電氣化日益滲入各行各業(yè)的今天，仍有部分行業(yè)很難擺脫對化石能源的依賴，這些行業(yè)被稱為去碳化“老大難”，如航空、長途運(yùn)輸、煉鋼和水泥制造，以及可靠的電力供應(yīng)等。氫氣被視為實(shí)現(xiàn)這些行業(yè)去碳化的最佳選項(xiàng)，而以氫為基礎(chǔ)制造碳?xì)浠衔锊?shí)現(xiàn)去碳化的燃料被稱為氫燃料，近期更是受到一定程度的追捧。

近期有關(guān)公眾政策的討論尤其關(guān)注這一領(lǐng)域，特別是在歐洲，一些政策決策人和研究人員也都大力呼吁，在更大范圍內(nèi)用氫燃料取代天然氣。波茲坦氣候應(yīng)對研究院新近出爐的報(bào)告分析了氫燃料作為替代能源的利弊，認(rèn)為其確實(shí)能有效挖潛低碳且廉價(jià)的太陽能和風(fēng)能發(fā)電，最終又能利用大氣中的二氧化碳，得到氣態(tài)或液態(tài)的燃料，具有能量密度高、可儲運(yùn)和可燃燒等特點(diǎn)，從而成為替代化石燃料的完美選項(xiàng)。

氫燃料是二次能源載體，使用過程中有轉(zhuǎn)化損失

但實(shí)際上，氫燃料之所以被看好，最大原因是其可以在過去與未來之間建立一個(gè)橋梁，允許內(nèi)燃機(jī)和其他以燃燒化石燃料為主的設(shè)施繼續(xù)存在，并在應(yīng)對氣候變化的大環(huán)境下找到新的定位。人口密度大、缺乏太陽能和風(fēng)能的地區(qū)，也可通過全球市場進(jìn)口氫燃料。

但波茲坦氣候應(yīng)對研究院的研究結(jié)果也表明，氫燃料的弊端也很明顯，它是二次能源載體，在供應(yīng)端和終端用戶的使用過程中都存在額外的轉(zhuǎn)化損失。根據(jù)應(yīng)用場景和相應(yīng)的技術(shù)，氫燃料將電轉(zhuǎn)化為可用能源的效率在16%~48%。換言之，如果按發(fā)電量計(jì)算，氫燃料所需的電量是直接用電替代物所需電量的2~10倍。這其中的損失超過可再生能源豐富的國家用電和將其以氫燃料出口獲得的收益。

從供應(yīng)端來看，氫燃料的生產(chǎn)至少需要兩個(gè)轉(zhuǎn)化步驟：電解和烴的合成，從電到燃料的效率損失為50%，其中包括從空氣中捕集二氧化碳時(shí)所需的5%左右的電量，而這個(gè)過程中所需的熱量也將耗去總電力的20%，但考慮到可以使用其他途徑的廢熱，故在計(jì)算中將之忽略。

從需求端來看，燃燒氫燃料做機(jī)械功時(shí)，轉(zhuǎn)化能效低于20%，也即燃燒氫燃料的內(nèi)燃機(jī)汽車所需的電量是電動汽車(可再生能源電力)的5倍，且后者的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)更少，也不依賴內(nèi)燃機(jī)，有效能利用率更高。

2030年前，氫燃料還不具備競爭性

在對比分析了氫燃料、化石燃料和直接電氣化的經(jīng)濟(jì)性后，該報(bào)告認(rèn)為，氫燃料短期內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)低成本充分供應(yīng)，從而大范圍取代化石能源，其推廣主要依賴政策扶持。目前還沒有任何實(shí)質(zhì)性的推廣支持行為，至少在2030年前，碳稅的水平還不足以使氫燃料具備競爭性。因此氫燃料的前景目前還不明確。

考慮到當(dāng)前氫燃料的稀缺性，進(jìn)行氣候和能源政策決策時(shí)應(yīng)在價(jià)值排序的基礎(chǔ)上，確定在哪個(gè)領(lǐng)域開發(fā)氫燃料的終端用戶。引導(dǎo)特定氫燃料終端用戶的規(guī)章和政策應(yīng)系統(tǒng)性地考慮在其他場合使用氫燃料的機(jī)會成本。在當(dāng)前急需進(jìn)行碳中和與減排的背景下，有限的氫燃料應(yīng)優(yōu)先考慮用于無法或難以通過直接電氣化和其他選擇實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的行業(yè)，但這并不一定是指那些氫燃料最具競爭性或去碳化老大難行業(yè)。

氫燃料不應(yīng)成為大范圍直接電氣化的阻礙，如果押寶于氫燃料的大發(fā)展而忽視終端使用轉(zhuǎn)型，一旦氫燃料的規(guī)模達(dá)不到預(yù)期，可能陷入對化石能源的完全依賴。

氫燃料不太可能促成2030年氣候目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，原因是其效率主要取決于是否有較高的電轉(zhuǎn)化率，與之相比，低碳電力通過直接電氣化可以更有效地減少碳排放。

中期來看，氫燃料的競爭性取決于碳稅的高低。長期來看，氫燃料一方面有助于解決人口密度高、可再生能源匱乏地區(qū)的減排問題，如德國、日本、韓國等;另一方面可為可再生能源豐富的地區(qū)，如西亞北非、冰島、拉美和澳大利亞，創(chuàng)造能源出口機(jī)會。從這個(gè)角度看，氫燃料可將太陽能“打包”在全球進(jìn)行貿(mào)易，縮小可再生能源供應(yīng)與能源需求之間的差距。但要建立這樣的市場，在政策層面將是極大的考驗(yàn)。

發(fā)展氫燃料應(yīng)將其置于整體轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略中，其中包括基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)，而電力、二氧化碳、氫氣直接利用的程度將決定基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)。

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