中关村氢能与燃料电池技术创新产业联盟

5月8日，Nature《自然》在《自然通讯》子刊nature communications上发布中国科研人员开创性研究成果论文：《Economic and environmental competitiveness of multiple hydrogen production pathways in China》（《中国多种制氢途径的经济与环境竞争力》）。

作为“氢进万家科技示范工程”的重要成果之一，该论文通过系统研究提供了迄今为止最为详尽的比较分析，揭示作为全球最大能源消费国之一的中国在不同制氢技术的成本结构、碳足迹，及可扩展性等方面的复杂权衡。论文由山东国创燃料电池技术创新中心首席科学家潘凤文联合山东大学孙波、范光瑶、张辉等学者共同发表。

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当前中国氢能产业从制氢技术路线上看，主要依赖化石能源制氢，尤其是煤气化与天然气蒸汽重整制氢。尽管这些路径技术成熟、基础设施完善，但其高二氧化碳排放带来的环境代价不容忽视。相较而言，利用风能、太阳能等可再生能源驱动的水电解制氢被视为实现近零排放的理想路径。然而，该路径目前面临高额资本投入、能源供应间歇性及系统效率相对较低等挑战。

该论文研究团队采用生命周期评估方法，量化了各技术路径的环境影响，指出尽管化石能源制氢前期成本较低，但其环境外部性显著，难以支撑长期可持续发展。研究通过先进的技术经济模型，预测未来十年成本下降趋势，强调加速可再生能源部署和技术创新对绿色氢能竞争力提升的关键作用。此外，研究还关注了基于生物质的制氢路径，可利用农业、林业废弃物资源，有望实现负碳或低碳排放，带动地方经济发展，但可扩展性及原料供应的可持续性仍需进一步研究。

图丨电解水制氢系统

中国幅员辽阔、地理环境多样，从区域差异分析上看，各地资源禀赋与需求状况差异显著。沿海省份可再生能源资源丰富，为绿色氢能发展提供了有利条件；而内陆煤炭资源丰富地区则更依赖化石能源制氢。该研究通过空间建模，为基础设施投资优化、配电网络建设及区域政策制定提供了重要参考。

图丨中国31个省份多种制氢途径的平准化氢气成本与全生命周期碳排放

研究结果显示，并网电解水制氢系统仅在部分省份具有低碳优势，分时电价可提高其经济竞争力；离网电解水制氢系统可以实现近零碳排放，但需要额外投资以配置更大容量的储电和储氢。根据预测，到2045-2050年，离网电解水制氢将成为最具成本效益的制氢路径，通过实施特定的碳减排激励措施或生产补贴，可提前5-15年实现。在此之前，工业副产氢将成为近中期氢能开发的可行替代方案。

除此之外，技术集成也是该研究关注的重点。研究探讨了氢能生产与电网调峰、工业过程等领域的协同效应。如利用可再生能源富余电力进行电解制氢，有助于缓解电网压力、提升系统效率；在炼油和化工等难以减排行业中，氢作为原料也能助力深度脱碳等。这些跨领域应用凸显了氢能的多重价值。

同时，研究也指出了当前氢能发展面临的诸多不确定性和障碍。在经济层面，化石能源价格波动、补贴政策及碳定价机制均影响着不同技术路径的竞争格局；在环境层面，水电解制氢的用水量、生物质制氢的土地利用等问题亦需关注。研究建议采取多元化政策工具，包括加大对清洁技术的补贴、逐步取消煤炭补贴、推行碳税以及加大科研投入，以有效应对上述挑战。

研究成果对于衡量短期经济可行性与长期生态治理之间具有重要参考价值。研究建议，应以多元化战略契合复杂的实际国情，在可再生资源丰富地区优先发展绿色氢能路径，同时完善储运及终端利用基础设施；通过CCS等技术改进传统化石能源制氢，可作为过渡方案，兼顾供应安全与排放控制。展望未来，随着氢能经济的全球化发展，国际间在知识、资源和最佳实践等方面的合作愈发重要。研究呼吁加强材料科学研究以提升电解槽效率与耐久性，推动碳捕集与封存（CCS）技术与化石能源制氢的结合，并关注光生物制氢等新兴前沿技术。

此外，研究还强调了社会接受度与劳动力转型的重要性。对于依赖化石能源的产业和地区，需通过公正转型、教育培训和利益相关方参与，缓解社会经济差异，促进氢能的顺利推广。

原文如下：