制氢成本降至2美元/kg和1美元/kg；同样，欧盟Repower EU规划提出，到2030年要实现自产和进口各1000万吨/年的可再生氢目标，为此，欧盟将通过欧洲氢能银行、投资欧洲计划等多个项目对氢能提供融资支持。

紧随欧美的脚步，日本“2050碳中和绿色增长战略”计划于2030年实现国内氢产量达到300万吨/年，2050年达到2000万吨/年，而韩国的《促进氢经济和氢安全管理法》也提出了2050年实现进口氢替代进口原油的目标。初步统计，目前全球已有42个国家和地区发布了氢能政策，36个国家和地区的氢能政策也正在筹备中。

从商业层面看，截至目前，全球已经启动的680多个大型氢能项目绝大部分都是由企业直接出资开发，包括埃克森美孚在得克萨斯州开发的全球最大低碳制氢设施、西班牙伊比德罗拉电力公司在普埃托里亚诺建设的欧洲最大工业用氢能工厂、法国企业Lhyfe正在筹建的全球首个海上氢气工厂等。除了在本土加大布局外，跨区域投资也成为了企业开发氢能的重要方向，如德国可再生能源开发商 Svevind Energy Group斥资500亿美元在哈萨克斯坦投资建设的氢能项目，世界能源公司投资120亿美元在加拿大斯蒂芬维尔等地开建的氢能基地等。数据显示，截至2022年底，全球氢能领域的直接投资额近2500亿美元，而根据国际氢能委员会预测，到2030年该投资总额将升至5000亿美元。

从氢能建设方向看，绿氢成为了各国一致性的开发重点。美国的《通胀削减法案》提出为绿氢提供最高3美元/kg的税收抵免，而按照启动不久的欧盟绿色交易工业计划，欧盟创新基金将为绿氢提供8亿欧元的专项补贴，同时日本也推出了2万亿日元的绿色创新基金用以建设大规模的绿氢供应链，韩国则计划到2030年构建100兆瓦级绿氢量产体系。

与发达国家抢夺全球绿氢市场相竞争，新兴市场国家也不约而同地瞄准了绿色氢能，包括印度政府拨款23亿美元用于支持绿氢产业，沙特超级未来城市工程NEOM的目标就是要在境内建成一个超过2吉瓦的水电解制氢工厂，阿联酋计划五年内每年斥资4000亿美元扩展绿氢市场，另外，南美洲的巴西、智利以及非洲的埃及、纳米比亚等都宣布了绿氢投资计划。受到影响，国际能源组织预测，到2030年全球绿氢产量将达3.6万吨，2050年达到3.2亿吨。

(作者系中国市场学会理事、经济学教授)

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