全球碳中和目标下，能源转型和化石能源的替代，是工业、交通、建筑等领域深度脱碳的基础。

那么，哪种能源形式会成为未来清洁能源的主流形式呢？

就目前可行的技术路径来看，“绿电+绿氢”成为大多数国家的主流选择，或许可控的核聚变也是一种方向，但离商业化路途还比较遥远。“化石燃料+碳捕集（CCS）”最多只能算是过渡或补充，其他生物质能、地热能、海洋能等，规模都比较小，也只能作为清洁能源的补充。

氢能是一种高能量密度且无污染的二次清洁能源，而且来源多样，它是宇宙中最常见的元素，但它并不独立存在，只能从其他东西中提取，比如水中就含有大量氢元素。

出于价格考虑，目前氢能的主要来源是天然气和煤炭，全球超过95%的制氢来自化石能源，生产过程中均有二氧化碳排放，所以也叫“灰氢”，化石能源制氢+CCS则称为“蓝氢”。这两种方式，即使实现氢能大规模应用，仍无法达到深度脱碳的目标。

来源：李建林、梁忠豪等：《“双碳”目标下绿氢制备及应用技术发展现状综述》

只有通过可再生能源发电从水中提取氢，才叫“绿氢”。也就是通常所说的“绿电+绿氢”的组合，才是实现环境可持续发展和零碳排放，以及能源系统向新能源系统转型的方向。

但有时候方向对了，要在技术上有突破和成熟，商业规模上可应用，经济成本能承受，市场有竞争力，还需要很长的路要走。这跟以前的太阳能光伏发电一样，方向是对的，但前期搞太阳能的企业大多倒闭了，只有最近几年技术不断突破，太阳能价格开始直线下降，全球能源格局发生巨大变化，光伏企业才开始风生水起。

目前看，从可再生能源中提取氢气，也就是绿氢技术，可行性应该已得到了证实，而且风电和太阳能成本的持续下降，为电解水制氢提供了低成本、零排放的电力，而电力成本又占绿氢成本的50%左右，从这个角度看，绿氢经济具备了一定的前提条件。

正如远景科技集团CEO张雷认为，氢能作为“新石油”的角色正在登场，氢能高效低成本的大规模应用也已经开始。

从运用场景看，氢能除了可在燃料汽车上使用外，绿氢还是一种清洁燃料，它可以用来发电，也可以帮助炼油、化肥、钢铁和水泥等重工业脱碳，可大大减少全球的碳排放。

从市场规模看，据国际氢能委员会预测，在实现净零排放的情况下，2050年氢能在全球能源消费结构中所占比重将达22%。同时，要实现净零排放目标，氢能全产业链到2030年就需要有7000亿美元的直接投资，这意味着未来氢能有望成为万亿美元级别的大市场。

从中国市场看，中国氢能联盟预计，到2030年，中国氢能市场规模有望达4300万吨，其中绿氢的占比将从2019年的1%提高到10%，市场规模将增长近30倍。如果绿氢产业的发展从便捷生产、运输储存、商业开发利用到今后的液氢产品实现，中国华能集团有限公司总经理邓建玲认为，整个产业链预计有3万元人民币等待挖掘和开拓。

正因为我国氢燃料电池膜电极等核心技术不断取得突破，绿氢成本不断下降，氢能全产业链正在形成，所以从新能源企业、到传统化石能源企业，再到地方政府，都在全面布局这个产业，国家也出台了好几个文件，支持氢能发展和产业链形成。

传统化石能源行业，希望在“双碳”目标下，抓住这个机会实现转型；而以光伏和风电为主的新能源企业，则是基于已有的发电业务，以绿电为抓手，延申产业链，切入绿氢赛道；初创企业和资本，则以新技术为突破口，布局氢能产业链上下游。

国内传统能源企业，中石油、中石化相继宣布将大力布局加氢站。中国石化还锚定建设“中国第一大氢能公司”的目标，并加快推动氢源由灰氢向蓝氢、绿氢转变。

新能源企业方面，远景科技集团宣布在绿色氢能领域的全球合作计划，将和澳大利亚FMG集团到2030年合作开发1000万吨绿氢。

隆基股份、协鑫集团、天合光能、中环股份、林洋能源、阳光电源等企业也先后成立了氢能公司或布局绿氢生产。据了解，隆基股份子公司隆基氢能的制氢设备2021年底就已初步形成500兆瓦的年产能交付能力。

宁夏宝丰能源通过启动太阳能电解制氢储能及应用示范项目涉足氢能源开发领域，建设了全球单厂规模最大的绿氢生产厂，未来逐渐形成年产百万吨级的产能。

从国际看，绿氢经济也在扩大规模和开辟新的使用途径，而且很多迹象表明，这一赛道正处于爆发前夕。我们根据最近一些信息，可以判断这个赛道正处于关键进展阶段。

图说：氢能与电网之间的互动

来源：闫常峰 制氢与利用研究室

1、绿色钢铁在升温

重工业是抵制脱碳的一个领域，但这种情况正在开始改变。在欧洲，钢铁行业正在依靠新的技术和项目来证明在炼铁和炼钢中使用绿氢来替代化石能源。

根据世界钢铁协会的数据，2020年每生产一吨钢铁向大气排放了几乎两倍的二氧化碳（1.8吨）。2020年，钢铁制造的直接排放总量约为26亿吨，约占全球二氧化碳排放量的7%。

钢铁行业正在寻求改变，绿钢需求正在升温。

全球钢铁制造巨头安赛乐米塔尔最近宣布，在其加拿大炼钢厂的直接还原铁工艺中成功测试了使用绿色氢气。该工艺通常使用天然气从氧化铁颗粒中提取氧气，产生金属铁用于钢铁生产。

这个规模不大的测试只涉及用绿氢取代加拿大工厂6.8%的天然气，但安赛乐米塔尔公司准备继续扩大这一路径。

安赛乐米塔尔公司表示："这项测试是公司通过使用绿色氢气作为输入的直接还原铁（DRI）炼钢路线生产零碳排放钢的一个重要里程碑。

该公司还在其位于德国汉堡的工厂开展了一个氢气示范项目。该计划包括一开始从工厂的废气中获取氢气，然后随着供应的增加而转型到绿色氢气。

瑞典钢铁巨头SSAB公司也在使用绿氢生产绿钢。2016年，SSAB与瑞典电力企业Vattenfall公司、瑞典LKAB矿业公司就氢基直接还原铁项目HYBRIT进行合作，其工艺旨在用氢气和可再生电力取代传统上用于矿石制钢的焦煤。

该工厂在2021年进行了首次商业交付。沃尔沃集团成为第一家与HYBRIT合作的汽车制造商。包括大众汽车在内的其他公司的需求也在发出一个信号，即对绿色钢铁有需求。欧洲的钢铁制造商已经宣布计划扩大无煤钢铁的生产规模。

图说：SSAB 位于瑞典吕勒奥的新试点工厂生产无化石燃料钢

来源：SSAB

2、发电量和能源基础设置在启动

从美国到欧洲，一些天然气管道正在改造成绿氢输送管道，一些关于绿氢的制取、输送、储存和发电一体化的项目也获得了巨大进展。

从煤电过渡到绿氢发电，这个领域吸引了全球领先的工程公司的兴趣，包括日本三菱，在美国犹他州开展的先进清洁能源储存项目（ACES），该项目包括将一个840兆瓦的煤电厂转化为绿色氢气和天然气的混合能源，目标是在以后几年实现100%的绿色氢气。

图说：美国犹他州的ACES绿氢项目

来源：三菱

这是美国最大的绿氢项目之一，投资超过10亿美元，获得美国能源部5.044亿美元的有条件贷款担保。ACES项目于2019年启动，计划建造220兆瓦的电解槽，利用绿电将水转化为每天高达100吨的绿氢。这些绿氢被储存在犹他州三角洲镇附近的两个巨大的地下盐洞中，能够储存多达5500吨的氢气，足以产生300GWh的电力。

当然，ACES是同类项目中最大的一个，但它不是唯一的一个。结合生产、储存和部署的“绿氢枢纽”的设想在美国其他州也很流行，包括一个新宣布的大规模三州项目，该项目是纽约州与邻近的康涅狄格州和新泽西州合作。欧洲这方面的项目也开始多了起来。

3、绿氢与绿氨的联合使用

除了作为一种燃料，氢气还与其他关键的全球产业紧密联系，包括农业和食品加工，以及洗浴用品和药品。

特别是绿氢为合成氨工业的脱碳提供了一条途径。氨气（化学式NH3）由一个氮原子和三个氢原子组成，该行业目前严重依赖化石燃料投入来获得用于生产氨的氢气，而氮气则可以从空气中提取。

所以，农业化肥的脱碳，有赖于氨气的脱碳，而使用绿氢是重要方向。

除了在农业和其他领域的直接使用外，氨还可以作为氢气的低成本、易运输的载体。一旦氨到达目的地，氢气就可以被提取出来用于其他用途。

从氨气中提取氢气的成本一直是一个障碍，很多初创公司和科研人员都在做这方面的研发和尝试。加拿大Hydrofuel公司是正在研究解决方案的公司之一，而且取得一些突破。

上个月，Hydrofuel公司从佐治亚理工学院获得了正在申请专利的低成本 "MAPS "绿色合成氨系统的授权，该系统涉及直接从电解水和空气中的氮气生成氨。Hydrofuel公司计划利用氨气作为氢气载体。

绿氢可以从这种氨气中分离出来，这家公司声称，其绿氢售价约为每公斤1.50美元，而传统的绿氢售价高达每公斤15美元。Hydrofuel声称：即使以0.08美元/千瓦时的价格，生产绿色氨并从中释放氢气的成本也将低于任何碳氢化合物燃料。

4、合成燃料的创新

燃料电池和电池驱动的电动汽车将最终主导乘用车市场，但这将需要很多年。在此期间，生物燃料可以在一定程度上帮助中和温室气体排放。然而，生物燃料供应链不可能无限地扩大规模。它已经遇到了粮食供应和栖息地保护问题。

这个时候，一个过渡性的替代途径开始出现，那就是合成燃料（electrofuel，也有人翻译成“电燃料”）。绿氢在合成燃料中可发挥重大作用。

具体来看，就是在大气中捕获二氧化碳，再将可再生能源转化的绿氢与捕获的二氧化碳结合，产生合成气。合成气会被催化成一系列液体碳氢化合物燃料，可以用来代替普通柴油或喷气燃料。

在美国的奥巴马政府时期，研究人员就开始关注合成燃料，作为传统生物燃料和化石燃料的替代。最初的概念是在模仿光合作用的过程中，用太阳能和细菌生产燃料。

最近，研究人员已经开始部署低成本的可再生能源和绿色氢气，以跳过细菌，直接进入利用捕获的二氧化碳的合成过程，产生一种替代传统燃料的即用型合成燃料。

保时捷似乎是第一个投资于新合成燃料的汽车制造商。该汽车制造商一直在投资电动汽车，但也计划依靠合成燃料来中和其盈利的911系列跑车的排放。

另一家进入该领域的公司是航运巨头马士基。去年，马士基投资了硅谷合成燃料创业公司Prometheus Fuels，该公司正在开发一种部署直接空气碳捕获的工艺。宝马也对该项目感兴趣，还有美国航空公司和其他公司也有参与。

5、电解槽新技术不断突破

绿氢可以从各种形式的生物质中提取，但到目前为止，大多数投资者的资金都用于电解水制氢，这也是目前可大规模商业化的技术。这一技术突破的重点是降低电解系统的成本，而这一领域的突破正在开始加速进行。

4月。德国博世集团表示，未来将投资5亿欧元开发电解槽部件，这是又一工业巨头加入绿氢制造降低成本和提高产量的行列。该公司的目标是大批量销售和生产“智能”电解槽系统。

降低电解槽系统中使用的膜和催化剂的成本是一些初创公司和传统公司的特别关注领域。例如，初创公司H2U Technologies正在开发一种新的催化剂涂层膜，该膜在电解槽系统中不再使用铂和其他昂贵的金属。霍尼韦尔也在沿着这一路线努力。今年早些时候，该公司宣布，一旦将其新的催化剂涂层膜商业化，预计电解槽的成本将下降25%。

美国公司Advanced Ionics展示了另一种削减成本的方法，该公司正在营销一种用于工业现场的蒸汽驱动、节能的电解槽系统。

这只是绿氢整个产业链的一部分。能源领域的一些大公司，也开始探索绿氢生产，作为海上风电场的一个有价值的附加项目，而聚光太阳能领域也可以帮助增加绿氢的供应和降低其成本。

总体来看，在政策、资本、技术和市场的合力下，绿氢经济很快将迎来爆发，成本和价格也将大幅下降。