摘要：本文基于我國(guó)運(yùn)輸業(yè)在碳中和目標(biāo)下的氫能源運(yùn)用進(jìn)行研究，簡(jiǎn)單探討了氫的概念、效能以及生產(chǎn)、應(yīng)用。文章結(jié)合我國(guó)氫能源的具體發(fā)展?fàn)顩r，分析了運(yùn)輸業(yè)中氫燃料電池和電動(dòng)汽車之間的互補(bǔ)性，以及氫能源在運(yùn)輸業(yè)中的運(yùn)用的可行性，最后提出了科學(xué)審視氫能源經(jīng)濟(jì)效益，適當(dāng)調(diào)整能源發(fā)展思路，政府部門強(qiáng)化政策推廣以及加快建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施等四項(xiàng)策略，旨在為運(yùn)輸業(yè)中氫能源的使用提供參考。

關(guān)鍵詞：碳中和；氫能源；運(yùn)輸業(yè)；發(fā)展路徑

DOI：10.12433/zgkjtz.20233201

在我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展中，以傳統(tǒng)化石能源作為主要組成部分的能源結(jié)構(gòu)為我國(guó)運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展帶來了較為嚴(yán)重的大氣污染問題，在某種程度上加劇了溫室效應(yīng)，這與我國(guó)提倡的碳中和理念并不相符，而且與國(guó)際社會(huì)達(dá)成的溫室效應(yīng)控制的共識(shí)也存在沖突。氫能源是一種清潔能源，隨著制氫、儲(chǔ)存及運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，運(yùn)輸業(yè)中的氫能源應(yīng)用也逐漸成為現(xiàn)實(shí)。本文主要研究運(yùn)輸業(yè)在碳中和目標(biāo)下運(yùn)用氫能源的具體策略，以期能為今后國(guó)內(nèi)運(yùn)輸業(yè)的綠色健康發(fā)展提供參考。

一、氫能概述

（一）概念和效能

氫作為世界上儲(chǔ)量最豐富的物質(zhì)，占據(jù)宇宙質(zhì)量的75%，在地球上主要是以化合物形態(tài)存在，氫氣燃燒之后的產(chǎn)物是水，燃燒熱能僅次于核能。氫能源不僅能夠儲(chǔ)藏，并且可以在發(fā)電、交通工具燃料電池制作等方面發(fā)揮重要作用。氫能源的使用并沒有溫度環(huán)境方面的限制，意味著氫能源在各種環(huán)境下的適應(yīng)性相對(duì)較好。在同等質(zhì)量的氫氣、石油、煤炭三種物質(zhì)使用下，氫氣燃燒釋放的能量能夠明顯地提高汽車、飛機(jī)、輪船這類運(yùn)輸工具的續(xù)航里程。但和煤炭、天然氣直接開采的一次性能源相比，氫氣需要通過其他能源制取，按照氫氣生產(chǎn)、制造過程的污染程度可以分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫三類?；覛渫ǔＪ且曰剂蠟樵现瞥傻?，生產(chǎn)原料包括石油、天然氣和煤炭三種物質(zhì)。藍(lán)氫則是使用配套碳捕捉技術(shù)的化石燃料形成的氫氣。綠氫是借助風(fēng)電、水電、太陽能這些可再生能源生成的氫氣。綠氫在制造過程中不會(huì)產(chǎn)生任何碳排放，屬于真正意義上的清潔能源，但其生產(chǎn)制造成本相對(duì)較高。在我國(guó)碳中和目標(biāo)的驅(qū)使下，氫氣效能優(yōu)勢(shì)逐漸得以展現(xiàn)，并且對(duì)運(yùn)輸行業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著良好的促進(jìn)作用。

（二）生產(chǎn)及應(yīng)用

隨著國(guó)內(nèi)氫氣制造技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，目前用于氫氣能源生產(chǎn)的方式已經(jīng)超過了10類，但具體又可以分為化石燃料、工業(yè)副產(chǎn)物和可再生能源制氫三個(gè)大類型。在我國(guó)碳中和目標(biāo)下，制氫技術(shù)選擇的關(guān)鍵點(diǎn)是氫氣制造中的碳排放水平，制氫技術(shù)成本投入則是對(duì)氫能源推廣應(yīng)用產(chǎn)生影響的決定性因素。

氫能源可以借助燃料電池轉(zhuǎn)化為電能，再加之廢熱利用，總體利用效率能夠超過80%，氫能源不僅在熱值方面有著明顯優(yōu)勢(shì)，并且火焰?zhèn)鞑ニ俣认鄬?duì)較快，使用氫能源的汽車與使用汽油傳統(tǒng)能源的汽車相比，總?cè)剂闲蚀蠹s能提高20%左右。

燃料電池是一種將燃料固有化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿幕瘜W(xué)裝置，燃料電池是水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的全新發(fā)電技術(shù)，氫原子含量豐富的物質(zhì)理論上都可以作為燃料電池的燃料，最為常見的天然氣、石油、煤炭、沼氣等都是其中的重要組成部分。與傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)相比，因?yàn)槿剂想姵貞?yīng)用不涉及機(jī)械傳播環(huán)節(jié)，有害氣體排放數(shù)量極少，在使用壽命方面的優(yōu)勢(shì)也十分明顯，當(dāng)下國(guó)內(nèi)燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率一般維持在40%～60%之間。

在我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中，燃料電池技術(shù)可以分為固體氧化物燃料電池、氫能源燃料電池以及甲醇燃料電池三種。固體氧化物燃料電池有著較為廣闊的應(yīng)用前景，并成為美國(guó)這類發(fā)達(dá)國(guó)家燃料電池的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。德國(guó)憑借在工業(yè)發(fā)展方面的優(yōu)勢(shì)，推出了多種類型的氫能源燃料電池汽車。制氫成本投入是我國(guó)清潔能源燃料電池開發(fā)和應(yīng)用亟待突破的瓶頸，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將大型燃料電池開發(fā)作為技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，并借此逐漸取代傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)。

二、國(guó)內(nèi)氫能源的發(fā)展現(xiàn)狀分析

從目前我國(guó)氫能源的具體應(yīng)用看來，主要是在工業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑和電力四個(gè)行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，不僅包括了合成氨、石油和煤炭的生產(chǎn)方式，燃料電池、汽車、建筑、發(fā)電等行業(yè)也是主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

我國(guó)作為國(guó)際社會(huì)第一氫能源產(chǎn)量大國(guó)，氫能源年均產(chǎn)量超過千萬噸。2012年之后，整體經(jīng)濟(jì)保持一種穩(wěn)步發(fā)展的趨勢(shì)，截至2021年，中國(guó)總體的氫氣產(chǎn)量已經(jīng)接近3300萬噸。結(jié)合中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院的數(shù)據(jù)看來，工業(yè)領(lǐng)域是我國(guó)氫能源的主要應(yīng)用領(lǐng)域，化工行業(yè)是氫能源需求龍頭行業(yè)。在2019年，合成氨和甲醇制取需要的氫氣能源占比分別達(dá)到了32%和27%，煉化和化工氫能源占比也達(dá)到了25%，其余領(lǐng)域占據(jù)的氫能源份額僅有16%。中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院預(yù)測(cè)，2030年我國(guó)的氫氣需求量將會(huì)超過3，700萬噸，在整體能源消費(fèi)占比中比例將會(huì)達(dá)到5%，在2060碳中和目標(biāo)達(dá)成的情況下，氫氣年需求量將會(huì)擴(kuò)展到1.3億噸，在終端能源費(fèi)用中的占比也會(huì)超過20%。

當(dāng)下，煤炭制氫是我國(guó)氫能源的主要生產(chǎn)方法，占據(jù)了2021年經(jīng)濟(jì)總體產(chǎn)能的62%。目前我國(guó)氫能源制造工業(yè)都是以技術(shù)引進(jìn)方法為主，化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫和可再生能源制氫技術(shù)發(fā)展較為成熟，尤其是工業(yè)副產(chǎn)物制氫技術(shù)基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化發(fā)展的目標(biāo)。在我國(guó)碳中和目標(biāo)的影響下，我國(guó)要想真正意義上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)清潔氫能源的目標(biāo)，則需要合理開發(fā)可再生能源制氫技術(shù)，電解水是技術(shù)應(yīng)用的核心，雖然堿性電解水有著較多成熟的商業(yè)發(fā)展模式，但存在一定的安全隱患。考慮到國(guó)內(nèi)的煤炭資源儲(chǔ)量豐富，煤炭?jī)r(jià)格較低，在我國(guó)水制氫技術(shù)成本得到明顯控制之前，煤炭制氫依舊是國(guó)內(nèi)氫能源生產(chǎn)制造的主要方法。

三、在我國(guó)運(yùn)輸業(yè)中使用氫能源的可行性

（一）氫燃料電池和電動(dòng)汽車之間的互補(bǔ)

結(jié)合國(guó)務(wù)院發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)看來，2021年全國(guó)經(jīng)營(yíng)的純電動(dòng)以及插電混合動(dòng)力電車已經(jīng)超過了200萬輛，累計(jì)的產(chǎn)銷量超過500萬輛。在我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)貫徹落實(shí)碳減排戰(zhàn)略的過程中，電動(dòng)汽車發(fā)展是最為有效的方法。結(jié)合我國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布的新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃文件看來，我國(guó)的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)在國(guó)家和地方政府政策的共同影響下，已經(jīng)逐漸進(jìn)入了成長(zhǎng)階段，國(guó)內(nèi)充電樁數(shù)量從2015年的6.6萬增加到2021年的261.7萬，而且國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車銷量連續(xù)多年位居世界前列。

正是因?yàn)閲?guó)內(nèi)電動(dòng)汽車出現(xiàn)了大規(guī)模、商業(yè)化的發(fā)展傾向，出現(xiàn)了發(fā)電模式和電動(dòng)汽車無法完成的運(yùn)輸問題。當(dāng)下純電動(dòng)汽車的電池在使用壽命和續(xù)航時(shí)間等方面都有著明顯的劣勢(shì)，無法滿足長(zhǎng)距離和低溫地區(qū)的運(yùn)輸需求。在我國(guó)將氫能作為未來主要能源的情況下，氫燃料電池能夠和電動(dòng)汽車的商業(yè)化發(fā)展進(jìn)行互補(bǔ)，意味著后續(xù)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展中氫能源利用有著較高的可行性。

（二）取代傳統(tǒng)運(yùn)輸業(yè)能源形式的取得了一定的效果

從國(guó)際社會(huì)能源利用看來，2021年石油依舊是整體能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，占比達(dá)到了31.2%。我國(guó)作為國(guó)際社會(huì)中的油氣進(jìn)口大國(guó)，50%以上的石油都在交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的過程中逐漸消耗。結(jié)合相關(guān)部門發(fā)布的《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》相關(guān)內(nèi)容看來，2060年整體可再生能源氫氣產(chǎn)量將會(huì)達(dá)到1億噸，交通運(yùn)輸領(lǐng)域氫氣使用數(shù)量將會(huì)超過4，000萬噸。就我國(guó)交通部門發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，交通領(lǐng)域碳排放占據(jù)了全國(guó)總碳排放量的10%，2021年全國(guó)鐵路運(yùn)輸電氣化水平已經(jīng)超過了73%。在全國(guó)發(fā)電體系中，燃煤火力發(fā)電占比達(dá)到了68.6%，意味著化石能源仍舊是我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展中的主要能源。在我國(guó)公路貨運(yùn)能源體系中，氫能源的替代使用有著良好的節(jié)能減排效率，氫能源只需要在替代傳統(tǒng)10%燃料的情況下，碳排放量就能減少超過7，000萬噸。當(dāng)下，我國(guó)氫能源在取代傳統(tǒng)運(yùn)輸業(yè)石油燃料應(yīng)用中已經(jīng)取得了一定的效果，國(guó)內(nèi)總體碳排放量也得到了有效控制，也為今后交通運(yùn)輸業(yè)中氫能源使用提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

（三）符合我國(guó)雙碳目標(biāo)的要求

在國(guó)務(wù)院出臺(tái)的有關(guān)碳達(dá)峰、碳中和工作相關(guān)的政策文件中，明確提出國(guó)內(nèi)非化石能源的消費(fèi)比重需要在2030年上升到25%，2060年國(guó)內(nèi)的非化石能源消費(fèi)占比需要始終保持在80%以上。在我國(guó)國(guó)務(wù)院出臺(tái)的相關(guān)政策文件中，明確提出需要積極發(fā)展非化石能源，并推動(dòng)國(guó)內(nèi)氫能源儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，對(duì)我國(guó)的氫能源研發(fā)和應(yīng)用要求也在不斷提高。能源結(jié)構(gòu)作為我國(guó)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的環(huán)境因素，根據(jù)相關(guān)部門發(fā)布的預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2030年我國(guó)一次性能源的消費(fèi)上限基本控制在60億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右，化石能源需要達(dá)到15億噸的標(biāo)準(zhǔn)。從2060年國(guó)內(nèi)的碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)看來，我國(guó)需要進(jìn)一步強(qiáng)化氫能源戰(zhàn)略的實(shí)施，運(yùn)輸業(yè)中的氫能源使用完全符合我國(guó)生態(tài)目標(biāo)的基本要求。

四、在我國(guó)運(yùn)輸業(yè)中推廣使用氫能源的策略

（一）科學(xué)審視能源的經(jīng)濟(jì)效益

氫氣作為一種清潔能源，在使用燃燒過程中的主要產(chǎn)物是水，二氧化硫這類物質(zhì)的排放為0。與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，氫能源在交通運(yùn)輸業(yè)中的使用能夠降低大約82%左右的廢氣污染物排放量，而微顆粒排放量則能夠下降42%。結(jié)合我國(guó)發(fā)改委發(fā)布的油氣聯(lián)動(dòng)的價(jià)格機(jī)制不難發(fā)現(xiàn)，在市場(chǎng)汽油和柴油價(jià)格相對(duì)較高的情況下，使用氫氣能源燃料有著明顯價(jià)格優(yōu)勢(shì)，每公里的燃料費(fèi)用也明顯下降。由此可見，氫能源的利用可以為交通運(yùn)輸業(yè)創(chuàng)造更大的利潤(rùn)空間。但氫能源發(fā)展同樣有著兩面性的特征，氫能源大范圍應(yīng)用的根本依據(jù)就是氫能源大量廉價(jià)的生產(chǎn)。我國(guó)在氫能源生產(chǎn)、利用的過程中，廉價(jià)制氫技術(shù)及安全可靠的儲(chǔ)存和運(yùn)輸方法是面臨的核心問題，氫氣的制造和獲取需要消耗大量的電能進(jìn)行氫氧分離。如果直接從天然氣中獲取氫能源不僅需要消耗汽油，并且會(huì)帶來二氧化碳排放現(xiàn)象，也在無形中加大了我國(guó)環(huán)境保護(hù)成本的投入。交通運(yùn)輸業(yè)在合理使用氫能源的過程中，需要相關(guān)部門針對(duì)氫氣制造技術(shù)、運(yùn)輸、生產(chǎn)的整體成本投入和氫氣應(yīng)用搭配交通運(yùn)輸業(yè)后的利潤(rùn)空間進(jìn)行對(duì)比，從而選擇性價(jià)比較高的氫氣能源制造、儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)。

（二）能源發(fā)展思路的適當(dāng)調(diào)整

在今后我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)氫能源開發(fā)利用的過程中，考慮到我國(guó)在國(guó)際社會(huì)中需要樹立良好的負(fù)責(zé)任大國(guó)形象，并在大氣污染防治和氣候變化應(yīng)對(duì)方面承擔(dān)應(yīng)有的國(guó)際職責(zé)，有效實(shí)現(xiàn)2050年左右防止地球氣溫上升兩度、氫能源消費(fèi)占比達(dá)到18%的全球目標(biāo)。我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展需要始終將習(xí)近平主席提出的能源技術(shù)、體制等重要指示精神貫徹落實(shí)，以綠色發(fā)展理念作為導(dǎo)向，與其他國(guó)家進(jìn)一步加強(qiáng)合作，確保能夠在交通運(yùn)輸業(yè)氫能源應(yīng)用中作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。我國(guó)政府部門需要將交通運(yùn)輸?shù)臍淠茉吹睦米鳛槌霭l(fā)點(diǎn)出臺(tái)相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)范，并以發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的標(biāo)準(zhǔn)作為出發(fā)點(diǎn)，鼓勵(lì)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)積極參與其中，建立交通運(yùn)輸業(yè)氫能源應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)框架體系，對(duì)于我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的氫氣應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，以此為后續(xù)交通運(yùn)輸業(yè)氫能源的發(fā)展、利用清除障礙。

（三）政府部門強(qiáng)化政策推廣

交通運(yùn)輸業(yè)中氫能源的推廣和利用需要政府部門在政策方面給予相應(yīng)的支持。政府部門需要對(duì)氫能源汽車產(chǎn)業(yè)基于財(cái)政政策支持，結(jié)合具體的發(fā)展?fàn)顩r，合理補(bǔ)貼整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，并在技術(shù)的研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面給予適當(dāng)財(cái)政支持。同時(shí)，中央、地方政府需要在發(fā)揮其領(lǐng)導(dǎo)作用的前提下，建立氫能源產(chǎn)業(yè)基金，吸引社會(huì)資本參與，確保企業(yè)能夠擁有在交通運(yùn)輸?shù)臍淠茉磻?yīng)用、開發(fā)過程中的資金保障。國(guó)內(nèi)的銀行需要形成有關(guān)交通運(yùn)輸氫能源利用的靈活貸款機(jī)制，股市則需要以科創(chuàng)板進(jìn)一步引領(lǐng)交通運(yùn)輸業(yè)氫能源應(yīng)用的發(fā)展，通過各種政策性支持確保氫能源和燃料電池技術(shù)能夠在交通運(yùn)輸業(yè)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化的發(fā)展目標(biāo)。

（四）促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)

交通運(yùn)輸業(yè)中氫能源利用主要集中在氫氣的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和應(yīng)用等多個(gè)方面。我國(guó)的氫氣儲(chǔ)存技術(shù)依舊停留在物理層面，缺乏應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)性和安全性，需要相關(guān)部門使用各種金屬氫化物、無機(jī)物等儲(chǔ)存氫氣能源，有效解決氫氣儲(chǔ)存率較低、充氫速度較慢的問題。相關(guān)部門需要對(duì)電催化、無鉑催化等技術(shù)深化開發(fā)，通過以氫燃料電池作為基礎(chǔ)的系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展，探索再生式燃料電池的研發(fā)和應(yīng)用方式。加氫站作為交通運(yùn)輸業(yè)中氫能源應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施，政府部門需要進(jìn)一步降低加氫站的建設(shè)成本，并提高其安全性。在當(dāng)前的條件下，可以將部分油氣站進(jìn)行改造，鼓勵(lì)石化企業(yè)推行加油、加氫的混合建設(shè)。

五、總結(jié)

總而言之，作為我國(guó)氫能源應(yīng)用的主要行業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)的綠色發(fā)展可以促進(jìn)我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。相關(guān)部門需要對(duì)氫能源發(fā)展中的利潤(rùn)空間和經(jīng)濟(jì)成本投入進(jìn)行科學(xué)分析，從而確定較為合理的氫氣能源制造、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)榷囗?xiàng)技術(shù)，并且政府部門需要在氫氣的生產(chǎn)、制造、運(yùn)輸?shù)确矫娼o予政策和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)財(cái)政支持，為我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)中氫能源的利用提供政策、制度、基礎(chǔ)設(shè)施等方面的支持。

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