绿氢可能是全球向可持续能源及净零排放经济转型的关键推动力。
全球正掀起前所未有的热潮，推动氢能实现其长期以来作为清洁能源解决方案的潜力。
博士 Emanuele Taibi阐述了氢能目前的发展状况，以及它如何助力实现清洁、安全且经济可负担的能源未来。
当下正是挖掘氢能潜力、使其在应对关键能源挑战中发挥重要作用的最佳时机。可再生能源技术和电动汽车近期取得的成功表明，政策与技术创新有能力打造全球清洁能源产业。
氢正逐渐成为储存能源的主要选项之一，即利用可再生能源制取氢基燃料，并可能将可再生能源从资源丰富的地区远距离输送至相距数千公里的能源需求旺盛地区。
在联合国气候大会（COP26）上，多项减排承诺中都提及绿氢，将其作为重工业、长途货运、航运和航空领域脱碳的手段。各国政府和产业界均认可氢是净零排放经济的重要支柱。
Green Hydrogen Catapult（绿色氢能弹射器），是一项旨在降低绿氢成本的联合国倡议，宣布将绿色电解槽目标几乎翻倍：从去年设定的25吉瓦提高到2027年的45吉瓦。欧盟委员会已通过一套立法提案，以促进可再生及低碳气体（包括氢）的应用，实现欧盟天然气市场脱碳，并确保欧洲所有公民的能源安全。阿拉伯联合酋长国也在提高目标，其新氢能战略旨在占据2030年全球低碳氢市场的四分之一，而日本近日宣布将从其绿色创新基金中投入34亿美元，在未来10年加快氢能的研发与推广应用。
在描述氢能技术时，您可能会遇到“灰氢”“蓝氢”“绿氢”等术语。这些术语的区别完全取决于其生产方式。氢气燃烧时只排放水，但制取过程可能是碳密集型的。根据生产方法，氢可分为灰氢、蓝氢或绿氢，有时甚至分为粉色、黄色或青绿色的氢。然而，绿氢是唯一以气候中和方式生产的氢，因此对于2050年前实现净零排放至关重要。
我们请国际可再生能源署（IRENA）电力行业转型战略负责人Emanuele Taibi博士，请他解释什么是绿氢，以及它如何为实现净零排放铺平道路。他目前驻德国波恩的IRENA创新与技术中心工作，负责协助成员国制定电力行业转型战略，目前主要管理电力系统灵活性、氢能与储能相关工作，这些均是能源转型的关键推动因素。Taibi博士同时也是世界经济论坛的“战略情报”平台联合策展人，其团队在该平台上绘制了关于氢能的转型图谱。
绿氢技术
是什么促使您在能源技术领域积累专业知识？您在IRENA的工作又如何为此做出贡献？
这源于我的硕士论文。我曾在意大利国家能源与环境署（ENEA）实习，在那里我了解了可持续发展与能源，以及两者之间的关联。我以管理工程为方向撰写了论文，并决定将这一领域作为我职业生涯的重点。时光荏苒，我已积累了近20年的能源与国际合作经验，拥有能源技术博士学位，并曾在私营部门、研究机构及政府间机构任职。自2017年起，我目前领导IRENA电力行业转型团队。
在IRENA，我与团队以及机构内部同事和世界经济论坛等外部合作伙伴密切合作，致力于支持我们166个成员国推进能源转型。工作重点包括可再生电力供应，以及通过绿色电子和氢及其衍生物等绿色分子，推动能源行业脱碳。
什么是绿氢？它与传统的高排放“灰氢”和蓝氢有何区别？
氢是元素周期表中最简单、最小的元素。无论采用何种方式制取，最终得到的都是同样不含碳的分子。然而，制氢路径多种多样，二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）等温室气体的排放量也各不相同。
绿氢是指利用可再生电力将水分解为氢和氧所制得的氢。这一路径与灰氢和蓝氢截然不同。
灰氢传统上由甲烷（CH4）制取，借助蒸汽将其裂解为CO2（气候变化的主要元凶）和氢气（H2）。灰氢也越来越多地由煤炭制取，每单位氢产生的CO2排放显著更高，以至于常被称为棕氢或黑氢，而非灰氢。目前灰氢已实现工业化规模生产，其相关排放量相当于英国与印度尼西亚的排放总和。它毫无能源转型价值，情况恰恰相反。
蓝氢的生产过程与灰氢相同，但增加了捕集制氢过程（从甲烷或煤炭中分离氢时）产生的CO2并将其长期封存所需的技术。它并非单一颜色，而是一个范围很广的渐变谱系，因为产生的CO2并非能全部捕集，且并非所有封存方式在长期内都同样有效。关键在于，若能捕集大部分CO2，氢气生产对气候的影响便可显著降低。
有些技术（例如甲烷热解）有望实现较高的捕集率（90-95%），并以固态形式有效长期封存CO2，其效果可能远优于蓝氢，因此它们应在“氢能分类彩虹”中拥有自己的颜色，即青绿氢。不过，甲烷热解目前仍处于试点阶段，而绿氢正依托两项关键技术迅速扩大规模：可再生电力（尤其是太阳能光伏和风能，但不限于此）以及电解技术。
与可再生电力不同（后者是当今大多数国家和地区最廉价的电力来源），绿氢生产所需的电解技术需要大幅扩大规模，并在未来十年或二十年内至少将成本降低三倍。然而，与CCS和甲烷热解不同，电解技术目前已实现商业化，现在即可从多家国际供应商处采购。
绿色氢能解决方案
向“绿色”氢能经济转型的能源转型方案有哪些优势？我们目前如何从灰氢过渡到绿氢经济？
绿氢是能源转型的重要组成部分。但它并非下一个直接步骤，因为我们首先需要进一步加快可再生电力的部署，以实现现有电力系统脱碳；加速能源行业电气化，以利用低成本可再生电力；之后才能最终通过绿氢实现重工业、航运和航空等难以电气化行业的脱碳。
需要指出的是，目前我们生产了大量灰氢，伴随着高CO2（及甲烷）排放：首要任务是开始对现有氢需求进行脱碳，例如以绿氨替代天然气制取的氨。
近期研究引发了关于将蓝氢作为过渡燃料、直至绿氢具备成本竞争力的讨论。绿氢如何在与蓝氢的对比中实现成本竞争力？在技术开发过程中需要进行哪些类型的战略投资？
第一步是为蓝氢取代灰氢提供信号。若排放CO2无需付费，企业便没有投资复杂且昂贵的碳捕集系统（CCS）及CO2地质封存的商业理由。一旦框架使得低碳氢（蓝、绿、青绿）能够与灰氢竞争，问题便转为：如果存在资产搁浅风险，是否应投资CCS；以及绿氢何时会比蓝氢更便宜。
答案当然因地区而异。在净零排放的世界里（越来越多国家已承诺实现这一目标），蓝氢的剩余排放将需要通过负排放加以抵消，这将产生成本。与此同时，天然气价格近期波动剧烈，致使蓝氢价格与天然气价格高度相关，不仅面临CO2价格的不确定性，也面临天然气价格波动的风险。
然而，对于绿氢，我们可能会看到与太阳能光伏类似的发展历程。它属于资本密集型产业，因此我们既需要降低投资成本，也需要降低投资本身的成本（即资本成本），具体途径包括扩大可再生技术和电解槽的制造规模，同时建立低风险的购电保障机制，以降低绿氢投资的资本成本。这将带来稳定且持续下降的绿氢成本，与之形成对比的是蓝氢成本波动且可能上升。
可再生能源技术如今已达到足够成熟的水平，能够在全球范围内实现具有竞争力的可再生电力发电，这是绿氢生产具备竞争力的前提。然而，电解槽目前的部署规模仍然很小，需要在未来三十年内将规模扩大三个数量级，以将其成本降低三倍。
目前，绿氢项目的储备情况表明，电解槽成本有望在2030年前减半。这一趋势，加上位于最佳可再生资源区的大型项目，可能使具有竞争力的绿氢在未来5–10年内实现规模化供应。这为仍处于试点阶段的蓝氢留下的时间已不多：蓝氢需要从试点扩大到商业规模，在商业规模和具有竞争力的成本下部署复杂项目（例如长期地质CO2封存），并在未来10–15年内收回已投入的资金。
目前已有多国政府将氢燃料技术纳入其国家战略。鉴于经济脱碳转型需求日益增长，以及具有更高碳捕集率的赋能技术不断涌现，您对评估绿氢利弊的政策制定者和决策者有何建议？
我们在实现净零排放的过程中需要绿氢，尤其是在工业、航运和航空领域。然而，我们当前最迫切需要的是：
1）提高能源效率；
2）电气化；
3）加快可再生电力发电的增长。
实现上述目标后，仍有约40%的需求需要脱碳，此时我们需要绿氢、现代生物能源以及可再生能源的直接利用。在进一步扩大可再生电力规模以实现电力脱碳后，我们将有条件进一步扩大可再生电力产能，以极低的额外成本生产具有竞争力的绿氢，并使难以减排的行业脱碳。
绿氢的未来
您认为到2030年，氢相关能源技术将如何发展？我们能否预期氢动力商用车的出现？
我们认为，在未来十年，氢需求已存在的领域将迎来绿氢快速普及的机遇，包括氨、钢铁及其他现有大宗商品的脱碳。许多使用氢的工业过程可以将灰氢替换为绿氢或蓝氢，前提是CO2定价合理，或为这些行业脱碳建立了其他机制。
对于航运和航空，情况略有不同。以绿氢为基础、但本质上与喷气燃料以及由石油制得的甲醇相同的直接替代燃料，可在现有飞机和船舶上使用，几乎无需调整。然而，这些燃料含有CO2，需要从某处捕集并加入氢中，在燃烧时再次释放：这虽减少但并未解决CO2排放问题。若有适当激励措施证明额外成本是合理的，以减少（而非消除）排放，合成燃料可在2030年前投入使用。
未来几年，船舶可转而使用绿氨，这是一种由绿氢和空气中的氮气制成的燃料，不含CO2，但需要投资更换发动机和储罐，而且目前绿氨的成本远高于燃料油。
氢（或氨）动力飞机距离实现还较远，这些飞机本质上需要全新设计、制造并销售给航空公司，以取代现有的喷气燃料飞机，显然到2030年不可行。从这个意义上讲，由绿氢与可持续生物能源组合生产的绿色喷气燃料，是一种可在近期部署的解决方案。
总之，到2030年为止加速脱碳的主要行动包括：1）提高能源效率；2）以可再生能源实现电气化；3）加快可再生电力发电的增长（这将进一步降低本已低廉的可再生电力成本）；4）扩大可持续的现代生物能源规模，这对生产需要CO2的绿色燃料等尤为必要；5）以绿氢替代灰氢实现脱碳，这将扩大规模并降低电解成本，使绿氢具有竞争力，并为2030年代的进一步规模化做好准备，从而实现2050年净零排放目标。
世界经济论坛自2017年以来一直长期支持清洁氢议程，其中包括助力创建了氢能委员会、与“使命创新”（Mission Innovation）合作设立氢能创新挑战赛，以及与能源转型委员会共同创建“使命可能”（Mission Possible）平台，以助力难以减排的行业在2050年前实现净零排放。欲了解更多关于“加速清洁氢倡议”（Accelerating Clean Hydrogen Initiative）的信息，请点击此处。
