2020年9月碳達峰、碳中和目標提出后，全國掀起減碳降碳的熱議。氫能是一種綠色、高效、應用廣泛的二次能源，對節能、提高能效，乃至能源結構轉型有積極作用。為此，中國工程院組織院士專家，針對《中國氫能源與燃料電池發展戰略研究》開展為期兩年多的論證。近日，相關成果發布。
專家們認為，氫能將在“雙碳”目標實施過程中發揮巨大作用。氫能不僅是能源，還是重要載體，能夠將傳統化石能源和可再生能源連接起來，實現二者平穩過渡。
中國減碳難度更大
中國的能源結構“一多三少”，煤比較多，油氣、非化石能源、核能占比較少。目前，以煤為基礎的能源利用形式轉化效率不高，油氣供應安全形式嚴峻，大規模可再生能源近期還很難全面替代煤炭，此外，二氧化碳資源化回收及高值化利用技術不足。對比歐美日等國家，中國核電占比小，這意味著中國減碳難度更大。
利用清潔的可再生能源正成為更多國家的選擇，各國氫能發展各具特色。不同發展目標決定不同技術路線和發展模式，日本發展氫能主要是解決國家的能源安全問題，澳大利亞主要發展氫貿易，歐洲為了解決工業脫碳，美國主要是固定式發電，韓國主要發展氫燃料電池汽車。
國人對氫能的認識也在不斷進步。從最初對氫能的制備技術、成本、安全等問題存在諸多爭議，到工業制備技術成熟，氫成為能源重要的補充能源；到前不久《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》發布，將氫能作為中國能源的重要組成部分。
實現氫能利用需解決卡脖子難題
如何利用氫能？我國能源稟賦等現狀的特殊性決定無可借鑒先例可循。
結合我國實際，按能源消費的工業、交通、建筑和電力四大領域來說，氫能有不同的應用技術，潛力巨大。
氫能與可再生能源耦合，讓可再生能源的不穩定輸出得到吸納，解決“棄風棄光”問題，有望大幅提高可再生能源在能源結構中的比例；氫可運輸的特點，可實現分布不均衡的可再生資源的再分配；大型清潔煤制氫，將成為煤炭清潔高效利用以及優質廉價煤開發利用的重要發展方向；氫能與電能耦合，可增加電力系統的靈活性，彌補電力不可存儲的問題。實現不同能源網絡間的協同優化，提升能源使用效率。
目前，世界上純氫的產量超過7000萬噸，中國是世界上最大的產氫國，主要利用煤制氫。氫的生產上，中國與國際水平相當，但氫能產業裝備制造等方面相對滯后，相關核心設備主要依靠進口，與美歐日韓差距有拉大的趨勢。
儲運上，目前以氣氫為主，主要沿用國外技術手段，液態儲氫尚未應用到民用領域，固態儲氫國內基本處于研發階段。車輛運輸氫氣的效率低、成本高，2020年儲運占氫能成本的70%左右，更高壓及大規模管道運輸在技術、標準等方面仍存在較大障礙。氫能不便于存儲、液化成本高等難題限制了氫能的遠距離輸送。雖然國家出臺了諸多政策推進“氫進萬家”，但要尊重市場的經濟，要把燃料電池的制作成本大幅度降下來。
此外，應用端上，燃料電池關鍵部件、測試裝備有較大追趕空間。可以說，“卡脖子”難題分布在氫能產業的多個環節，急需打破國外技術封鎖。
三步走推動氫能產業應用
盡管面臨氫源、成本等問題，但不可否認，相關技術正在快速發展，產業界正積極努力解決氫能源與燃料電池產業發展面臨的難點與痛點問題。未來10-20年將是我國氫能源與燃料電池產業發展的重要機遇期，需緊密聯系我國能源發展實際，從戰略、政策、技術、資金、國際合作等方面積極謀劃，通過改革創新破解發展難題，助力實現氫能源高質量發展。
實現氫能源產業發展，建議三步走。2021-2025年，能源經濟屬性決定目前以化石能源制氫為主，重點突破固體氧化物燃料電池電堆及系統集成技術，提高效率，降低二氧化碳排放，同時完善我國可再生能源制氫技術鏈，建立綠色制氫試點示范項目，推動可再生能源制氫技術與產業的發展。
2026-2035年，建立完善的氫能儲運、供應基礎設施網絡，大規模氫能儲運技術取得突破，基本建立以可再生能源制氫為基礎、工業副產氫等為輔的多元低成本氫能供應體系。同時實現50 兆瓦級二氧化碳近零排放的煤氣化燃料電池發電系統的自主設計、制造。
2036-2050年，形成高效低碳的氫能供給網絡，市場引領、價格調節、體制機制科學健全的高質量發展格局。以可再生能源制氫為絕對主體，各地根據資源與工業的發展情況，因地制宜地選擇供氫方案。多相態、多渠道氫能輸運網絡體系逐步形成。
從歷史角度來看，人類用能一直朝著低碳方向發展，從生物質到煤炭，從石油到天然氣，能源分子中碳原子所占比例逐漸降低，實現氫能大規模利用符合時代發展需要。但同時也要注意到，推動經濟增長模式的綠色低碳轉型不會一蹴而就，氫能成為全球能源技術革命和產業發展的重要方向需要時間。
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