双碳，正在叩开一扇通往新世界的大门。

“双碳”目标提出三年来，碳达峰、碳中和已经从概念、政策走向落地实践。三年回望，一场围绕绿色低碳、节能减排的经济社会系统性变革已经深入千行百业、千家万户。随着“双碳”逐步走向深水区，这场广泛而深刻的变革将行至何处？有哪些经验值得总结？又有哪些挑战尚待突破？

在【能源大变局】主题板块下，清华大学长聘教授杨福源带来主题分享《碳中和目标驱动下的氢能技术创新与实践》。

清华大学长聘教授杨福源

以下是演讲全文：

很高兴来到36碳的论坛上，跟大家分享关于绿氢发展的一些想法。这个题目我想把它叫做《碳中和目标驱动下的氢能技术创新与实践》。

关于绿氢的角色。为什么在这个时候还和大家再讲一下绿氢的角色？因为一方面绿氢之所以在今天广受关注，是因为碳中和。人类大规模用氢的历史至少80年，但在过程中只有在最近的几年里，氢气成为了全社会热点，背后驱动力是因为有碳中和。

而碳中和的背景，一个是2007年的时候，IPCC发布的关于地球表面二氧化碳浓度的一个变化趋势。最近一百年中，地球上二氧化碳的浓度出现了急剧增长，增长速度是工业化前180倍。2012年的时候，IPCC又发布研究报告，报告里进一步确认了这样一种变化的趋势，并且明显呈现出了三个阶段。在工业化的阶段，呈现出了快速增长。

二氧化碳浓度的增加，导致气候变暖带来的影响是什么？这是地表温度在早晨最低时候的变化，我国大概跟预测平均值一样，2度左右。这会带来一个问题，或者说社会上有一种疑问，地球暖化似乎对中国的发展是有利的。因为从一个气候学家的研究报告里看到，在中国的盛唐时期就是一个比较温暖的季节。地球适当的暖化对中国是否有利？应该说从历史的统计看，似乎没有什么太大的危害。从IPCC报告分析来看，我们的平均温升增加的也不是特别高，并且温升之后带来北部的大量沙漠地带绿化的好处。也确实观测到了青海湖水平面持续的增加，黄土高原现在也很少，基本上是一个绿化的状态。

因此，从总体上来看，似乎这样一种变化对我们没有太大的影响。但大家知道二氧化碳的排放有一个非常滞后的长期的效应。如果说我们今天不来做这种限制的话，那100年以后会是怎样，还会是像我们看到的历史上暖化，还是完全失控。必须要从更加实际的层面来看待未来气候的发展。

国家海洋局在去年发布的研究报告里已经监测到了，我们国家沿海的海平面上升的情况。最近的几十年里，它的平均上升是每年3.4个毫米。也就是说，如果我们按照人的寿命80岁看的话，从我们出生到你离开人世的时候，你会看到海平面可能上升了20多个厘米。这是一个平均值。这样一种变化，应该说是不可忽视的。

另外，实现碳中和在某种程度上是一个关乎全球、全人类利益的重大决策。习近平总书记讲到我们要构建人类命运共同体，抓住碳中和的机遇，发展我们的绿色氢能技术、绿色可再生能源技术。要减碳，就要知道碳从哪里来。根据清华大学张希良教授的分析，112亿吨左右的二氧化碳排放当中，最大的一部分来自于火电，它的占比接近40%。排在后面的还有交通、工业，也还有钢铁行业等等。也有一些分析报告进一步指出，未来要实现碳中和，要达到2度甚至是1.5度的温升限制，战略应该是怎样的？波士顿咨询做的分析是，新能源转型，通过能源转型达成目标，它可以贡献80%。如果不做能源转型，只是通过节能或者通过能效提升的办法，大约只能贡献20%。也就是说，如果不做能源转型，我们要达到碳中和的目标，几乎是不可能的。

在碳中和的趋势下，化石能源到近零排放的新能源转型。这里有一个策略问题，增量的部分一定是零碳的，存量的部分可以逐步来转型和节能，这是一个基本的战略。我们现在更多的是关注在零碳可再生能源。如果还有一些疑问的话，不妨再把视角放高了看，我们人类社会用能的历史，你会发现它从早期的木材全碳到现在的绿电，整个过程里面的碳含量是越来越低的。但作为燃料的话，它的终极形态就是没有碳的氢。也就是说，从氢到电，这是未来面临的一个大趋势。这个大趋势在某种程度上不会因为我们的政治制度和各种各样的问题而转变。

我们在看到能源趋势的时候，不要忘了人类对物质方面的需求。之前的需求保障，特别是碳基高分子材料的需求，更多的是依赖化石能源当中的碳补充。如果我们将来都是电和氢，那碳从哪里来？在我们今天讨论零碳的时候，不要忘了碳还有一个重要的用途，就是必须满足我们在物质领域的需求。因此，会有宏观战略上的趋势，化石能源逐渐向原料化方向前进。这是从宏观尺度来看，未来能源领域的变化规律。

可再生能源的绿电，可以满足人类在终端对电力的各种各样的需求。在这中间还有一个巨大的点，需要靠氢满足，因为氢是从电力转向物质的唯一通道，是零碳体系里的唯一通道。未来的零碳能源体系是两个支柱、两个循环和一个转换的体系。为什么会是这样的体系？绿电和绿氢的关系是绿氢伴随着绿电成长，没有绿电发展绿氢是不可能的。如果我们要考虑物质方面和原料方面的需求，会发现必须要把现有的含碳燃料转换成碳基原料，也就是碳循环，它在未来的角色一方面是解决绿电储存的问题，就是氢储能。另一方面是在原料领域里的氢原料，还有就是氢动力，这是氢能未来的三个最重要的场景或者是角色。

现在也快速衍生出来新的角色，包括氢农业、氢环保、氢医疗，相信未来这样的角色还会越来越多。在这个过程中，氢的消费最大的还是To B业务的三大类，就是储能、原料、动力。氢能从源头可再生能源的电力一直到终端的三大应用场景，中间的链条很长，包括与电网的结合，包括制氢、转化、储存、运输问题，以及终端应用之前再次转氢的问题，里面的选项很多。这必然带来一个现象，每一个行业中的一分子都会发现自己可以有很多的着力点。但再一看绿氢的成本会发现，似乎哪一条路都很难。根据之前的研究，我们大概可以跟大家来规划出几条我们认为相对比较有确定性的路径，也是典型应用。

源头侧的氢储能的途径，搀氢和燃氢发电，是解决碳中和最大的一部分。因为需要连续的供能，所以运输只能是管道，不能靠车辆。往上一推，可以把整个链条推出来。它的优势是没有氢气的转运，可以利用现有的发电设施。但它有不确定性，就是煤搀氢的发电技术在发展过程中，受碳税的影响。大家不太关注燃料电池发电，但在汽车行业里已经广受关注，就是燃料电池汽车。但燃料电池汽车在电动车的一定冲击下，它的发展某种程度上受到了很大的制约。另外一个场景，把它用作调峰电站，是灵活电厂的方式。因为一个50兆瓦的特别小的电站，就相当于500台的燃料电池车，这对燃料电池行业的拉动作用是非常大的。存在一个可能就是，通过燃料电池的发电，迅速增加燃料电池的产量，拉动它的价格下行，某种程度上来盘活现有的燃料电池行业。

另一个应用是绿色甲醇。最近马士基跟金风科技签了大单，供应绿色甲醇。绿色甲醇的主要优势是储运方便。另外，甲醇是化工行业的基础原料，但它还有一些不确定性，最大的不确定性就来自于绿色从哪里来。如果可以解决绿色的二氧化碳，那绿色的氢就没有问题，关键点还是绿色的二氧化碳从哪里来。

还有一个比较值得关注的是氢冶金。一种分析认为，做生铁冶炼，一吨钢大概需要100公斤的氢，是10%的配比。按照这样配比的话，中国是10亿吨的钢产量，冶金需要1亿吨的氢，这是非常大的规模。尽管实际上不会有这么多，但单一的钢厂用氢量非常大，单一项目的耗氢量大，降碳的效果非常显著，这是氢冶金。

再有就是绿氨，投资界很多人愿意对它进行研究。在我们看来，绿氨可能是一个循环的载体。但从场景上分析，它某种程度上存在不确定性。它的主要应用首先是做化肥，就是氢原料的角色。而化肥作为农业的命脉，需要关注它的脱碳必要性，主要就是成本的问题。另外，大家关注的就是氨作为燃料，如果燃烧的话，氨是极难点燃，燃烧速度慢，能量密度也比较低，并不是特别适合来燃烧。但作为一种移动的零碳燃料，它似乎是一个更好的选择，但要考虑量有多大。基本的原则就是能燃氢，一定不会燃氨。另外，氨储运的安全成本比较高。从消防的角度来看，给氨开完全的绿色通道，现在在政策上还有比较大的障碍。另外，用氨发电，就是用于储能领域。这也存在着一种不确定性。由此来看，氨对日本这样的国家来讲，几乎是最佳的选择，但对中国来讲，由于我们国家的体系问题，可能不一定。这里存在着一种不确定性。

还有氢动力方面的应用，大规模搀氢、管道天然气搀氢的应用。管网已经普及，5%搀氢的时候不需要做什么改动，所以非常便利，降碳的效果也是显著的。围绕氢的利用，国内已经有一些重大的绿氢项目，包括中石化的项目。另外值得关注的，就是煤化工的绿氢替代。