地缘视角下的氢能发展

与其瞄准不切实际的未来氢需求，不如着眼当下、实现更多的绿氢替代。

随着世界上绝大多数政府承诺在未来两代人内实现经济脱碳，我们正踏上未知的航程。曾经关于碳定价和排放交易的争论已经演变成一场产业政策竞赛。一路上都会有阻力和否认，也会有突破和意想不到的胜利。

过去20年来，太阳能和风能的成本大幅下降。电动汽车已从幻想变为无处不在的现实。

但除了彻底的反对和明显的胜利之外，我们还必须应对更加阴暗、一厢情愿和有动机的推理的情况。当我们寻找脱碳难题的技术解决方案时，必须警惕能源转型的海市蜃楼。

在沙漠徒步旅行中，海市蜃楼可能是致命的。在错误的方向上走得太远，可能就没有回头路了。在找到真正的水之前，你就会疲惫不堪。另一方面，如果你不走向看似绿洲的地方，你就不能确定是否能及时找到另一个绿洲。

现在，我们面临着类似的困境，这种困境不是水，但却和水息息相关——氢。氢是世界能源未来的关键组成部分还是危险的海市蜃楼？这是一个最终可能涉及数十万亿美元投资的问题。

液空集团的电解槽装置

几十年来，经济学家一直警告：试图通过产业政策来挑选赢家是危险的。风险不仅在于可能会失败，还在于这样做会带来成本。你投入了真正的资源，却排除了其他选择。 

失败的经验告诉我们：应该把它交给市场。但这是应对不那么紧急的时刻的良方。气候危机没有给我们时间，我们无法回避选择能源未来的挑战。

正如查克·萨贝尔和大卫·维克多在他们的重要新书《修复气候：不确定世界的策略》中所说，正是通过当地的合作伙伴关系和实验，我们最有可能找到这些技术困境的答案。

但同时，我们也必须警惕强大的既得利益集团利用激进的技术愿景引导我们走向实际上保守且昂贵的选择。

走到台前的氢

在能源的未来中，有些因素似乎是明确的：电力将在我们的能源结构中发挥比以往任何时候都更大的作用。但仍然存在一些非常棘手的问题：电够用吗？

如何在不使用碳氢化合物和施加高温的情况下，释放生产现代生活必需的材料（如化肥和水泥）所需的化学反应、为了冶炼我们每年使用的18亿吨钢铁，需要近2,000摄氏度的温度。

我们能在不燃烧化石能源的情况下实现吗？如何为飞机提供动力以在空中飞行数千英里、数万英尺？如何推动巨型集装箱船环游世界？依靠动力电池显然是不够的。

西班牙公司Iberdrola的绿氢工厂

因为热值极高，氢被视为一种最佳解决方案。而且氢的燃烧只排放水，完美符合碳中和特性。而且人类对于如何电解水制氢的技术也掌握的十分成熟。更重要的是，电也可以完全碳中和。

看起来绿氢似乎触手可及。

遵循这种工程逻辑，氢被其倡导者描述为能源转型的一把瑞士军刀（全能），是万物电气化基本战略的多功能辅助工具。

问题是，尽管氢解决方案在技术上可行，但从更广泛的能源转型战略的角度来看，它们是否有意义，或者它们实际上是否可能是一个代价高昂的错误转变。

至少目前来看，使用氢作为能量储存的效率非常低。基于当下的技术，通过电解从水中生产氢气所消耗的能量远多于燃烧氢气所储存和最终释放的能量。因此有人会发出质疑，为什么不使用相同的电力来产生热量或直接驱动电机呢？要知道虽然氢气是0排放的，但是电解水的设备可是十分昂贵的。

而且尽管氢可以干净地燃烧，但作为燃料储运并不方便。因为具有腐蚀性、单位体积能量低并且容易爆炸，储存和运输氢气需要对运输设施、管道、加气站进行额外投资。或者将将氢气转化为更稳定形式的氨，但这笔投资也不是小数目。

法国一家氢能公交的制造工厂

氢能支持者预计，到2050年，氢的年消耗量将从目前的1亿吨增加到每年6亿吨以上。这将消耗绿色电力生产的很大一部分。在美国氢能委员会支持的方案中，2900吉瓦的可再生能源中，650吉瓦将用于制氢。这几乎是当今可再生能源装机总容量的三倍。

显然，氢能产业大规模发展所带来的成本激增是巨大的。未来几十年氢能建设的成本可能高达数十万亿美元。这还不包括对氢能应用相关产业的运输、存储等方面的投资。

全球共频

不足为奇的是，尽管“氢经济”作为一个综合经济和技术系统的愿景已经存在了半个世纪，但我们对氢能应用的实际经验却很少。

尽管如此，在过去六年中，围绕氢经济的发展，各国政府和工业利益集团组成了一个庞大的联盟。

美国的氢能委员会拥有众多企业赞助商，包括空中客车公司和沙特阿美公司、宝马、戴姆勒卡车、本田、丰田和现代、西门子、壳牌和微软。

日本、韩国、欧盟、英国、美国和中国等国家政府都有自己的氢能战略。氨的实验船已停靠在日本。欧盟正在规划一个复杂的管道网络，称为氢骨干网。美国氢能委员会统计，全球各国目前宣布的氢能项目总计价值3200亿美元。

鉴于氢的许多新用途尚未经过测试，并且考虑到许多有影响力的能源经济学家和工程师的怀疑态度，我们有理由询问是什么推动了这一波对氢愿景的承诺。

从技术角度来看，氢代表着遥远地平线上可能性的闪烁形象，但从政治经济学角度来看，它具有更直接的作用。通过这条途径，现有的化石能源利益集团可以想象自己在新能源的未来中占有一席之地。

石油巨头和能源公司加入氢能委员会并非巧合。氢气使天然气供应商畅想着将其设施转变为碳中和能源设施。内燃机和燃气轮机制造商可以考虑燃烧氢气。像天然气或石油一样储存氢气或氨有望解决可再生能源发电的间歇性问题，并可能延长燃气轮机发电站的寿命。

福岛氢能研究场

第一个制定氢能战略的国家是日本。日本长期以来受困于能源安全供给的问题。在福岛核事故之后，能源安全焦虑一直在冲击着日本。再加上日本主要主要汽车制造商对氢的长期投资，最终促成了日本在2017年公布氢能战略。

对于本田、日产和韩国现代等其他东亚汽车生产商来说，情况也是如此。面对来自中国电动汽车的激烈竞争，他们鼓励政府加大对氢的承诺。

繁荣的贸易

东亚对氢大量需求的前景促使氢能委员会的经济学家们想象，全球氢贸易基本上会复刻全球油气贸易的繁荣。历史上，油气贸易从中东流向欧洲、美洲、亚洲。现在美国也加入了天然气出口的行列。

美国最大的氨生产商CF Industries已敲定一项协议，将蓝氨运送到日本最大的电力公司，与石油和天然气一起用于发电。CF Industries还和美国石油巨头埃克森公司签订了二氧化碳储存合同，使氨变成蓝色而不是灰色（即增加了CCS）。

与此同时，世界上最大的石油公司沙特阿美公司正在大力宣传蓝色氨，希望运往日本或东亚。尽管能源成本相当于每桶石油约250美元，但阿美公司希望到2030年向世界市场运送1100万吨蓝氨。

为了度过当前的天然气危机，欧盟国家与海湾国家和美国达成了液化天然气协议。除了液化天然气之外，欧洲还致力于加入氢能潮流。其目的是利用绿色或蓝色的氢或氨为欧洲重工业构筑新的发展基础，否则欧洲重工业将面临因高能源价格和欧洲碳税而被完全淘汰出世界市场的风险。如今，欧洲钢铁工业产量仅占全球产量的不到百分之十。

德国西门子的氢动力列车

荷兰，迄今为止一直是全球天然气贸易中心的地区，现在正在争夺欧洲“氢谷”的称号。6月，德国总理奥拉夫·肖尔茨和意大利总理乔治亚·梅洛尼签署了SoutH2走廊合同，这条管道将把氢气从意大利半岛输送到奥地利和德国南部。

与此同时，法国敦促西班牙同意在比利牛斯山脉建立海底氢气管道，而不是天然气管道。西班牙和葡萄牙拥有充足的液化天然气接收站能力。但用一位评论员的话来说，西班牙的太阳能和风能潜力也使其成为欧洲绿色氢生产和氢管道的天然场所。

欧洲实际能生产多少氢气仍然是一个悬而未决的问题。氢能项目吸引欧洲战略家的原因之一是它们提供了欧非合作的新愿景。考虑到人口趋势和移民压力，欧洲迫切需要一个有前途的非洲战略。非洲可再生能源发电的潜力是巨大的。德国最近就与纳米比亚建立了氢能合作伙伴关系。但这引发了新的问题。

首先，主要是沙漠的国家从哪里获得水？其次，纳米比亚将只出口氢气、氨，还是部分由绿色投入制成的工业产品？发展重化工和炼铁工业对纳米比亚有利。但从德国的角度来看，这显然不符合欧洲的立场。那么非洲国家又会回到输出资源的老路上去。

各种保守动机因此汇聚到氢。最明显的是英国脱欧后的情况。英国曾经在“大力发展天然气”和海上风电的推动下成为退出煤炭行业的领头羊，但最近却陷入了僵局。英国严重依赖天然气的行业需要大量投资于电气化，特别是热泵，但这需要大量的投资。

在英国，陷入困境的保守党政府十多年来实际收入停滞不前，正在考虑广泛采用氢用于家庭供暖作为替代方案。能源专家普遍认为，这一想法说是不切实际的蠢事，因为这实际上是在推迟最终不可避免的电气化。但从政治角度来看，用氢气替代天然气的每户成本相对较低，似乎具有吸引力。

避免幻想

数百亿美元的补贴、大量的政治资本和宝贵的时间正在投入氢能，其主要吸引力在于它们最大限度地减少了变化并尽可能地延续了化石能源系统的现有模式。但如果这些投资、吸引力消耗了过多的绿电、推迟了电气化，那么就会得不偿失，让我们陷入两难境地。

氢能重卡生产

在应对能源转型的挑战时，我们需要采取行动导向、进行充分的实验。例如说当电解槽的成本大幅度下降，从而降低氢气生产成本的时候，氢能项目才会变得更加有意义，才会丰富绿色能源供给。

即使许多氢示范项目没有成功，这也可能是值得冒的风险。我们可能会在此过程中学习新技术。面对能源转型的不确定性，我们需要培养对失败的容忍度。

当我们将稀缺资源（无论是实际资源还是政治资源）投入到氢能源中时，势必要面对如何平衡各方利益的问题。

在亚洲、欧洲以及美国，公众对能源转型成本增加的异议已经十分明显了。将资金投入补贴以产生巨大的规模经济并降低成本是一回事。在几乎没有成功前景的项目上浪费金钱又是另一回事。这关乎到能源转型的合法性。

理想情况下，转型与产业发展都是零敲碎打、循序渐进的。我们已经生活在一个以氢为基础的世界。现代工业的两个关键部门没有它就无法运转：炼油依赖于氢气，生产化肥也依赖于氢气。这两个行业产生了目前氢气的大部分需求。

到2050年，我们可能不需要6亿、5亿、甚至3亿吨绿氢和蓝氢。但我们目前已经使用了大约1亿吨氢气，其中只有100万吨是清洁的。

氢的发展已经集中于如何让更多的绿氢替代现有的灰氢。这是一项具有挑战性的任务，因为运输氢气成本高昂，而目前许多氢气需求地区，特别是欧洲，并没有大量廉价的绿色能源。

现有氢经济中有两个地方的实验条件似乎最有利。一个是中国，特别是华北和内蒙古，目前大量的化肥、水泥和钢铁生产都集中在这些地区。 

中国在可再生能源发电方面处于绝对的领先地位，而且掌握着成熟的特高压输电技术。相比于日本在氢能方面的狂热，中国更加理性。 

但是尽管如此，中国也已经是世界上规模最大、成本最低的电解槽设备生产国。2022年中国也公布了氢能产业发展的中长期规划。

另一个关键参与者是美国。虽然在光伏、风电发展速度上显得有些落后，但是美国庞大的石化产业是其发展氢能产业的良好基础。在德克萨斯州，实际上已经有超过2500公里的硬化氢气管道。而以埃克森美孚为代表的美国石油公司，碳中和战略的核心就是CCUS和氢能。

美国标志性的气候立法《减少通货膨胀法案》将其最慷慨的补贴（美国有史以来为绿色能源提供的最慷慨的补贴）瞄准了氢生产，这并非偶然。氢气游说团体正在努力工作，它已使德克萨斯州成为西方世界氢气生产成本最低的地点。

（本文编译自外交政策，有删改。作者系哥伦比亚大学欧洲研究所所长）