清洁氢能（Clean hydrogen）是拜登政府最大的押注之一，旨在帮助美国实现气候目标，振兴国内制造业，为不断萎缩的化石燃料相关劳动力市场寻找新的增长赛道。
最近，拜登政府宣布，美国能源部将斥资70亿美元在全美各地建立7个区域性清洁氢能中心（H2Hubs），用于生产氢燃料，构建全新的氢能产业。
另用10亿美元支持需求侧改革。
图1 拜登宣布将创建7个新的氢能中心
氢气可以像汽油一样燃烧，也能用来产生电流，它燃烧时不产生含碳化合物，产生空气污染物极少，且氢燃料电池的主要副产品是水。
为使氢元素为制造业、建筑甚至汽车提供动力，美国能源部实施了一系列清洁氢能计划。
但是，要建立能完全从头开始生产绿色氢能的基础设施，难度极大，而这也是美国清洁氢能中心系统需要解决的问题。
美国氢能计划发展如何？这些产业实践又能够为我国氢能行业未来发展提供哪些经验？
01
美国能源部的氢能计划
美国能源部的清洁氢能项目由能源效率和可再生能源办公室下属的氢能和燃料电池技术办公室领导，致力于开发使用氢能代替其他燃料和技术的应用。
氢能计划包括400多个研究开发、系统集成、演示和初步部署活动，由大学、国家实验室和工业界执行。
图2 美国能源部公布清洁氢能中心入围所在地
该氢能计划基本目的是展示其技术的可行性。示范项目在一定程度上承担了先行者的角色，降低了作为政府的后续投资者的风险。
美国能源部表示，区域性清洁氢能中心将帮助我们更深入地理解和认识氢能的实际应用效果和技术需求，并验证氢能环境经济效益。
氢能示范项目将完善氢能源价值链的所有环节,如图3所示。
图3 氢能价值链
氢气可以从多种主要资源中生产获得。氢气生产可以紧随特定资源完成，并作为能量载体进行长距离运输和存储，再按需转化并储存在使用点附近。然后，燃料电池汽车等将氢气转化为有用的能量，提供能源服务。根据不同的制氢方法，可能还需额外步骤对气体排放进行净化和捕集，以去除污染物。上述描述是基于氢作为能量载体的模型。
02
区域性清洁氢能中心成立条件
美国国会要求区域性清洁氢中心必须能够“展示清洁氢能的生产、加工、交付、储存和最终使用”。美国能源部进一步细化了区域性清洁氢能中心成立条件：
原料多样性：至少一个中心应示范运用化石燃料生产清洁氢能，一个中心运用可再生能源生产清洁氢能，一个中心运用核能生产清洁氢能。
最终用途多样性：至少一个中心应示范电力部门的氢能终端用途，一个示范工业部门的用途，一个示范居民和商业供暖部门的用途，一个示范交通运输部门的用途。
地理多样性：每个区域性氢能中心应位于美国不同的地区，并利用该地区丰富的能源。
天然气产区中心：应优先考虑那些可能为该地区居民创造技能培训和长期就业机会最多的区域性氢能中心。
就业：应优先考虑那些可能为该地区居民创造技能培训和长期就业机会最多的区域性氢能中心。
03
氢能的工业应用
氢气在许多工业过程中扮演重要角色,如石油精炼和氨肥生产。氢气在水泥、陶瓷和玻璃制造等其他工业中的应用也在开发。
除工业用途外,面向消费者的氢能技术主要有加氢站和燃料电池电动车。
图4 氢能应用之一——氢燃料电池汽车
加州已有65个公共轻型加氢站，计划新建更多站点。
2022年底，美国注册的燃料电池车约为15万辆。
美国能源部指出氢能其他用途还包括生产叉车和大容量备用电源。
但是,氢能技术部署也面临高昂成本、基础设施不足和公众认知有限等障碍。
04
未来氢能中心的范围与规模
现有的研究预测了未来氢能中心的大小、范围和规模。
一项研究指出氢能中心与工业共同选址的优势，因为这可结合能源需求和化学副产品，并可能推动氢能中心的形成。
另一项研究调查了现有和新兴的国际氢能中心，发现这些中心可能是在现有基础上发展而来。这些中心如图5所示，按生产规模递增和地理方向从本地到区域再到国际排列。
图5 氢能中心的未来布局
美国能源部“氢弹计划”支持10年内实现每公斤1美元的氢能商业化。
该计划指出，根据资源、人口、政策、污染等影响因素，美国将出现了新兴的氢能产业“集群”。
05
经验——需求与供给的平衡
目前，氢能的消费主要在相对集中的终端用户身上。
几乎所有的氢能都是由石油工业或化学工业在现场生产或通过大型商业生产商的专用管道输送后消耗的。
氢能中心带来的额外氢气供应需要与新的需求相匹配，才能做到在经济上可行。
美国能源部于2023年7月5日宣布斥资10亿美元支持了氢能需求侧计划，旨在确保氢能生产商和最终用户的市场匹配性。
图6 拜登政府将投入10亿美元支持氢能消费需求
06
监管——建设与监督并行
美国能源部在2020年氢能计划中，将氢能源管道的通行权和许可确定为氢输送基础设施面临的两个主要挑战。
图7 金属氢气管道的 3D 数字效果图
目前与天然气相比，氢气基础设施规模较小。
在基建法案中，美国众议院运输和基础设施委员会指出，为了最大化电力投资和广泛使用，私营部门必须积极参与车辆充电和氢燃料基础设施建设。
小结
拜登政府推出的区域性清洁氢能计划显然是一场豪赌。
氢工业的发展路径将决定它是否能实现温室气体排放的预期下降。
美国纳税人正在支付数十亿美元的激励资金。如果计划不成功，这些资金可能最终只会推动化石燃料行业的发展。
拜登政府预计，到2050年，氢能将消除全球25%的碳排放。
当前一些经济部门，特别是重型运输和重工业，无法完全依靠可再生能源和电力实现净零排放，而氢能为其提供了解决方案。
美国的清洁氢计划或将为我国氢能产业的发展提供宝贵经验和参考。
