氢能都能用来种草莓啦！这2万亿美元风口怎么接？

再过一个多月，上海白鹤镇的草莓即将上市。白鹤草莓因其外形美观、果肉软糯多汁、风味独特而深受消费者喜爱。白鹤草莓全生长过程都使用富氢水浇灌。“富氢水浇灌的草莓个头更大，口感更甜。”“草莓姑娘”周瑜介绍说。

上海作为中国氢能产业发展的“桥头堡”，正在推动氢能全产业链的发展，还启动了临港国际氢能谷建设。

作为实现“双碳”目标的关键支撑，氢能是实现多领域深度清洁脱碳的重要载体，如今已广泛应用于交通、工业、建筑、电力、农业等多个方面。同时，发展氢能产业也是应对气候变化、培育新质生产力、实现绿色可持续发展的重要战略选择。

近日，国际能源署发布《全球氢能评论（2024）》。评论显示： 2023 年全球氢需求达到9700万吨以上，2024年可能达到近1亿吨 。同时，据《2024-2029年中国氢能行业市场深度研究及发展前景投资可行性分析报告》预计，2023年全球氢能市场规模的复合年增长率为5.43%，达到约1401亿美元。 到2030年，全球氢能市场规模将超过2万亿美元 。

世界各国都在加快推进氢能产业发展，美国、德国、法国和日本等26国已出台氢能规划。我国把氢能与储能列入“十四五”规划，作为六大未来产业之一。

竞速加剧，如何才能抓住这2万亿美元的风口？

发展氢能都需要解决三个问题：第一，氢从哪里来？第二，用到哪里去？最后，如何实现氢能应用的产业化？

来看看全球氢能产业在制氢、用氢及产业化方面的经验，巧借各国“氢”风，加快构建具有中国特色的氢能“制-储-运-加-用”产业链与规模化发展。

“氢”风何来？

目前成熟的制氢手段主要包括化石能源重整制氢（灰氢）、工业副产制氢辅加碳捕捉（蓝氢）以及电解水制氢（绿氢）三种。

其中，化石能源制氢通过裂解煤炭或者天然气获得氢气，工业副产制氢则是对焦炭、纯碱等行业的副产物进行提纯获取氢气，本质上两者的氢气来源仍为传统的化石燃料。

美国对氢制备不局限于可再生能源，强调充分利用国内各种资源（化石燃料、生物质/废物资源、可再生资源、核能）来实现可持续、大规模、经济、安全的国内氢气供应。

因此， 在制氢方面，美国最注重技术研发，设计并开发了电解槽制氢技术、化石能源重整、气化和热解制氢技术、核能制氢技术、生物质和废弃物制氢技术、混合制氢技术、可再生能源制氢技术等。

同时，美国也充分秉承了其“材料是促进一切科技变革的基石”这一理念，自 2014 年开始，美国能源部就开始在制氢技术环节部署了多个新材料研制项目，主要包括燃料电池离子交换膜的研制、电解槽新型涂层材料研制、各类催化剂材料的开发等，期望提升制氢技术的稳定性和耐久性。

对氢能及其产业链的技术开发，让美国拥有了Air Products、Praxair等世界先进的气体公司，并且有技术领先的小规模电解水制氢公司，同时还掌握着液氢储气罐、储氢箱等核心技术。

虽然通过碳捕捉与封存技术可有效降低化石能源制氢过程中产生的碳排放，但长期来看只有可再生能源电解水制备的“绿氢”才能实现真正的零碳排放。

欧盟将绿氢作为未来发展方向，通过大规模电解槽技术攻关、天然气网-电网业务模式创新、能源市场定价改革等措施，大力推进可再生能源制氢产业发展。

在推动可再生的电解制氢上，欧洲燃料电池和氢能联合组织发挥了重要的作用。虽然欧盟各国自身优势不同，但在氢能联合组织的推动下，几乎所有国家都确立了电解氢的目标。

日本由于国内资源匮乏，其可再生能源成本远高于世界平均水平。因此， 日本应用碳捕获和储存技术开发海外低成本化石能源制氢，以及利用海外可再生能源来获得足够的氢能。

2020 年，日本完成福岛10MW级制氢装置的试运营，是目前全球最大的光伏制氢装置。

此外，日本积极开发了日本-文莱天然气制氢、日本-澳大利亚褐煤治氢的海外船舶输氢项目来保障其氢能供应。

风往何处？

20世纪70年代，美国将燃料电池应用于双子星五号太空船和阿波罗号宇宙飞船上，吹响了世界氢能源技术应用的号角。

2014年，日本率先突破了燃料电池技术并于2016年正式推出了世界首款量产氢能源车“MIRAI”。据了解，这款车能在零下30℃的低温地带行驶，一次加氢最快只要3分钟，续航超过500千米。

这让人们看到了氢燃料电池驱动的车辆具备长续航、加氢快，且抗低温的能力，尤其适合载重较大、跨城长距离出行、冬天低温等场景。

因此， 交通领域成为了全球氢能技术应用的“领头羊”。

2014年，沃尔玛开始与Plug Power合作投资生产燃料电池叉车；2017年，配备大容量燃料电池的巴士在日本东京投入运行，充氢15分钟可续航约200公里，遭遇自然灾害时还能充当小型发电站；2018年，美国Nikola卡车公司发布了全球首款燃料电池卡车——One；同年，法国铁路车辆企业阿尔斯通制造的燃料电池列车，在德国开启全球首次商业运行，最高时速140公里，行驶距离1000公里。

燃料电池汽车也成为各国机构和企业研发的重点内容之一。

2019年，美国能源部发布了燃料电池8级卡车发展目标，提出到2030年燃料电池系统寿命达到25000小时、峰值效率超过68%。日本和韩国多家汽车公司应用金属双极板电堆技术，推出了适用于乘用车的燃料电池动力系统解决方案。在商用车方面，欧洲多家汽车公司联合开发了重型车辆用燃料电池系统，基于石墨极板电堆的燃料电池成为极具潜力的动力系统解决方案。

但在交通运输领域，燃料电池发电过程中有较大的热量损失，电池的能量转换率仅为40%，为了降低燃料电池运行过程中的温度，还需要配上水冷或空冷系统。

因此，日本于2005年启动了能源农场计划，积极探索燃料电池的热电联供，将这一部分热能收集起来，使得氢气能源转换效率达到80%以上，与传统的火力发电输电相比，总效率提高2倍左右。

目前，在美国、日本和斯堪的纳维亚半岛国家的大型商业中心、医院和住宅建筑的电能由氢燃料电池发电厂供应。

氢能也越来越多地应用到了独立电源领域，覆盖了从1千瓦到几千瓦的容量需求。便携式设备和电池、备用发电机、各种发电厂用于自身需求的电源系统、机器人、无人驾驶车辆，以及向家庭住宅持续供热和供电的发电机等，都迎来了“氢能替代”的时代。

德国围绕深度脱碳和促进能源转型，创新提出了电力多元化转换理念，致力于探索氢能的综合应用。

目前，德国与荷兰等国正在开展深度合作，重点推广天然气管道掺氢，构建氢气天然气混合燃气供应网络。依托西门子等公司在燃气轮机方面的技术优势，德国已开展了若干天然气掺氢发电、供热等示范项目。

降低成本， 是氢能产业化绕不过去的弯

从全球来看，日本、韩国、美国等国家虽然氢能技术都相对成熟，但商业化基本都处于初级阶段。

马斯克曾发推特称：2024年，特斯拉将从电动转为氢能，并推出氢燃料电池车型Model H——事实上，这是马斯克的愚人节玩笑，目的是对氢能嘲讽一番（马斯克将氢燃料电池的英文“fuel cell”拼成“fool cells”）。

马斯克对氢能的嘲讽源于从氢气的生产、储运到氢能相关设备建设，成本几乎都高于传统能源。

在氢能产业化之路上，成本成为绕不过去的坎，各国都在积极探索。

日本的燃料电池在商业化应用方面世界领先，特别是燃料电池汽车，丰田、本田在全球燃料电池车市场占比最高，是全球燃料电池车的重要推动者。

不得不说， 日本的燃料电池产业化发展离不开政府补贴 。

燃料电池车的普及离不开加氢站的建设，但是加氢站的建立和维护费用都比较高。

为了推进加氢站建设，日本的基础设施公司负责加氢站的投资和建设成本，同时，中央政府也对其进行补贴，在加氢站实现独立运营之前筹集所需资金，减轻基础设施公司的初期投资负担，以此促进更多公司更加广泛地参与加氢站业务。

2014年，日本加氢站的数量还不足100座，日本对加氢站的补贴总额高达72亿日元，约合人民币4.19亿元。目前，日本加氢站密度世界排名第一，大大推动了其燃料电池车的产业化发展。

此外， 为了促进燃料电池普及使用，日本对燃料电池车购买、家庭用燃料电池系统均进行补贴 。但高度依赖公共财政支持，尚不具有竞争力。

在日本爱知县，东邦燃气公司利用垃圾处理厂的污泥产生的沼气来生产天然气，然后通过现有的天然气管道将气体运输到丰田汽车公司的元町工厂，在那里通过燃气转换装置生产、压缩和储运氢气，最后为丰田自动织机公司生产的氢燃料电池叉车提供动力。

通过灵活应用现有资源，爱知县不需要单独建立专门的氢气生产厂和专用的氢气输送管线，减少了建设支出，也大幅降低了日后的维护成本。

与澳大利亚合作的全球首家褐煤制氢试点项目，也是日本氢能商业化过程的关键一步。日本在澳大利亚建立基地，将澳大利亚的褐煤气化，再液化，并制造大型液氢运输船，将液氢运回日本，大大降低了其氢能源成本。

美国加利福尼亚州是全球燃料电池乘用车主要集中地，也是全球燃料电池车推广最成熟的地区。

不同于日本以举国之力发展氢能产业，美国更加注重对氢能市场的培育，仅利用少量的补贴进行市场引导，用于商业初期的验证实验。

为促进可负担的氢气生产、运输、储存和利用，美国能源部发起了H2@Scale倡议，将利益相关方聚集在一起，通过政府资助将国家实验室和工业界以项目形式整合在一起共同合作，加快适用氢技术的早期研究、开发和示范。

氢能产业推广需要制氢、售氢企业坚定战略方向，美国探索出了适用于氢能产业初步推广的固定地点或固定线路、高运营负荷的燃料电池应用场景。

1个加氢站服务1个物流中心数十台、数百台燃料电池叉车的模式，制氢、售氢企业和燃料电池用户的初始投资不高，而数十台满负荷运行的燃料电池叉车就可以平衡1个35兆帕加氢站的投资收益，制氢售氢企业和燃料电池应用企业的投资回报合理，产品在没有补贴的情况下得到迅速推广。

鉴于有效平衡了投资收益，美国氢能龙头企业普拉格把业务重点放在燃料电池物料搬运领域应用，已经在全球累计部署超过3.2万台氢能叉车，市值破百亿美元，成为全球市值最高的燃料电池公司，也是迄今为止氢燃料电池商业化探索最成功的公司。

欧盟则致力于在源头解决氢能成本问题。 依靠丰富的离岸风资源和先进的电解槽技术，欧盟在绿氢制取方面领先全球，有望率先实现低成本绿氢的商用化。