赛迪译丛2024年第38期（总第664期）：打造可持续的国际氢价值链报告-加水印

打造可持续的国际氢价值链报告【译者按】今年9月，国际可再生能源署发布《打造可持续的国际氢价值链报告》。报告认为，绿氢是到2050年实现净零排放目标的关键。由于绿氢的供需存在地域差异，会产生一个横跨全球的新价值链。本报告研究了促进绿氢价值链发展的重要因素，探讨了与发展中国家绿氢生产相关的环境、基础设施、社会经济和治理等各个方面，分析了氢及氢载体的运输和贸易。本报告强调了打造国际氢价值链相关的机遇和潜在风险。提出了推动绿氢价值链可持续、降低环境风险、重视氢载体的市场建设、创造本土价值、推动全球战略合作五方面的建议。赛迪智库节能与环保研究所对该报告进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。【关键词】绿氢价值链氢载体运输和贸易战略一、绿氢价值链的发展背景最近的能源危机、地缘政治挑战和气候灾害再次显示了世界能源基础设施和流动的脆弱性。能源（尤其是可再生能源）的运输和贸易日益成为脱碳、负担能力和供应安全道路上的最大挑战之一。因此，当务之急是创建一个稳健、可持续的国际价值链。7国集团（G7）利用多边合作努力解决这些挑战。（一）国际合作需求未来，可再生能源丰富、水和土地供应充足、融资成本低的地区在生产以可再生能源为基础的氢及其衍生物的过程中将具备经济潜力。而氢的需求中心可能不具备大规模生产的条件。绿氢及其衍生物在能源转型中具有重要作用，其生产和贸易将可能形成新的全球市场，涉及复杂的国际价值链。打造可持续的国际氢价值链，需要大量的基础设施投资，并保障环境的可持续性和社会公正性。由于远距离价值链的复杂性、利益相关方之间需要密切合作、社会认知提升、长期可持续性等原因，必须对价值链评估采取整体和全面的方法。（二）报告研究范围本报告探讨了偏远发展中国家与未来需求中心之间的绿氢价值链。重点从经济、治理、环境以及对发展中国家的社会经济影响等多维度进行分析。如图1所示。迹010403治理02经济图1：可持续的国际氢价值链的选定维度和方面二、氢的生产与需求现状及趋势（一）需求现状与预测G72050年实现温室气体净零排放。电力行业以及交通、工业、建筑等终端用能行业需要进行全面改造。能源系统脱碳的主要驱动力包括：提高能源效率、加快部署可再2020 2050（1.5℃情景） 374艾焦最终能源消耗总量最终能源消耗总量（%）4%其他5%6%生物质生物质的的现代传统用途使用63%22%化石燃料电力（直接）在电力中的可再生份额资料来源：国际可再生能源署（2023a）。

353艾焦最终能源消耗总量在氢中的可再生份额94%16%生物质的现代使用14%氢（直接使用和合成燃料）*7%其他12%化石51%电力（直燃料接）在电力中的可再生份额图2：按能源载体分列的最终能源消耗总量：国际可再生能源署提出的1.5℃情景根据国际可再生能源（IRENA）1.5205014%2020年增加五倍以上。2030428GW2050年5722GW32050年绿氢所需的电力与当前全球电力消耗量相当。总（拍） （千瓦）

电解槽总容量（GW）清洁氢（PJ）注：1.5-S=1.5℃情景；GW=千兆瓦；PJ=资料来源：（国际可再生能源署，2023a）。图3：2020年、2030年和2050年全球清洁氢供应（二）生产潜力分析虑土地、水资源和基础设施等因素。2050年，全球绿氢的开发潜力将达到全球一次能源需求量的近20倍。随着成本与可用可再生能力之间的平衡，绿氢的潜力将随着时间的推移而改变。重要。IRENA1.5205025%的氢55%将以纯氢形式运输，（45%将主要以氨的形式运输。1注：PJ=拍焦；NH3=氨；H2=氢。资料来源：（国际可再生能源署和世界贸易组织，2023）。免责声明：本地图仅供参考。本地图上显示的边界和名称并不意味着国际可再生能源署的认可或接受。图4：绿氢及其衍生物：1.5℃情景下2050年的贸易预测三、绿氢生产的环境影响（一）排放强度1由于这些数字是基于成本优化模型得出的，因此没有考虑更多的决定性因素，如政治稳定、能源安全和经济发展等。强度不同。排放强度越低，对实现气候保护目标的贡献就越大。通过生命周期评估得知：绿氢的排放强度最低；灰氢的排放强度最高；蓝氢的温室气体排放量仅比灰氢低9%-12%。（二）电力供应零碳排放。尽管现在的电网并非净零排放，但在过去的十年中，27.2%增加到40.2%。随着电网的进一步绿化，电制氢的排放强度将得到降低。（三）激励措施和法规影响如欧盟的碳边境调节机制旨在为进口氢气和氢衍生产品的排放定价。美国的《通胀削减法案》则为碳强度较低的氢气生产提供资金支持。日本正处于设计本国生产和进口氢气激励计划的早期（四）水资源供应水是仅次于电的第二大影响因素。绿氢的水足迹小于蓝氢或灰氢的生产，但全球到2050年所需的绿氢产量仍需大量水资源。一些地区可能因水资源短缺面临挑战，需要综合考虑能源和水资源规划。在淡水资源不足的情况下，绿氢生产可能需要采用海水淡化方法。四、氢载体技术推动绿氢运输和贸易（一）氨（Ammonia）可再生氨由可再生氢和氮气通过哈伯-能源载体或化学原料。国际上已有一定规模的氨运输基础设施-1015倍，需要在储运方面加大投资。但氨是危险化学品，具有腐蚀性和毒性，在整个运输链需最大限度地降低泄漏风险。在风光资源丰富的地区，可再生氨的成本约为720美元/吨。2030480美元/2050310美元/吨。（二）液氢（Liquidhydrogen）氢可通过林德循环或焦耳-汤姆孙膨胀循环法液化，在零下253℃储存。氢通过船舶运输，成本非常高。目前，世界上只有一艘船2（如液态有机氢载体）10万吨时，75%。这种规模仍不足以实现价值链的商业化。（三）液态有机氢载体（LOHCS）LOHCSLOHCSLOHCS（四）甲醇（Methanol）可再生甲醇可由生物质或二氧化碳与绿氢合成，通常分为两类：一是生物甲醇，它是以生物质为原料生产的。生物质包括农林固体废弃物和副产品、沼气、城市固体废物（MSW）、纸浆由生物或空气捕集的二氧化碳和绿氢制成。目前的石油基础设施改造后可用于甲醇的储运。甲醇易燃且有毒，在标准环境条件下储2这艘船是川崎重工的SuisoFrontier号，它曾将煤制氢从澳大利亚运往日本。它可以装载1250立方米的氢气。存易实现。250美元500美元/400美元/700美元/吨。目前合成甲醇的生产成本估计在800-1600美元/吨之间。（五）载体比较不同氢载体在基础设施要求、技术特点、能源平衡等方面存在差异，各有优缺点，未来可能是多载体共存的局面。表1概述了不同的载体以及在对载体进行比较时最重要的考虑因素。图5和图6显示了各种氢载体长途供应链主要步骤中的各种能源消耗。）表1：氢载体概述）氨液氢液态有机氢载体甲醇出口基础设施运。可以利用现有的石油甲苯与氢反应后会转（MCH）。在运输过程中，甲苯会被“氢化”——放入化学罐中——进行“脱氢”以释放氢（）输。技术考虑）液态有机氢载体氨液氢）液态有机氢载体氨液氢（）为30%-36%），因此需要更多的能源供应。（天0.05%-0.25%。）（。合物（每个周期0.1%）。（）脱氢0MJ/kgH232MJth可被回收无沸腾能源量无沸腾无沸腾能源量的能源含量）36-48总计39-51MJ/kgH2MJ/kgH2氢气生产转化与合成处理和储存国际运输处理和储存氢气生产转化与合成处理和储存国际运输处理和储存氢气回收30-36%36-43.2MJ/kgH2能源+沸腾2.21MJ/kgH2沸腾＜0.1%每天，3.8天+1天0.58MJ/kgH2能源+沸腾2.21MJ/kgH2气化0总计41-48.2哈伯法11.3-15.1MJ/kgH2能源+沸腾0.74MJ/kgH2沸腾0.04%每天，3.8天 能源+沸腾+1天 0.74MJ/kgH20.23MJ/kgH裂解（4.2-11kWh/kg）15.1-39.6MJ/kgH2总计28.1-56.4MJ/kgH22催化合成0-48/kgH2*能源+沸腾0.02MJ/kgH2可忽视的沸腾能源+沸腾 裂解 总计0.02MJ/kgH2 32MJ/kgH2 35.6MJ/kgH2劣势微小优势中性特点甲醇不需要额外能源（低端），而在高端，可利用能耗为6.6GJ/t二氧化碳的“液体直接空气捕集”通过直接空气捕集获得二氧化碳（国际能源署，2023b）。MJ/kgH2=兆焦/千克氢气资料来源：（国际可再生能源署，2022f；国际可再生能源署和氨能源协会，2022；国际可再生能源署和甲醇研究所，2021；牛津能源研究所，2022）。图5选定载体路径的供应链能耗液氢 氨 液态有机氢载体 甲醇液化/转化能量（MJ/kgH2）装载/卸载（MJ/kgH2）脱氢过程中的沸腾（MJ/kg）

储存沸腾（MJ/kg）MJ/kgH2输送量脱氢所需能量（MJ/kg2MJ/kgH2输送量资料来源：（国际可再生能源署，2022f；国际可再生能源署和氨能源协会，2022；国际可再生能源署和甲醇研究所，2021；牛津能源研究所，2022）。6五、绿氢对发展中国家的协同效益发展中国家与未来进口国之间的双赢解决方案：工业化国家获得绿氢和商品，而发展中国家则获得投资、就业机会和技术转让。（一）能源获取建设大规模绿氢生产设施对当地社区和国家能源系统有重大影响，特别是在将电解槽连接到电网时。为确保可持续性和公平性，必须在能源行业整体规划的背景下考虑这些影响。发展中国家生产绿氢可能面临能源获取的挑战，应平衡出口和国内能源需求，可将部分投资用于电网脱碳和扩大能源获取，同时积累相关知识和技术。（二）工业发展机遇发展中国家可通过生产和出口绿氢可促进经济增长，但可能面临市场不平等问题。可从产业链上下游创造价值，如上游发展电解槽、压缩机、阀门和计量设备等部件的本地制造。下游将绿氢加工成附加值更高的产品，如绿氨、绿甲醇和绿色钢铁。能源转型为许多行业提供了发展空间，氨和钢铁就是与绿氢有关的两个例子。氨：IRENA1.520506.885.66（源自绿氢和可再生能源电力）时，氨的脱碳将实现。此外，还将结合碳捕集与封存技术（CCS）对化石氨生产进行补充。20亿万吨/年增205025亿万吨/跨大洲运输绿色产品可能比运输任何形式的绿氢都要便宜。能源密集型产业有机会在低成本可再生能源过剩的国家建立新设施，出口半成品（如还原铁）或成品（如汽车）。（三）就业和劳动力发展IRENA的测算，全球的电解槽和其他绿氢基础设施投20303802050年可创造650万个工作岗位。发展中国家需考虑自身能力，通过技能培训和发展本地产业，利用的工业和劳动力，来满足新兴氢经济的需求。六、潜在绿氢供应商的战略为了实现净零排放的目标，越来越多的国家开始制定氢能战2070年代、9021世纪初之后的第四次氢能热潮。与前几轮相比，氢能战略发布频率增加；战略中提出了明确的政策目标；能源转型成为绿氢投资的主要驱动力；战略重点是针对“难减排”行业。为促进全球南北方国家之间的氢贸易，发达国家签署了许多谅解备忘录、贸易协定并积极开展外交2023107。出口国 进口国澳大利亚刚果民主共和国新西兰俄罗斯联邦沙特阿拉伯阿拉伯联合酋长国阿联酋

图7：截至2023年10月的氢能谅解备忘录

比利时德国日本荷兰英国欧盟中国印度（一）战略案例分析为掌握全球的发展动态，并评估全球北方国家和全球南方国家在氢能行业发展方面的不同立场。本报告从全球南方国家发布的战略中选择了六个国家的氢能战略进行比较。分别是新加坡、特立尼达和多巴哥、摩洛哥、阿曼以及潜在的氢中心-纳米比亚、南非。除新加坡外，这些国家的一个共同特点是可再生能源发电潜力巨大，因此非常适合生产和出口绿氢。））表2））数字目标/指标摩洛哥纳米比亚阿曼南非特立尼达和多巴哥氢气生产（百万吨/1.0-2.0（2030）1.0-1.5（2030）0.5（2030）1.5（2052）年）5.0-7.0（2040）4.0（2065）电解（千兆瓦）8.0-15.0（2030）0.001（2024）35.0-40.0（204095.0-100.0（2050氢气消耗（百万吨0.09-0.2（2030）1.5（2052）0.42-0.59（2040）0.62-0.64（2050）氢气出口（百万吨）0.22-0.46（2030）预期国际氢当量贸1.0（2050）2.5（2065）1.0-2.0（2040）易量的5.0-8.02.5-5.0（2050）电转液（GWh）3.0-6.3（2030）13.3-26.7（2040）33.33-66.7（2050）资料来源：（数据存储研究所，2021；摩洛哥能源矿产部，2021；数据存储研究所和国家能源，2022；纳米比亚矿业和能源部，2022年；MTI，2022；Hydrom，2024）2提供了所选战略的出口导向。但是各国关注不同的氢气生产和消费方南非计划通过短期项目刺激当地对氢气的需求，以展示商业潜力并为进入全球市场做好准备。蓝氢能被认为是南非转型的结构性组成部分。特立尼达和多巴哥的战略重点是绿氢，计划到20655.7千兆瓦的海上风电，为2.5千兆瓦的电解槽提供电力。这些项目包括运输，摩洛哥还包括管道改造。拥有必要的资源、能力和市场条件的发展中国家可以在不影响国内基础设施发展的情况下有效地实施出口导向型战略。3概述了最终用途在不同国家战略中的作用。已经是氨和甲醇生产国的特立尼达和多巴哥明确表示，希望在出口氢气之前实现化工行业的脱碳。南非的炼钢、水泥、采矿、炼油和化工生产等“难减排”行业将得到优先考虑。非“难减排”行业对氢战略的兴趣较小。轻型燃料电池电动汽车（FCEV）、发电和住宅供暖用氢是目前少数拥有化石燃料储备的国家支持的领域。生产分部（上游）运输部分（中游））类别摩洛哥纳米比亚阿曼新加坡南非特立尼达和多巴哥可再生/绿色+++++++++++蓝色+++·氢气管道+++公路/铁路分布++船运++++++++++存储方案++++化学工业++++++++++++炼钢++++++水泥++++高温加热++++其他行业++++++长途航空++++·长途船运+++++长途卡车+++++火车++++巴士+++渡轮+燃料电池电动汽车··其他流动（请注明）+发电（燃料电池/涡轮机）++++++·住宅+出口+++++++++进口++注：++=高优先级；+=低优先级；·=提及所选国家战略仅在少数情况下投入资金用于直接激励措施，（通常是外国）资金。表4评估了各国为支持绿氢部门发展而选择的政策工具。表4：选定战略的政策工具比较类别摩洛哥纳米比亚阿曼新加坡南非特立尼达和多巴哥补助金++++筹集资金+++++++税收+++++创建氢能和非氢能基础设施++++++++生产支持机制需求方支持+++监管、标准和认证++++++++土地许可证+++++技能++++++本地内容制造++++知识创造++++++注：++=提及包括治理和时间表等细节的政策；+=提及的政策分阶段的战略目标反映氢能部门的预期发展、政策需求和绿氢部署。进口导向的七国集团中五个成员在其战略中明确提到了这种分阶段的方法，并对氢的市场增长提出了明确的中期目标和预测，将2030年左右视为最后阶段。案例中出口导向的三个国家战略中也提到了类似的分阶段方案（见表5）。特立尼达和多巴哥以及摩洛哥分别预测2045年和2040年为成熟阶段。表5：三项选定战略的类似分阶段方法。类别摩洛哥南非特立尼达和多巴哥阶段阶段12020-20302021-20242022-2028阶段22030-20402025-20302029-2044阶段32040-20502030-20402045-2065关注社会经济和环境方面的影响。能源规划不能忽视经济、社会以及环境承载力，加强与社会经济和环境方面结合，关注创造就业机会、环境保护和脱碳等方面。另外，南非明确将能源密集型产业的脱碳作为优先事项，将吸引可持续航空燃料产业。纳米比亚部署氢能项目，可再生能源电网的发展有可能吸引新的能源密集型产业，包括铝和玻璃生产。此外，纳米比亚正在考虑出口还原铁块。（二）潜在进出口国的战略目标若在全球能源转型中充分发挥氢能的潜力，潜在的进出口国必须进行战略规划布局、开展国际合作，并注重可持续和包容性