绿氢是今年的主题。从 COP26 专题会议到石油和天然气公司的广告狂潮，再到布鲁塞尔和华盛顿特区制定的能源政策，关于使用可再生能源电解产生的绿氢的讨论无处不在。
我们需要氢来使无法完全电气化的经济部门脱碳，包括国际航运、潜在的灵活发电、长途航空以及化肥、甲醇和钢铁的生产。但是，虽然氢已经证明其能够在大多数这些领域提供服务，但它也必须具有成本效益。
批评者很快指出，当今几乎所有的氢气生产要么直接由化石燃料制成，要么作为石油精炼的副产品。他们还指出，目前在大多数地方占主导地位的蒸汽甲烷重整 (SMR) 工艺比制造绿色氢气便宜许多倍。
但是，专家普遍预计这种情况将在未来十年内发生变化。数十亿瓦的绿色氢项目正在进行中，到 2030 年前还会有数十个项目实施。主要的行业分析机构——包括 彭博新能源财经、Agora Energiewende 和 落基山研究所（RMI）——预计，随着这些项目在未来十年上线，绿氢将变得比来自 SMR 的灰氢具有成本竞争力。
但是，当我们深入分析这些预测时，发现事情没有那么简单。当前的绿氢成本和降低成本的潜力因多种因素而异，其中包括电解槽技术、学习曲线效应的假设、制造设备的安装位置、最终用途应用，以及支持绿氢部署的政策到位。
学习曲线
制氢的核心是将水分解成氢气和氧气的机器：电解槽。人们普遍认为，随着这项核心技术规模的扩大，它们将变得更便宜，这可以作为学习曲线效应进行预测。
我们已经在数十种产品中观察到了学习曲线。研究人员发现，无论是制造飞机还是手机，制造数量与制造成本之间存在数学关系。这在太阳能光伏制造中得到了最显着的证明，应用规模每增加一倍，成本就会下降 28% 到 36%。彭博新能源财经和国际可再生能源署已经估计了绿色氢的学习曲线率，范围在 12% 到 21%之间。但这些不应被视为最终结果，许多分析师认为没有足够的数据可以证明氢能的学习曲线。
碱性电解槽与质子交换膜（PEM）电解槽
今天制造和安装的大多数电解槽都基于碱性或质子交换膜 (PEM) 技术，彭博新能源财经报告说，在当前出货量中，碱性技术的市场份额更大。自 1930 年代后期以来，水的碱性电解已以工业规模进行。因此，它是一项成熟的技术，每单位生产的氢气更便宜。相关设备也更容易制造，并且比 PEM 电解槽使用寿命更长。
PEM 电解槽是在 1960 年代和 70 年代开发的，用于太空和海底应用。它是一种发展更快的技术，更昂贵、更难制造，但它占用的空间更小。它还具有另一个显着优势：PEM 电解槽可以更好地响应太阳能和风能带来的电力供应波动。
位置，位置，位置！
电解槽和技术集成成本只是难题的一部分。电力成本是绿氢成本的主要投入，随着其他成本的下降，预计这将占总成本的很大一部分。由于运输氢气的挑战，已经安装的绿氢装置和未来几年将上线的大部分都是定制的，将绿氢的成本与特定地点的可再生能源的可用性联系起来。由于太阳能和风能价格因地点而异，因此这些成本也有很大差异。
RMI 研究发现，在某些地方绿氢已接近与 SMR 制氢的成本竞争。在特立尼达和多巴哥，RMI 发现绿氢生产的成本仅为每公斤 2.30 美元，而每千瓦电解槽资本支出为 700 美元（包括集成成本）。这种氢气在化肥制造和岛上唯一炼油厂生产中都有当地市场。因此，在最佳地点部署的优势可以推动氢经济的增长，绿氢在具有当地需求和丰富可再生资源的地方起飞。这样看来，全球平均价格对实际氢能发展的意义不大。
但是，降低成本的一个更大的因素是电解槽的建造地点。虽然 RMI 估计 2021 年 PEM 电解槽的总成本为每千瓦 700 至 1,400 美元，碱性电解槽的总成本为 500 至 1,000 美元，但使用中国制造的组件，碱性电解槽可能仅为200 美元。目前，中国电解槽主要局限于中国市场。然而，预计这种情况很快就会改变，当中国电解槽开始用于西方项目时，将可以大大降低绿氢供应的成本。
氢气运输
虽然大多数近期绿色氢项目与工业位于同一地点，但有几个出口导向型项目计划将在 2025-30 年期间上线。许多公司正在寻求使用绿氢制造氨，将运输氢转化为更容易运输的氨。
目前计划中的大部分项目涉及海运，因为氢气管道网络目前仅限于美国墨西哥湾沿岸等少数几个地方。然而，包括德国和荷兰北海沿岸在内的新氢管道网络正在计划中，预计将在 2030 年左右投运。
政策导向
欧盟、印度和美国在内的许多政府正在最终确定和实施支持氢能的政策。与此同时，中国的 2060 年碳中和目标也向希望采用绿氢的企业发出了强烈信号。
其他非针对氢的政策可能是强有力的推动因素。迄今为止在推动绿色氢吸收方面最有效的是欧盟排放交易计划 (EU/ETS) 和跨境调整机制 (CBAM) 的结合。关于未来 EU/ETS 价格走向的分析很多，高涨的碳价（尤其是当免费的 EU/ETS 配额逐步取消）已经在推动钢铁制造等行业转向绿氢。
未来的道路
我们可以做更多的事情来降低绿氢的成本。就近期而言，直接补贴有助于推动更多项目落地，尤其是在德国等可再生能源成本较高的国家。随着成本的下降，我们需要其他类型的支持，例如标准和法规对帮助建立成熟市场的重要性，特别是定义什么是“绿色”氢的规则。
但最终最大的因素可能是纯粹的规模，全球对电解槽的需求正以令人眼花缭乱的速度增长。彭博新能源财经预计，今年的出货量将达到 400 兆瓦至 500 兆瓦，但明年将达到 1.75 吉瓦至 2.5 吉瓦，仅中国就有大约 1 吉瓦。除此之外，全球还有 26-30 吉瓦项目已经签署了谅解备忘录。
学习曲线的数学表明，降低成本的不是经过了多少年，而是制造了多少个电解槽。因此，氢能行业的参与者所表现出的雄心正在加速变革。所有这些都加快了化肥、钢铁、航运和其他潜在行业消除排放以及全球工业向清洁未来转变的那一天。
