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早在1990年代中期，氢能被预期“为脱碳和可持续能源系统提供必不可少的元素”，但未来二十年的发展进程与人们的预期相差甚远。 2015年，按照《巴黎协定》设定的1.5℃温控和净零排放目标，目前全球2030年前12%左右的脱碳率需要提高5倍才能实现。由于交通运输和工业领域脱碳的复杂性和难度，仅靠可再生能源远不能满足二氧化碳或温室气体净零排放的“脱碳”要求。氢能以来源多样、清洁低碳、安全灵活高效、应用场景丰富等特点再次受到重视，被视为未来十年替代碳氢化合物，应对气候变化的关键要素。
近年来，氢能因其在能源转型和工业脱碳中的重要作用而受到越来越多的关注，但氢能作为一个“产业”在各国都处于初级发展阶段。本文主要论述了我国氢能产业发展的现状和特点、存在的问题以及相关的发展建议。
一、我国氢能产业发展现状及特点
氢能产业在氢的生产、运输和储存，或使用氢作为能源方面仍然是一个新兴产业。目前，我国氢能产业发展呈现以下三个特点。
1、我国氢能产业基础良好，为氢能产业发展创造良好条件
我国有一个利用化石能源制氢和工业副产氢回收用于生产和非能源利用的“氢气产业”，该产业具有相当的规模。据中国煤炭工业协会统计，2012年至2020年，我国氢气产量总体呈现稳定增长趋势。中国年产氢量从1600万吨增加到2500万吨，成为全球最大的制氢国。其中，中国石化和国家能源集团是国内最大的两家制氢企业。 2020年，中国石化年产氢量将达到350万吨，占全国产氢量的14%；国家能源集团年产氢气400万吨，占总产量的16%。此外，2020年我国金属储氢材料产销量已超过日本，成为全球最大的储氢材料生产国和销售国。
与“氢气”产业相比，我国“氢能”产业的发展还处于起步阶段。目前2500万吨制氢中，仅有1%左右用作能源使用，但我国的制氢和储氢材料产销量位居世界前列，为我国氢能技术的开发利用以及氢能产业的发展创造了有利条件，主要表现在：
一是我国氢燃料电池汽车产销量和加氢站数量均居世界前列。与电动汽车相比，全球氢燃料电池汽车产业的发展还处于起步阶段。根据中国汽车工业协会提供的数据，2020年，全球将销售9006辆氢燃料电池汽车。韩国是全球最大的氢燃料电池汽车销售市场，销量为5823辆；中国是全球第二大氢燃料电池汽车销售市场，销量达1177辆。截至2020年底，中国氢燃料电池汽车保有量仅次于韩国和美国，位居世界第三。其中，韩国是全球唯一拥有超过1万辆氢燃料电池汽车的国家。从氢燃料电池汽车加氢站数量来看，到2020年，日本、德国和中国将有311座加氢站，占全球总数的56%。其中，中国有69座加氢站，居世界第三位。
其次，氢能作为技术密集型产业，技术要求极高。虽然我国氢能产业链的一些关键技术与国际先进水平还存在差距，但近年来我国氢能利用技术研发能力有了较大提升。
早期，我国氢能相关技术专利的研发相对缓慢，每年申请的专利不到百件。2015年以来，国内氢能专利申请量快速上升。据知识产权行业媒体IPR daily和incoPat创新指数研究中心联合发布了“2020上半年全球氢能产业发明专利排行榜（TOP100）”。在上榜的全球百强企业中，中国石化的氢能行业发明专利申请量以434件居首位，远高于其他企业。上榜百强企业主要来自13个国家和地区，中国占45%，日本占15%，美国占13%，德国占7%；英国和韩国各占4%，法国占 3%，沙特阿拉伯、瑞士和芬兰各占2%，挪威、丹麦和荷兰各占1%。
为推动氢能技术开发和产业化，2018年至2020年，国家重点研发计划将启动实施“可再生能源与氢能技术”重点专项。其中，科技部通过“可再生能源与氢能技术”重点专项部署氢能研发项目27个，研发投入约5亿元。从转向布局的产业链环节来看，下游应用是2018-2020年氢能研发任务的重点，其次是制氢和储氢技术。 2018-2020年国家重点研发项目中，燃料电池技术14项，占项目总数的51.9%；5项制氢技术，占比18.5%； 6个储氢技术，占比22.2%；加氢站技术类2个，占比7.4%。2021年，科技部将更加注重重点专项研发项目的均衡布局。2021年2月1日发布的《关于对十四五国家重点研发计划氢能技术等18个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知》中，重点专项研发项目在燃料电池技术类、制氢技术类和储氢技术类的分配比例分别为32%、32%和32%。
2、我国氢能产业发展的政策框架进一步完善
2006年，在国务院印发的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》确定的发展重点中，“氢能与燃料电池技术”被列为国家重点发展的一种先进能源技术。但是，这主要停留在科研层面，直到2012年国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）》和2014年国务院办公厅发布的《能源发展战略行动（2014-2020年）》，国家正式将“氢能与燃料电池”作为能源科技创新战略方向。
2020年以来，我国出台了一系列氢能相关政策，进一步完善我国氢能产业发展政策框架，主要体现在三个方面：
一是出台政策性文件的政府部门和机构较多，包括财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委、司法部、国家能源局、国家关税税则委员会和国家标准化委员会，多个政策文件由两个以上部委局联合制定发布，表明发展氢能产业已上升为国家战略，引起了相关部委的高度重视。
二是政策文件涵盖了影响氢能产业的方方面面，包括氢能产业的发展规划和布局，以及制氢、储氢、燃料电池、加氢站等产业链各个环节。以及氢能技术研发支持重点、氢能支持项目申请程序和评估方法等，大大提高了我国氢能支持政策的体系和严谨性。
三是政策措施以政府规划引导和财政补贴为主。同时，通过推动制定产业发展技术标准，引导行业良性竞争，降低氢能产业链部分进口关键零部件关税，降低进口成本，支持国内氢能设备制造业的发展。目前，我国已颁布实施了80项氢能和燃料电池技术、应用、检测、安全等相关国家标准，约40项行业标准。这些技术规范和标准对氢能和氢燃料电池汽车规范的发展起到了积极的推动作用。
3、各地区氢能产业发展以燃料电池汽车为主导方向
除了国家层面的战略重点，全国31个省、市、自治区都出台了发展氢能产业的相关政策。有的地方是在该省的《国民经济和社会发展十四五规划与2035远景目标》这样的综合性政策规划文件中对氢能发展做出了部署和规划，如安徽、湖南、云南、黑龙江、陕西等省；有的地方则在综合性做出规划文件之外，发布了专门的氢能源相关专项政策或规划，如北京、山东、河北、天津、四川、浙江、宁夏等省市；一些省市则通过氢燃料汽车等相关政策规划发布氢能源产业建设目标。
值得注意的是，几乎所有出台氢能产业专项政策的省市都将氢能产业发展的主导方向和重点放在了燃料电池汽车及其产业链的发展上。尽管氢能发展目前在全球范围受到高度重视的关键不在于陆地交通，而是因为氢能在一些“脱碳”难度大的工业部门所体现出的独特优势。
从主要省市氢能产业发展规划设定的目标可以明显看出，燃料电池汽车及其产业链是各地区发展氢能的主要，甚至唯一选择。表2所列13个省、市、自治区中，除宁夏外，其余省市自治区的氢能产业规划均体现为氢燃料电池汽车的生产或推广目标。还有两个省（山东和浙江）规划了氢燃料电池发动机产能目标。对于氢能在其他领域的应用则没有涉及。
二、当前我国氢能产业发展存在的问题
以我国目前氢能利用技术、材料和设备制造水平，各地鼓励大规模发展氢能产业的政策已初步带来一些不利影响，存在三个突出问题。
1、我国制氢原料以化石能源为主，CO2排放压力大
中国是世界上最大的氢气生产国。2020年，全国氢气产量将在2500万吨左右。这种氢气基本用作工业原料，用作能源的“氢”极少。从制氢原料和制氢方法来看，我国与世界一样，基本上都是从化石能源和工业副产品提纯制氢。如表2所示，我国化石能源制氢包括煤炭制氢、天然气重整制氢、石油制氢。三种制氢原料和技术路线产量分别占43%、16%和13%；制氢主要来自焦炉煤气和氯碱尾气，产量占28%。电解水和其他制氢方法制氢的比例可以忽略不计。
在气候变化和能源转型的背景下，化石能源制氢必须考虑其产生的大量二氧化碳排放。根据我国不同技术路线的制氢比例及其碳排放数据，按照我国2020年氢气产量计算，我国2020年产氢2500万吨，我国2020年煤制氢1075万吨，这是根据每千克氢气产生 20 千克二氧化碳计算得出的，其年二氧化碳排放量为2.15亿吨；天然气重整制氢400万吨，二氧化碳排放4000万吨；石油制氢325万吨，二氧化碳排放3250万吨；工业副产提纯制氢700万吨，排放二氧化碳3500万吨。 2020年，化石燃料制氢共排放二氧化碳3.225亿吨，约占我国工业过程二氧化碳排放量的24.8%。因此，在“绿氢”没有真正的成本竞争力之前，大规模推进氢能产业的发展，将导致“灰氢”规模迅速扩大，二氧化碳排放量快速增加，不利于我国“双碳”工作的推进。
2.地方过快推进氢能产业发展导致低水平重复投资
从全球看，欧盟主要国家、美国、日本、韩国等国都发布了“氢能发展战略”或“路线图”，但在氢能开发方面，基本处于技术研发和项目示范阶段，氢能开发利用技术总体上还不具备达到大规模商业推广的条件。
与发达国家相比，我国在燃料电池技术发展、氢能产业装备制造等方面相对落后。关键零部件主要依靠进口，燃料电池的关键材料包括催化剂、质子交换膜以及炭纸等材料大都采用进口材料；关键组件制备工艺亟需提升，膜电极、空压机、双极板、氢循环泵等和国外存在较大差距；氢能技术标准中关于氢品质、储运、加氢站和安全标准的内容较少，难以满足国际技术通则以系统为实验对象的要求。另外，高精度氢气品质检测和高灵敏度氢气泄露等重要测试装备欠缺，权威检测认证机构仍未形成。从全球范围氢能专利布局来看，大量核心专利掌握在美国、日本等国，我国尚未成为主导国际氢能发展的技术来源方。
因此，从技术研发实力和产业基础看，我国氢能产业2025年之前还不具备大规模商业化的条件，但目前各地氢能规划和氢能产业园区建设已呈现过热苗头。据不完全统计，目前发布氢能产业规划的省市，地级市以上有50多个，除大的省区以外，70%的省都提出要发展氢能产业，规划氢燃料电池电堆总产能已经高达3000兆瓦，燃料电池汽车总产能超过10万辆，规划总投资超过2000亿。在氢能产业发展仍存在自主创新能力不强、国产化率低、成本高等短板明显的情况下，各地这种一哄而上大规模布局的做法，将导致氢能产业低水平重复和资源浪费、影响我国氢能产业健康发展。
3.我国氢能产业规划的应用场景选择过于单一
氢能具有广泛的应用场景，因而“绿氢”在一些难以脱碳的领域被寄予厚望。根据国际氢能委员会（Hydrogen Council）发布的《氢能洞察》指出，从总体拥有成本（TCO）看，在全球制氢、储运、配送成本快速下降的趋势下，氢能在各领域的应用潜力将逐步凸显，到2030年，氢能可在22种终端应用中成为最具竞争力的减碳解决方案，包括炼油、化肥、商用车、长途卡车运输、航运和氢冶炼等应用领域。
然而，当前我国各地氢能发展方向基本局限在燃料电池汽车领域，示范应用主要集中在以公交车为主要应用场景的交通领域，应用场景单一，产业同质化突出。从能源低碳转型的过程看，我国氢能产业发展选择场景集中在交通领域将可能导致两个问题：一是各地规划的氢燃料电池汽车发展集中在乘用车，对于燃料电池技术路线更具优势的中重型卡车的示范运营很少真正开展。根据行业的看法，氢燃料电池汽车要到2025-2030年才具备产业化条件。而且，即使到时候真正具备了产业或条件，在不断进步的三元锂电池和磷酸铁锂技术成本不断降低的情况下，氢燃料电池车在中短途并无竞争优势。当前大规模集中于这一领域的氢能投资可能会“打水漂”。二是一些脱碳真正困难、需要“氢能”领域，如化工、冶炼、轨道交通、航空航天、分布式发电、热电联供等反而进展缓慢，无法真正发挥氢能价值和潜力。
三、我国氢能产业高质量发展的战略思路
氢能是一种高效、清洁、灵活、且应用场景广泛的能源载体，氢能产业发展对推动我国能源转型和经济“脱碳”意义重大。
1.在能源转型趋势下合理确定氢能在我国未来能源系统中地位
美国、欧盟和日本很早就都制定了氢能的国家战略。这些氢能发展国家战略不仅确立了近期、中期和远期的发展路线图，而且还根据氢能的三个重要特点明确指出氢能未来发展的三个重要方向：一是氢能作为一种能源形式，在氢基交通和作为未来合成动力燃料基础的应用；二是氢能作为一种能量储存器，它可以根据供给需求灵活地储存可再生能源，并起到平衡供求关系的作用，从而使氢能作为能源转型的一个重要基石；三是氢能作为不同能源行业耦合的一个重要媒介，在无法直接使用可再生能源电能的领域中，“绿氢”及其衍生产品是很多工业部门脱碳的重要途径。
相比之下，我国从2019年开始在全国很多地方掀起了氢能产业发展热潮，各地氢能产业规划千篇一律把发展方向落在了氢能交通方面，而对氢能作为能量储存器和不同能源行业耦合的介质两个特点的重要性缺乏足够认识。我们认为，我国氢能产业发展必须在能源转型趋势下，合理确定氢能在我国未来能源系统中的地位和发展重点。
当前的能源转型是为应对全球变暖而推动的，其完整的内涵包括“一个目标，两个支柱”。“一个目标”是大幅度降低人类活动排放的二氧化碳量，以减缓全球变暖；两个支柱分别是：第一，提高能源效率和节能，降低化石能源消费总量，从而降低二氧化碳排放量。这在当我国能源消费都是化石能源占主导地位的阶段，对减少二氧化碳非常重要；第二，大力发展可再生能源替代化石能源，从而避免二氧化碳的排放；随着一次能源消费中可再生能源比重快速提升，这一支柱将对碳减排起到越来越重要的作用。
可见，“脱碳”是当前能源转型的基本动因。为实现我国2060碳中和目标，我国能源系统必须提前实现“零碳”。由于目前还不存在成熟的氢能利用场景，确定氢能在我国未来零碳能源的地位与作用，必须动态考虑其他零碳能源既有作用情况下来确定。氢能与其他可再生能源和技术路径相比，尽管有很多“理论上”的优势，但由于其要在5-10年才具有应用上的“经济性”，所以，在这5-10期间，如果其他“零碳或低碳”能源利用技术先于氢能获得了技术和规模上的竞争优势，等到氢能在一些应用场景具备产业化条件时，也没有必要再出台相应的政策去推动氢能去替代既有的“零碳或低碳”能源及其利用技术。因为它们都符合能源转型和碳中和的要求。
从这个角度看，“氢能”未来价值最大的的应用场景不是公路交通，因为目前的纯电动汽车技术不断迭代，基础设施逐渐完善，相对氢燃料电池车来说具有越来越大的竞争优势。因此，氢能在我国未来能源系统中的地位和作用，不是在已经具有成熟技术的交通领域大规模推广，而是应该是弥补现有低碳和零碳能源技术无法解决的问题和应用场景。其中特别重要的是在提高能源系统的灵活性方面，氢能具有非常重要的优势（如电力系统中的电力供需的季节性调节），以及解决建筑和工业部门脱碳问题发挥独特的作用。
2. 从我国能源产业实际出发选择氢能产业发展切入点
从“绿氢”角度看，氢能产业从制氢、储氢和运输各个环节的技术都还不具备产业化的条件。因此，各国从自己实际出发，寻找能够带动氢能产业某个环节的应用场景，辅以政府扶持政策的推动，以市场规模扩张驱动氢能技术创新和迭代，因而带动氢能产业链各个环节的良性互动。
欧洲从2000年开始就持续地在天然气中“掺氢”应用的可行性，将其作为推动氢能产业发展的“切入点”。这是因为，欧洲天然气管网非常发达。天然气通过管道进入家庭民用，或者进入燃气轮机发电。在天然气中掺入一定比例的“氢气”能够在不影响设备正常运转的情况下降低氮氧化物的排放。欧洲经过多年示范，发现天然气系统多数部件都能比较好的适应添加10%的氢气。不过，天然气汽轮机适应氢气掺混需小于5%，经过整改和调整的燃气轮机能适应的掺氢百分比为5%~10%。如果这些添加的“氢气”都是来自绿电制取的，则天然气“掺氢”这一应用有利于推动绿氢制取技术的进步和制取成本的下降，从而带动整体氢气产业链的成本下降，有利于氢能在其他场景的应用。
我国氢能发展应借鉴欧洲的经验，选择符合中国实际的氢能产业发展切入点，主要包括两个方面：
一是“天然气掺氢”直接民用。我国西北地区太阳能和风能资源非常丰富，光伏发电和风力发电度电成本较低。可以考虑在西北部分有水资源的地区利用风光电直接电解水制氢，以“掺氢”的方式通过西气东输天然气管道输送到沿途的家庭用于做饭取暖，可以为我国绿氢发展提供一个“启动市场”，这样可以避开当前氢气储存与运输成本高昂对氢能产业发展的不利影响。
二是在钢铁领域推动氢还原铁技术减碳。中国石油大学利用煤复产焦炉气制氢还原铁技术，能够将我国吨钢二氧化碳排放量从目前有相当程度下降，同时具备商业盈利性。这一技术的示范项目已经在山西落地，一旦成熟推广，将极大奠定我国钢铁工业在低碳转型中的竞争力。
3.构建创新驱动的氢能产业政策框架
目前我国的促进氢能产业发展的政策方向过于狭窄，基本围绕氢燃料电池汽车而展开，对氢能技术创新的驱动作用有限。从氢能在我国未来能源系统中的地位和作用看，一个以创新驱动为导向的完整氢能产业政策框架至少应该包括如下三个方面的体制改革和机制构建：
一是基于传统化石能源的生产、运输和消费有关的能源市场化改革和监管机制重构。传统化石能源市场体制与机制构建及其完善是确保包括氢能在内的“绿色能源”和碳市场效率的基础制度条件，这一点在国内相关讨论中往往被忽略。传统化石能源市场化改革和监管机制重构包括电力电力现货市场、辅助服务市场及其监管机制重构，油气体制市场化改革与监管机制重构，实现以行政干预为主导的能源体制和机制向以市场起决定作用的能源体制和机制转变，实现能源市场配置效率优化。
二是建立和完善与氢能应用场景相关的市场机制与技术标准。与氢能应用场景相关的市场机制比如与氢能作为能量储存介质在电力供需季节性调节有关的市场机制的构建，这是发现氢能在这一“服务”市场的价值及其实现所必要的机制。与氢能相关的技术标准则包括氢能制取、运输和存储方面的设备技术标准、检测标准和安全标准等。
三是把碳的外部性内部化的制度建设，包括碳减排交易市场及其相关制度和碳税等。给化石能源利用排放的“碳”合理定价，使碳排放成本成为企业决策的重要因素，促进包括“绿氢”在内的可再生能源发展、低碳技术创新的最重要的制度安排。为了使重要的二氧化碳排放主体的碳排放成本内部化，需要在逐步完善碳减排市场的同时，逐步将碳排放权交易的行业从电力行业扩大到钢铁、水泥、化工等，真正驱动这些企业从高碳向低碳转型。比如，合理碳价会加快氢还原炼铁技术落地，加快商业化进程真正推动高碳钢铁工业向低碳钢铁工业转型。
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