Full text · 原文
3,737 字
氢能、绿氢、绿色甲醇、氨、氢能重卡……
<br>
近年来，随着新能源产业的发展，和氢能相关的概念也在持续升温。从地方产业规划到企业投资布局，从交通运输到化工脱碳，氢能似乎正在成为新一轮能源革命的重要关键词。
<br>
但与此同时，国际氢能产业也在不断暴露现实约束：项目投资巨大、制氢成本偏高、储运体系昂贵、商业闭环困难，不少海外项目长期依赖补贴和资本输血，距离真正市场化盈利仍有相当距离。
<br>
针对这一现状，南方科技大学创新创业学院院长刘科曾发出提醒：“能源发展要遵循第一性原理，不能脱离实际空谈趋势。”他强调全世界在氢能上烧了几千亿美元，但是迄今几乎没有一家挣钱，我们需要重新思考零碳排放是否合理。
<br>
为此，观察者网与刘科院长连线，请他围绕氢能产业的历史周期、绿氢与灰氢的成本差异、氢燃料汽车的储运瓶颈、低碳甲醇的现实路径，以及西部风光资源、劣质煤资源和土地治理之间的系统协同，进行系统阐述，为中国未来清洁能源发展提供切实可行的建议。
<br>
南方科技大学创新创业学院院长刘科
<br>
【对话/观察者网 唐晓甫，编辑/观察者网 小婷】
<br>
观察者网：近期您提出了一个观点，认为“全世界近30年在氢能上烧了几千亿美元，但是迄今几乎没有一家挣钱”引发了热议。有人说您太悲观，有人说您戳破了泡沫。作为深耕氢能领域数十年的专家，您这句话背后一定有着深厚的研究支撑。能否谈谈，是如何做出这一判断的呢？
<br>
刘科：我讲的是一个事实，不是观点。氢能现在在中国热度高，算是新兴赛道，但实际上全球氢能发展现在已经来到第四轮热潮，并不是最近才热起来的。西方上一轮氢能热潮大致始于20世纪90年代末，热度顶峰出现在2003年小布什担任美国总统时期。我记得当年小布什在《国情咨文》里面专门提到，美国政府当场宣布投入12亿美元，由美国能源部正式启动氢能计划。
<br>
当时美国政府的出资其实只是一小部分，三大车企，还有我曾经任职的联合技术公司（United Technologies）、GE、霍尼韦尔、BP、Shell等巨头都相继推出氢能相关项目。有两家公司Plug Power和加拿大温哥华的Ballard也登陆资本市场，市值一路冲高但后来又都跌回来。但回头去看，这一波热潮过后，氢能尤其是氢能企业几乎没有能实现盈利的。
<br>
当然近些年出现了一家特例，也就是高温燃料电池企业Bloom Energy。它采用天然气制氢，依靠固体氧化物燃料电池发电。它在这两年得益于AI产业激增的电力需求，在数据中心边上建设使用天然气通过固体氧化物（SOFC）燃料电池发电给数据中心供电的项目，近期才刚刚开始实现盈利。但要说明，它这套技术不能用于传统氢能汽车，它的工作温度达到800多摄氏度，采用固体氧化物发电，功率达到MW乃至GW级别，适用于大型发电设施。
<br>
Bloom Energy的SOFC
<br>
大家常说的氢能汽车，依托的是质子交换膜燃料电池技术，也就是PEMFC。直到今天，全球还没有任何一家企业能够实现大规模产业化并且稳定盈利。我持续跟踪华尔街氢能板块上市公司股票，一晃将近三十年，他们的股价也是长期震荡起伏。我观察到华尔街始终存在一批长期资本持续押注这个赛道，愿意支持这类企业持续烧钱二十多年。换作其他资本市场，一家企业二三十年无法盈利，大概率早已倒闭。
<br>
以上我说的都是客观事实，而不是观点。当下舆论讨论最多的氢能场景，普遍指向未来氢燃料车辆，不管是重卡、公交还是乘用车。在这条赛道上，全球前后投入海量资金，可是至今没有任何一家企业实现盈利，不只是中国，放眼全世界都是如此，这是事实。
<br>
观察者网：我们再回到氢能产业本身。很多人其实分不清楚绿氢、蓝氢和灰氢，您能否介绍一下这三种氢气，以及其背后对应的氢气产业链？现在，中国一年生产和消费数千万吨氢气。但绝大部分仍用于炼化、合成氨和煤化工。传统工业用氢和您所说的“氢能产业”，究竟有什么本质区别？
<br>
刘科：首先大家常提到的绿氢、灰氢、蓝氢，是以氢气的制造、生产过程分类。如果利用绿电或者生物质气化来制氢，产出的就是绿氢；采用天然气制氢，碳排放相比煤炭更低，称之为蓝氢；依靠煤炭制氢，碳排放量最高，这就是灰氢。大家常说的工业副产氢，溯源来看，来源不外乎三类：天然气化工、煤化工、煤焦化或者炼钢流程，归根结底都出自上面这三条渠道。
<br>
第二点，制氢本身并不是什么新鲜课题。所有的化肥厂，石油化工厂、炼油厂都需要制氢、加氢，有着稳定的氢气需求。我本身是做能源研究的，早在2009年，我就出版过一本专著，中文名叫《氢气和合成气的制造与纯化技术》，由美国最大的出版社Wiley出版。这本书直到现在，依然是国际制氢领域的权威工具书。
<br>
我在2009年写这本书的时候就明确意识到，制氢是理解整个能源工业的核心关键环节。为什么这么说？我们看全球能源产业，不管是煤化工，把煤炭转化成煤制油、煤制天然气，整个转化过程最核心的工序，就是制氢、加氢。
<br>
大家学过初中化学就能明白其中的原理。我们看各类能源的碳氢比：煤炭的分子折算原子比例，大概是一个碳对应0.5到0.7个氢（CH0.5~0.7）；石油的碳氢比大概是一个碳对应1.5个氢（CH1.5）；汽油、柴油的碳氢比基本稳定在一个碳对应两个氢（CH2），而天然气是一个碳对应四个氢（CH4）。
<br>
搞懂这个比例，大家就能看懂炼油和煤化工的本质。炼油，就是把原本CH1.5的石油，加工成一碳两氢的成品油（CH2），整个过程必须额外加氢。煤化工也是同理，煤制油是把CH0.6的煤炭，转化成一碳两氢的油（CH2），煤制天然气是把CH0.6转化为CH4，同样必须依靠加氢才能完成转化。
<br>
这就说明，所有能源工业，无论是石油化工、炼油产业，还是煤化工产业，包括煤制油及煤制天然气都离不开大规模加氢。制氢、加氢，是支撑整个石油化工，炼油及煤化工产业运转的核心环节，也是决定产业成本的关键参数。
<br>
加氢反应对化工非常重要
<br>
除此之外，化肥产业也需要氢，人类能够解决温饱，根源就是一百多年前化肥技术的诞生。几十年前我们国家还有大量人口吃不饱饭，改革开放初期，国内曾举全国之力引进外资化肥项目。我记得当年一套30万吨合成氨项目剪彩，总理都要亲自到场出席新闻活动，足以看出化肥厂当时有多重要。
<br>
国际上不少化肥项目以天然气为原料，但我们国内天然气没有那么多，大多采用煤制化肥路线。国内很多企业会选择把空气降温压缩到零下一百多摄氏度，把氮气冷却为液体，分离出纯氧。然后用纯氧去气化水煤浆。什么是水煤浆？就是把煤炭充分研磨，混在水里，形态如同黑色牛奶一般的浆体。
<br>
随后将水煤浆及纯氧高压送入气化炉，气化炉一般维持五六十个大气压。同时我们控制氧气供给量，维持一千多度高温、六十多个大气压环境，煤炭发生部分氧化反应，产出氢气和一氧化碳，伴生少量二氧化碳。一氧化碳还能继续和水发生水煤气变换反应，进一步生成氢气与二氧化碳。
<br>
然后让二氧化碳直接排空，留存下来的就是氢气。氢气再和氮气合成氨，有了氨才能进一步生产尿素，整套化肥工业才得以运转，也正是化肥让中国人逐步解决温饱。放眼全球，化肥生产都离不开制氢，这个用氢量是很大的。但是迄今全世界不到0.1%的化肥是使用绿氢生产的，基本都是天然气制氢或者煤制氢进而生产化肥。
<br>
2024年，国内统计氢气产能大概接近3650万吨/年，其中煤制氢：2070万吨，天然气制氢：760万吨，焦化厂及石油化工厂等工业副产氢：770万吨，而绿电电解水制氢只有区区32万吨，占比只有0.89%。消耗大户首先是炼油厂，其次是化肥厂、钢厂，真正供给氢燃料汽车使用的氢气占比非常低。在这3650万吨氢气里，绿氢占比还不到1%，绝大部分氢今天还是依靠煤炭和天然气制取。
<br>
国际上中东、北美天然气储量充足，普遍采用天然气路线。这里就有一个值得思考的问题：既然化肥、炼油、钢铁都是规模庞大的产业，为什么时至今日，行业99%以上依旧选用天然气制备的蓝氢或者煤制灰氢，而不愿意使用绿氢？核心原因就是绿氢成本更高，大家一定要认清这个现实。
<br>
如果绿氢真的足够便宜，我们各行各业早就全面普及使用了。现如今，煤化工、石油化工，产业规模比当下新兴的绿氢产业要大上百倍，甚至上千倍。我们做产业的，都是追求成本最优、效益最高，只要绿氢具备成本优势，我们肯定第一时间大规模替代、全面使用。但现实问题就是，目前绿氢的成本仍然较高，这也是行业无法大规模普及绿氢的根本原因。尽管绿氢的成本随着绿电成本的进一步降低，有望继续降低，但如果绿氢的成本算上碳税有希望和蓝氢甚至灰氢持平或更低，除交通领域外，大量使用绿氢的应该是化肥，炼油，石油化工及煤化工这些领域。
<br>
现在很多人觉得国内风电、太阳能电价持续下降，绿氢成本随之走低，这点不假。但即便成本持续下行，放到当下，绿氢生产成本依旧高于蓝氢、灰氢。制氢本身历史悠久，人类已经探索上百年，所以不要觉得绿氢时代马上就要全面到来。我们如今确实看到了绿氢发展的曙光，但是看见曙光，不等于现阶段就能大规模落地，这点我希望纠正大家普遍存在的认知偏差。
<br>
1
<br>
2
<br>
3
<br>
4
<br>
下一页
<br>
余下全文