碳中和背景下氢的成本学术资讯

在全球“碳中和”的发展背景下，世界各国均在大力发展氢能技术，例如欧盟推出“欧洲燃料电池和氢能联合计划”；美国能源部制定“氢能源计划”，推动美国向“以氢能源为基础的能源体系转变”；日本能源白皮书明确将“实现氢能源社会” 列入未来发展目标，计划到2030年全面建立氢能发电和氢能供应体系。中国2030年“碳中和”、2060年“碳达峰”目标的提出将驱动中国未来整个能源体系、经济体系以及科技创新的转型，同时将极大的推动中国氢能发展，特别是在化石能源转型、电网能源存储、交通运输、钢铁生产和化工生产、建筑暖通等亟待碳减排的领域。自2019年始，氢能技术与氢能产业发展迅速。预估到2050年，全球氢能可再生能源能力达到将近10 亿kW，占总装机量的17.7%（表1），同时全球氢能市值将达到10万亿欧元。

但到目前为止，氢能尚未真正成为全球基础能源。据统计，即便是在氢能发展快速的欧洲，氢能在能源体系中的占比目前也仅为2%（图1），尚需制氢 –储氢–用氢整个产业链条上的进一步技术突破和推广应用。尤其是在上游制氢环节，目前全球超过 95% 的氢气制取来源于化石燃料重整，整个氢能产业高度依赖于化石燃料，并产生大量的二氧化碳，例如，传统煤制氢每千克氢气的二氧化碳排放平均强度高达22.65 kg（未结合碳捕集），天然气制氢每千克氢气也产生相当数量的二氧化碳排放（8～16 kg）。可再生能源制氢具有低排放的优势，但却受制于成本。据统计，基于大工业电价（0.61 元/(kW·h)）的碱性水电解制氢成本约为3.69 元/m3 （按电耗成本占总成本的80%测算） , 而煤炭制氢成本仅为0.34 元/m3 ，天然气制氢成本则在1.35 元/m3 , 具有相当大的差距。只有当可再生能源每度电成本低于0.5元时，氢气成本（2.6 元/m3 ）与汽油热力成本相比才具有竞争性。而这一目标，在当前风电、光伏成本快速下降的趋势下，极有希望达到。以中国为例，在“十四五”时期，中国海上风电工程投资造价预计下降 20% 左右，每度电成本下降至 0.370～0.523 元/ (kW·h) 。因此，在未来“碳中和”以及相关可再生能源快速发展的两大趋势下，制氢技术预计将迎来成本和碳排放的双重下降，将有效推动整个氢能产业链的发展。作为整个产业链的最上游，低成本、低能耗的清洁制氢技术仍有待发展。