氢能，正受到全球共同关注。

　　截止 2021年初，30多个国家发布了氢能路线图，共计宣布了200多个氢能投资计划，全球政府承诺投入700多亿美元公共资金。这是历史上前所未有的全球联动。

　　随着规模化发展，产业链成本持续下降，在2030年前，氢供应价格有望将氢燃料汽车运输成本与传统运输成本相当。

　　近日，麦肯锡氢能理事会发布《2021年氢洞报告（Hydrogen Insights 2021）》 ，详细阐述了全球氢能布局和投资、供应和价格、输送和应用等各个方面的展望，值得全行业参考。

　　执行摘要

　　氢作为能量转移的关键支柱，正在积聚强势。

　　在监管者、投资者和消费者向脱碳全球转移的支撑下，氢(H2)正受到前所未有的兴趣和投资。 2021年初，30多个国家发布了氢能路线图，该行业宣布了200多个氢能项目和雄心勃勃的投资计划，全球政府承诺投入700多亿美元公共资金。 这一势头在整个价值链中存在，并正在加速氢气生产、传输、分销、零售和终端应用的成本降低。

　　类似地，自2020年以来，氢能理事会从60个成员增加到100多个成员，如今在全球市值超过6.6万亿，员工超过650万。

　　本报告概述了氢生态系统的这些发展。 它跟踪氢解决方案的部署、相关投资以及氢技术和终端应用的成本竞争力。 它由氢气委员会和麦肯锡公司共同开发，提供基于事实、全面、定量的、基于真实行业数据的视角。 除了这份报告，氢能委员会还将推出Hhon Insights — 一种订阅服务，提供关于氢生态系统及其发展的细粒度见解和数据。

　　部署和投资：政府对深度脱碳的承诺，已宣布的氢投资已迅速加速

　　目前，整个价值链上有200多个氢气项目，85%的全球项目来自欧洲、亚洲和澳大利亚，美洲、中东和北非的活动也在加速。

　　如果所有项目都取得成果，到2030年，总投资将超过3000亿美元的氢能支出 — 相当于全球能源资金的1.4%。 然而，目前这项投资中只有800亿美元可以认为是"成熟"的，这意味着投资要么处于规划阶段，要么已通过最终投资决定(FID)，要么与正在建设、已经委托或运营的项目有关。

　　在公司层面，氢能理事会的成员们正计划到2025年将氢能投资总额增加六倍，到2030年将增加16倍。 他们计划将这笔投资的大部分用于资本支出（资本支出），然后用于并购（并购）和研发（研发）活动。

　　政府财政支持和监管支持的全球脱碳转型支持了这一势头。 例如，占全球GDP一半以上的75个国家拥有净零碳目标，30多个国家拥有针对氢的战略。 各国政府已经认捐了700多亿美元，其中包括新的产能目标和部门一级的条例，以支持这些氢倡议。 比如，欧盟宣布了2030年4000万千瓦(GW)电解池产能目标（目前还不到0.1 GW）,20多个国家在2035年前宣布了对内燃机(ICE)车辆的销售禁令。 在美国，联邦新车排放标准已落后于欧盟，加州和其他15个州的州级计划制定了雄心勃勃的目标，到2035年，不仅要让乘用车，还要让卡车达到零排放状态。 在中国，2021-24年的燃料电池支持计划将投入相当于50亿美元的燃料电池车辆部署，其重点是发展当地供应链。

　　供应：如果借助适当的监管框架来扩大规模，清洁氢成本的下降速度可能快于预期

　　随着氢气规模项目的出现，氢气生产成本可能继续下降。 对可再生能源而言，最大的驱动因素是可再生能源成本比先前预期的更快下降，这要归功于规模化部署和低融资成本。 2030年的可再生能源成本可能比一年前的估计低15%。 预计在拥有最佳资源的地区，如澳大利亚、智利、北非和中东，降幅最大。

　　但仅仅降低可再生能源成本是不够的：对于低成本的清洁氢生产，电解和碳管理的价值链需要扩大。 这不会单枪匹马发生：需要进一步加强公共支助，以弥合成本差距，发展低成本的可再生能力，扩大碳运输和储存场所。 就本报告中的成本预测而言，我们假定，根据氢理事会的愿景，在氢的使用方面进行雄心勃勃的发展。 例如，在电解方面，我们假定到2030年将部署90吉瓦。

　　这种规模的扩大将导致电解槽价值链的快速工业化。 该行业已宣布将电解槽产能提高至每年约300万千瓦以上，并需要迅速扩大规模。 这种规模的缩减可能导致系统成本比先前估计的下降更快，到2025年达到480-620美元/千瓦，到2030年达到230-380美元/千瓦。 系统成本包括厂房的堆栈及结余，但不包括运输、安装及组装、楼宇成本及任何间接成本。

　　可再生能源的大规模部署将需要发展大规模的氢气生产项目。 这些以特定用途建造可再生能源的项目可以通过合并多种可再生能源来提高利用率，如陆上风能和太阳能光伏发电(PV)的合并供应，以及过度建设可再生能源供给而不是电解装置产能。

　　综上所述，预测表明，到2030年，可再生氢气生产成本可能降至每公斤1.4至2.3美元（这一范围是由最佳区域和平均区域之间的差异造成的）。 这意味着，到2028年，新的可再生和灰色氢气供应将达到最佳地区的成本平价，2032年至2034年在平均地区达到成本平价。

　　与可再生的氢气生产相比，天然气低碳氢气生产在技术上继续发展。 随着CO2捕获率的提高和资本支出要求的降低，低碳氢生产是一种强有力的互补生产途径。 如果碳运输和储存场所规模化发展，那么低碳氢可能在2010年末以每吨二氧化碳当量(CO2e)1约35-50美元的成本与灰氢扯平。

　　分发：解除氢应用所需的成本效益高的传输和分配

　　随着氢气生产成本的下降，在降低交付的氢气成本方面，传输和分销成本是下一个前沿。 从长期看，氢气管道网络提供了最具成本效益的分配手段。 比如，管道能以输电线路成本的八分之一将能源输送10倍，资本支出成本与天然气成本类似。 该行业可以部分地重新利用现有的天然气基础设施，但即使是新建的管道，成本也不会高得令人望而却步（假设泄漏和其他安全风险得到了妥善解决）。 例如，我们估计从北非运输氢气的成本。

　　这些成本反映纯粹的生产成本，并为可再生氢气采用专门的可再生和电解系统。 这些费用不包括基载氢供应（例如储存和缓冲）所需的费用，冗余，服务和利润的费用；也不包括氢气运输和分配的任何费用。

　　通过管道输送到德国中部的氢气可能达到每千克0.5美元左右，低于这两个地区国内可再生氢气生产的成本差。

　　在中短期内，大型清洁氢应用最具竞争力的体系是在现场或近场共同进行制氢。 然后，该行业可以利用这种规模化生产，向附近的其他氢用户供应燃料，如卡车和火车的加油站，以及较小的工业用户。 将燃料运输给这些用户通常提供最具竞争力的分配方式，每公斤H2的成本低于1美元。

　　为了实现远距离的船舶运输，需要转换氢以增加其能量密度。 在存在几种潜在载氢剂的情况下，液氢(LH2)、液有机氢(LOHC)和氨(NH3)三种碳中性载氢剂的牵引力最大。 成本最优解决方案取决于目标最终用途，具有决定性因素，包括中央与分布式燃料供应、再转换的需要和纯度要求。

　　按规模计算，到2030年，国际分销的总费用为2-3美元/千克（不包括生产成本），转换和再转换所需费用的大部分份额。 例如，如果目标最终应用产品是氨，则运输成本仅为总成本增加0.3-0.5美元/千克。 如果目标最终应用是用于高纯度的液氢或氢，作为液氢运输可能只增加1.0-1.2美元/千克，对从港口进一步分配还有额外好处。 这些成本水平将让全球氢贸易成为可能，将日本、韩国和欧盟等未来主要需求中心与中东和北非(MENA)、南美或澳大利亚等低成本氢生产手段丰富的地区联系起来。 与氢气生产一样，航空公司需要大量的初始投资，以及在头10年构建成本差的正确监管框架。

　　结束应用程序：清洁氢成本下降和特定于应用的成本驱动因素提高氢应用的成本竞争力

　　从总拥有成本(TCO)的角度（包括氢气生产、分销和零售成本），氢气可能是22种终端应用（包括长途运输、运输和钢铁）最具竞争力的低碳解决方案。 但是，纯TCO并不是应用程序采用的唯一驱动因素：未来对环境法规的预期、来自客户的需求和相关的绿色保费 ，以及符合ESG的投资的较低资本成本，都将影响投资和购买决策。

　　在工业中，氢气生产和分销成本的降低对成本竞争力尤其重要，因为它们占总成本的很大比例。 预计未来10年，炼油业将转向低碳氢。 在肥料生产方面，用优化的可再生能源生产的绿色氨应该在2030年与欧洲生产的灰氨成本相竞争，每吨二氧化碳的成本不到50美元。 钢铁是最大的工业二氧化碳排放国之一，可能成为成本最低的脱碳应用之一。 采用废钢和氢基直接还原铁(DRI)的优化设备，到2030年，绿色钢的原钢成本可能低至515美元，或每吨CO2e的溢价45美元。

　　在运输方面，氢供应成本的降低将使大部分公路运输部门在2030年前与常规运输部门竞争，而不需要碳成本。 尽管电池技术已经迅速进步，但燃料电池电动汽车(FCEV)正在成为一种互补的解决方案，特别是对于重型卡车和长程车辆而言。 在重型长途运输中，如果氢能以每千克4.5美元的价格提供，FCEV选项在2028年可以与柴油实现盈亏平衡由生物或空气捕获的CO2产生的合成甲烷是有待进一步研究的潜在第四种候选。

　　泵（包括产氢、配气和加油站成本）。 此外，氢燃烧(H2 ICE)在包括重型矿用卡车在内，具有极高功率和正常运行时间要求的部门提供了可行的替代方案。

　　氢在火车、航运和航空领域也在进步。 清洁氨作为运输燃料将是到2030年实现集装箱运输脱碳的最经济方式，与重质燃料油(HFO)实现平衡，每吨CO2e的成本约为85美元。3 航空业可以通过氢和氢基燃料实现竞争性脱碳。 航空业可以以每吨二氧化碳90-150美元的价格，通过LH2直接以最具竞争力的方式实现中短程飞机脱碳。 远程飞机使用合成燃料的脱碳最具竞争力，其成本约为每吨CO2e200-250美元，具体取决于所选的CO2原料。

　　建筑和电力等其他终端应用将要求更高的碳成本，以增强成本竞争力。 然而，作为大规模和长期的天然气网脱碳解决方案，它们仍将看到强劲的势头。 例如，在英国，多个地标性项目正在试验将氢气混合到天然气电网中，用于住宅供暖。 氢作为一种备份电源解决方案，尤其是对于数据中心等大功率应用，也正在获得广泛的支持。

　　实施：捕捉氢气的希望

　　政府对深度脱碳的坚定承诺，在金融支持、监管以及明确的氢战略和目标的支持下，已在氢能行业掀起前所未有的热潮。 现在，这种势头需要持续下去，并制定长期监管框架。

　　这些雄心勃勃的战略现在必须转化为具体措施。 政府应在企业和投资者的投入下，制定部门层面的战略（如钢铁脱碳），包括长期目标、短期里程碑和实现转型的必要监管框架。 行业必须建立设备价值链，扩大制造，吸引人才，建设能力，加快产品和解决方案的开发。 这种规模的扩大需要资本，投资者在规模经营的发展和推动中将发挥超大作用。 所有这些都需要建立新的伙伴关系和生态系统，企业和政府都扮演重要角色。

　　为了启动项目，战略应该瞄准关键的解锁 ，比如降低氢气生产和分配成本。 我们估计，在理想条件下，要将成本降至与灰氢的平衡，需要大约65吉瓦的电解电，这意味着这些资产的资金缺口约为500亿美元。 还需要支持扩大碳的运输和储存；氢运输、分销和零售基础设施；以及最终应用程序的使用。

　　支持部署的一个地方是发展以大规模氢源为核心的集群。 这将推动规模通过设备价值链，降低氢气生产成本。 通过将多个供应商合并，供应商可以分担投资和风险，同时建立积极的强化循环。 在这些聚集区附近，其他规模较小的氢气供应商则可以在成本较低的氢气供应上回回运转，从而使它们的运营更快地实现盈亏平衡。

　　我们看到几种群集类型正在获得吸引力，包括：

　　— 燃料加油、港口物流、运输港区

　　— 支持炼油、发电、化肥和钢铁生产的工业中心

　　— 资源丰富国家的出口中心

　　目前液化天然气(LNG)容器中的生物或空气捕获的二氧化碳的合成甲烷等替代品不在本报告范围内，需要进一步研究。

　　成功的集群可能涉及整个价值链上的参与者，以优化成本、利用多个收入流并最大限度地提高共享资产的利用率。 它们应该向其他参与者开放，基础设施应允许在可能的情况下随时访问。

　　未来几年将对氢生态系统的发展、实现能源转型和实现脱碳目标具有决定性作用。 正如本报告所显示的，过去一年的进展令人印象深刻，势头空前。 但未来还有很多事情要做。 氢能理事会的公司致力于将氢能作为解决气候挑战的关键部分，而氢能洞察将提供关于所取得的进展和未来挑战的定期更新、客观和全球视角。

　　一、简介和方法

　　Hhon Insights是全球氢研究的领头羊

　　氢理事会的109个成员国的市场资本总值超过六点八万亿美元，员工超过650万。 Hhon Insights是氢理事会成员与麦肯锡公司的一项合作努力，旨在根据实际行业数据，就氢作为脱碳选项的使用提出客观、全面和定量的观点。

　　因此，Hhon Insights渴望在氢能行业的市场配置、投资动力和成本竞争力方面提供业界首屈一指的视角。 除了这份报告，氢能理事会还将推出Hhon Insights作为订阅服务，提供关于氢生态系统及其发展的细粒度见解和数据。

　　在解释结果之前，下面介绍方法方法用于此分析。

　　评估氢投资、部署和市场动力

　　报告团队根据对三大主要投资资金类别的分析，估计了到2030年的氢气总投资：对私营部门项目的直接投资、政府生产目标和公共资金，以及支持宣布的项目投资所需的上游/间接投资。

　　私营部门直接投资。 报告团队对公司在氢气项目上的投资进行了评估，评估来自一个数据库，数据库包含全球公开宣布的项目，得到了氢气理事会成员的验证。 小组利用公共部署信息和内部预测，估计了这些项目所需的资金。 它还根据项目是否处于早期阶段、规划阶段或是否已经承诺供资，按成熟程度对项目进行分类。 通过将这些见解与氢理事会成员的投资数据相结合，报告团队获得了市场相关投资趋势的洞见。

　　政府生产目标和公共资金。 报告小组审查了宣布的政府目标，并将其与项目管道进行比较，以量化达到目标所需的额外能力。 然后，这些额外的产能被计算在成本中，并作为`宣布的'投资计入投资总额中。 中国、日本和韩国等更依赖公开的公共融资目标，而非产能目标的国家，被视为一个特例。 在这些国家，报告团队审查了宣布的政府资金，并将其与项目计划中宣布的私人投资进行比较。 假设现有私人项目平均收到政府投资总额的三分之一（在大多数情况下，这些信息并未公布），该团队可以量化这些政府预期的额外投资，并将其纳入宣布的投资类别。

　　上游投资。 最后，小组估计了利用行业收入乘数实现私营部门直接投资所需的上游投资。 它分别处理燃料电池和路上车辆平台，从下而上地估计研发和制造成本。

　　评价氢成本竞争力：生产、分销及应用

　　这份基于2020年氢理事会研究报告的报告中的成本竞争力分析是氢竞争力之路：成本视角。 今年的报告侧重于增加新技术和应用（如运输和航空），并重新探讨技术、成本和基本假设已发生变化的领域。

　　氢能理事会成员通过一个独立的第三方清洁小组提供了这两个观点的数据，该小组收集、汇总和处理数据以保持匿名。

　　除了这些数据外，该报告还以麦肯锡能源研究公司对可再生能源成本和产能因素的建模、麦肯锡氢能供应模型、其他专有资产以及来自外部数据提供商和数据库的众多基准为基础。 报告小组还通过25次以上的专家访谈，测试和验证了这些分析的结果，然后将结果和主要结果提交给氢理事会研究小组。 该研究小组由氢理事会的20名成员组成，随后对这些发现进行了验证、共同开发和测试。 氢理事会全体指导小组随后审查并核准了报告。

　　该研究假定了氢技术的几种部署方案。 虽然不是预测，但这些方案提供了一种分析规模对成本影响的方法竞争力。量增加的假设反映了到2050年满足全球最终能源需求18%（符合2°C目标）所需的低碳和可再生氢生产量规模。

　　氢气生产成本。对这两条主要途径的关注并不排除其他能够构成氢气经济性一部分的生产途径，如沼气重整、热解、煤气化等。 在报告提到这些替代途径的地方，报告就是这样描述的。

　　报告团队使用反映清洁氢气生产基本成本的特定生产配置来分析氢气生产成本。 这种生产配置包括专用的可再生能源和电解系统（不包括电网连接费或增加的输电线路基础设施），以及完全灵活的生产（零最小负载要求，需要存储和超量调整发电能力）。 此外，它仅考虑了规模较大的行业的原始生产成本（不包括服务、冗余和利润率等供应价格），以支持成本降低（到2030年安装90吉瓦）。

　　载体和应用分析。 使用特定低碳和常规替代品的运营商和应用程序进行了总体拥有成本(TCO)比较。 例如，一项分析比较了燃料电池电动车与电池电动车(BEV)和柴油车。 同样，航空用燃料将氢燃料与合成燃料、煤油（喷气燃料）进行比较。

　　报告团队为每种氢应用和技术及其竞争低碳和常规替代品制定了总体拥有成本轨迹，以确定相关的成本成分。 此外，该团队还在竞争解决方案中指明了推动成本降低和盈亏平衡点的因素。 通常，它根据低碳氢（通过碳捕获和储存的天然气重整产生）和可再生氢（通过可再生能源和电解产生）的平均氢成本估算。

　　然而，对于某些具体应用，假定采用一种特定的生产方法来反映不同区域及其各自的设置。

　　二氧化碳分析。 在整个报告中，二氧化碳扮演了两种不同的角色。 一方面，它可以用作甲醇(MeOH)运输燃料等应用的原料。 另一方面，它代表了损害环境的温室气体排放。 虽然有各种方法来捕获或获得CO2原料（例如工业捕获或生物产CO2），但本报告假定它是使用直接空气捕获(DAC)技术从大气中提取的。 因此，报告假定，最终产品是以碳中和的方式生产的。

　　该小组进行了所有分析，但并未假设隐含的二氧化碳排放成本会损害排放二氧化碳的应用和技术。 但是，在某些具体情况下，它确实适用了二氧化碳费用。 在这些情况下，分析清楚地描述了隐含的二氧化碳排放成本。除另有说明外，所有财务数字均以美元（美元）计算，并参考全球平均数。

　　二、部署和投资

　　H2项目在全球宣布200多个，势头强劲。

　　全球而言，价值链上共有228个氢气项目。其中，已宣布的17个规模生产项目(即：可再生能源超过1 GW4，低碳氢年产量超过20万吨)，其中欧洲、澳大利亚、中东和智利是最大。

　　欧洲在宣布的氢气项目数量方面居全球首位，澳大利亚、日本、韩国、中国和美国紧随其后，成为更多的氢气中心。 在所有宣布的项目中，55%位于欧洲。 尽管欧洲拥有105个生产项目，但宣布的项目涵盖包括中下游在内的整个氢气价值链。

　　在韩国，日本和欧洲等预期的主要需求中心，重点是工业用途和运输应用项目。 尽管日本和韩国在公路运输应用，绿色氨，LH2和LOHC项目方面表现强劲，但欧洲支持多个一体化氢经济项目。 后一种举措往往具有密切的跨行业和政策合作（如荷兰北部的氢谷）。相当于17.5万吨，100%负荷系数。

　　到2030年在二季度投资超过3000亿美元。到2030年，实现政府生产目标所需的投资和整个价值链的支出预测加起来超过3000亿美元。 鉴于该行业的早期阶段，这些投资中绝大多数(75%)涉及公告，但没有承诺提供资金。 迄今，我们估计在2030年前有800亿美元的到期投资。 这些资金包括在规划阶段的450亿美元，这意味着公司在项目开发上花费了可观的预算。 另外380亿美元涉及已承诺或在建、委托或已经营运的项目。

　　预计欧洲的投资比例最大（约45%），其次是亚洲，中国在亚洲的投资占总投资的一半左右。

　　从氢气价值链的分裂看，氢气生产占投资的最大份额。 由于为燃料电池和道路车辆平台提供资金，终端应用投资在成熟项目中所占的份额更高。 在分析氢理事会成员国的私人投资时，我们看到明显的加速趋势。 会员们预计，到2025年，投资将增加6倍，到2030年，投资将增加16倍，而2019年的支出将增加16倍。

　　企业往往将氢气领域的投资目标对准三个特定领域：已宣布或计划的项目、研发或并购活动的资本支出。 与研发或并购活动相比，氢能理事会成员未来的投资将大量转向资本支出投资(80%)。

　　监管和政府支持推动了这一势头。

　　各国政府计划支持向氢能转型的战略，将投入700亿美元。 政府支持的增加源于全球转向去碳化：75个国家占世界GDP的一半，净零野心，80%的全球GDP由某种水平的二氧化碳定价机制覆盖。

　　氢是大多数实现零净排放战略的关键要素，越来越多的国家正在制定氢计划。 事实上，30多个国家在国家一级制定了此类战略，6个国家正在起草这些战略。

　　除了国家氢能发展路线图之外，部门一级的监管和目标是向氢能转移的基础。 在交通方面，20多个国家在2035年之前宣布了对洲际交通工具的销售禁令。 超过35个覆盖1亿辆汽车的城市正在制定更严格的新排放限制，超过25个城市承诺从2025年起只购买零排放的公交车。 全球而言，各国预计到2030年将有450万FCEV，其中中国、日本和韩国将率先推出。 与此同时，利益攸关者正在将目标定在2030年前为10 500个氢加气站（氢加气站）提供燃料。

　　对工业而言，目标也在改变。 例如，欧洲联盟建议会员国纳入低碳氢生产可再生燃料目标（REDII指令），这可大大促进炼油和燃料零售商采用氢。 此外，4个欧洲国家（法国、德国、葡萄牙和西班牙）最近宣布了工业。

　　国家战略中明确的清洁氢消费目标。 同样，这四个欧盟国家在航空和航运燃料配额方面，也在进行深入讨论。 其他国家已经通过税收优惠为低碳氢制定了激励措施，美国的45Q计划就是如此。 类似地，在法国，工业用户可以通过使用可再生氢来避免碳成本；在荷兰，投资建设与海上风力发电连接的大型电解槽容量以及改造天然气电网以用氢取代化石燃料。

　　由于对氢的关注日益增加，加上政府的支持不断增加，宣布的2030年清洁氢的产能由先前的230万吨增至每年670万吨。 换句话说，过去一年，玩家已经宣布了三分之二的清洁氢气产能。