氢能热背后的冷思考：战略聚焦三大核心场景——来自《自然综述·清洁技术》的行业行动指南
自1970年代“氢经济”概念提出以来，氢能一度被寄予引领能源革命的厚望。然而50年过去，全球氢能应用仍高度集中于石油精炼与化肥生产，年需求量约1亿吨，仅占全球终端能源消费的3%。近期发表于《自然综述·清洁技术》（Nature Reviews Clean Technology）的《氢在未来能源转型中的实际作用》（Realistic roles for hydrogen in the future energy transition）文章中指出：氢能要在脱碳进程中发挥实质性作用，必须突破成本、效率和可持续性三重壁垒，并优先聚焦工业、长时储能和重载运输三大不可替代场景。
一、应用场景：优先攻坚难减排领域 （a）氢能应用，根据与替代品的竞争力进行定性排名（b）燃料电池、电动和内燃机重型卡车的全球年销量；（c）燃料电池、电动和内燃机乘用车的全球年销量；（d）燃料电池微型热电联供、电热泵和燃气锅炉的区域（美国、欧洲和日本）年销售额 氢能需战略性投入难以电气化的领域： 工业深度脱碳 化工领域替代现有灰氢是刚需，绿氨生产是化肥行业唯一脱碳路径，年减排潜力9亿吨CO₂。 钢铁行业贡献全球8%的能源相关碳排放，脱碳选择相对较少，氢基直接还原铁（H₂-DRI）技术可减排97%，但需匹配高品位铁矿石和电弧炉。 长时储能 风光发电的周/月级波动需大规模储能支撑，氢气的地质存储（盐穴、油气田、多孔岩石）具备独特优势：地质储氢能量密度虽低于抽水蓄能或压缩空气储能（30-40% vs. 70-80%能量转换效率），但其规模潜力无可替代。 重型长途运输 船舶、航空领域因电池能量密度限制，氢及衍生燃料（氨/甲醇）成为少数可行方案，此外与重质燃料油相比，有可能减少90%的碳排放。 建筑供暖：热泵效率远高于燃料电池热电联产，日本燃料电池供暖系统销量不足热泵的十分之一； 乘用车：全球燃料电池乘用车销量仅为纯电动汽车的千分之一。2023年，法拉利的销量超过所有燃料电池汽车的销量总和。 二、残酷现实：成本与效率的双重枷锁 当前氢能发展面临硬约束： 成本悬崖 绿氢综合成本高达6-13美元/千克（蓝氢1.9-5.9美元/千克），远超美国能源部2030年1美元目标 运输成本占比惊人：管道输氢超250公里成本翻倍，船运液氢5000公里增加每千克H₂ 2.3千克CO₂排放 （a）燃料电池和电解槽成本的经验曲线；（b）电解槽资本成本估算，按技术和制造地区分类；（c）平准化氢成本（LCOH）分解和电解槽系统成本的分解；（d）LCOH的演变，与六个实际项目的宣传成本对比；（e）绿氢LCOH随燃料价格变化的函数；（f）蓝氢LCOH随燃料价格变化的关系图；（g）氢、其衍生物（氨和甲醇）以及天然气运输成本的估算，随距离变化的关系图 效率瓶颈 氢能供应链包含多次转换，因此其端到端效率相对较低。电池电动运输的效率是氢能和燃料电池的3-8倍。同样，终端用途直接电气化所需的电力比氢衍生的电子燃料（e-Fuels）少2-14倍。 氢气泄露导致的气候变暖影响往往被忽略，氢的全球变暖潜能值100为12（GWP100=12，即100年的时间框架内，氢产生的温室效应为同质量二氧化碳的12倍），GWP20约为35-40。关键在于，目前缺乏对基础设施的泄漏测量数据。 绿氢需要大量用水，每生产1千克氢气消耗9升水，若考虑水处理和冷却工艺，则消耗量增至30-70升水/千克氢气，用水强度与核能发电相似。若通过电解方式每年生产1亿吨氢气（即当前全球需求量），将使全球淡水取用量增加1%。 三、对我国氢能产业的启示 内蒙古、青海等风光资源富集区应成为绿氢核心产区，这些地区年等效发电小时数超过2000小时，具备显著区位优势。重点布局风光制氢-合成氨-绿钢一体化基地。在包头试点氢基直接还原铁项目，链接当地稀土永磁材料产业，形成绿色冶金闭环。目标到2030年实现西部绿氢产能占比超过80%，扭转当前灰氢占比超80%的能源结构。 在长三角、珠三角推进氨-氢双轨制示范：短期推动试点氨燃料船舶，减少90%重油燃烧碳排放；中期支持攻克氨燃料储罐材料腐蚀性难题；同步主导制定船用氨燃料ISO国际标准，预防欧盟碳关税壁垒。需特别注意氨燃料全生命周期排放敏感性，优化供应链管理。 氢能不应被预设为脱碳的默认选项，而需在具体场景中证明其不可替代性——这要求全生命周期成本低于电气化替代方案，且环境足迹优于生物燃料。 Iain Staffell是一位跨学科科学家，拥有物理学、化学工程和经济学学位。他是伦敦帝国理工学院环境政策中心（Centre for Environmental Policy）的可持续能源方向的副教授，在能源开发方面拥有十五年的经验。 Iain是Renewables.ninja、Demand.ninja和EnergyStorage.ninja网络平台的主要开发者，这些平台可用于模拟风力和太阳能发电厂的每小时发电量、建筑物的能源需求以及储能技术的经济性。Iain领导着ElectricInsights项目，这是一个交互式网站，每季度发布关于英国电力的供应、需求、价格及环境影响的报告。他还是PowerSwarm的创始人之一，该网络汇聚了400名致力于电力系统转型的学术界、工业界和政府专家。 由于能源、可再生能源和碳问题始终是公众关注的焦点，Iain的研究和评论已见诸BBC、《纽约时报》、《时代周刊》、《明镜周刊》、《金融时报》、《福布斯》、《泰晤士报》、《每日电讯报》、《卫报》、CNN、《太阳报》、《赫芬顿邮报》、《对话》杂志、彭博社、《VICE》杂志、《时代周报》（德国）和《时尚先生》等媒体。 Johnson, N., Liebreich, M., Kammen, D.M. et al. Realistic roles for hydrogen in the future energy transition.Nat.Rev.Clean Technol.1,351371(2025). 扫描上方二维码，即可获取原文链接
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氢能需摒弃“万能燃料”幻想，聚焦三类不可替代场景
警惕低竞争力领域
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环境隐忧
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