2030年全球氫氣成本差異或達15倍，長距離貿易助力降低投資成本

編譯 | 中國產業發展促進會氫能分會

國際氫能理事會和麥肯錫公司日前聯合發布了《全球氫能流量-2023年更新版》（簡稱《報告》），《報告》總結了2022年全球氫能貿易發展情況，并結合監管體系、政策變化、地緣政治、技術進步以及項目實施過程中汲取的經驗等因素，進一步評估全球氫能貿易發展趨勢（本文所有觀點和數據均來自《全球氫能流量-2023年更新版》）。

《報告》主要觀點如下：

1. 全球氫能產業發展勢頭強勁，但依然不足。雖然目前氫能作為未來清潔低碳能源體系的重要組成部分以及實現全球氣候目標的重要途徑已收到了全球各國的一致認可，并且近年來各國氫能產業的發展勢頭強勁，但根據已公布的項目來看，到2030年全球氫能產業的增長率與實現凈零場景所需達到的增長率相比仍顯不足。作為實現2050年全球氣候目標關鍵路徑之一，全球需要進一步加大氫能領域的投資。
2. 全球可再生能源制氫成本增高。受到電解槽和可再生電力成本上升等因素的影響，全球可再生能源制氫（簡稱可再生氫）平準化成本較去年同期上漲了30%-65%。
3. 氫能長距離運輸需求強烈。由于當前全球氫能產業發展進程仍未滿足全球升溫較工業化前低于1.5℃的目標，因此《報告》提出了為滿足氣候目標的加速場景（簡稱FA場景）。在此場景下，2030年全球清潔氫（包括低碳氫和可再生氫）產量將超過4000萬噸/年，其中約2000萬噸將通過管道等方式長距離運輸；到2050年全球清潔氫的需求將增長至3.75億噸，其中約2億噸將用于長距離運輸，預計管道輸送比例將達到40%，合成燃料和氨將各占20%，航運（以氨、有機液態或液氫為載體）比例為10%，甲醇和綠色鋼鐵各占5%。
4. 2030年全球氫氣成本差異可達15倍。到2030年，隨著生產成本的不斷變化，疊加不同地區清潔氫供應激勵政策，如美國《通脹削減法案》等因素影響，部分地區清潔氫成本有望低于1美元/kg，而成本最高的地區將可能超過5美元/kg，巨大的價格差異將催生大量的國際貿易機會。到2050年，隨著激勵政策的到期以及可再生氫成本的不斷降低，全球清潔氫成本曲線將趨于平滑，低成本地區清潔氫價格約為1.5美元/kg，高成本地區清潔氫價格約為3.5美元/kg，高成本地區與低成本地區間的成本差距將縮小至2.5倍。
5. 氫能國際貿易有助于降低投資成本。如果不考慮氫能國際貿易，到2050年，全球在氫能領域的投資需求將達到12萬億美元，才能實現氣候中和目標。相比之下，如果全球廣泛開展氫能國際貿易，則到2050年，全球氫能領域投資需求為8萬億美元，相當于通過氫能貿易可以降低50%的總投資額。為了保證氫能貿易的順利開展，全球每年在氫能儲運、氫與氫基衍生物處理與轉換等基礎設施建設方面的投資約700億美元。

氫氣需求增長預期仍然強勁，但仍不理想

《報告》中設置了三種氫能發展情景，分別是到2050年實現升溫小于1.5℃氣候目標的凈零場景、到2050年實現升溫小于2℃氣候目標的加速場景（FA場景）以及未能在2050年實現升溫小于2℃氣候目標的延遲過度場景。在凈零場景中，到2030年和2050年全球清潔氫的需求量分別為7000萬噸/年和6.6億噸。

2023年6月，國際氫能理事會和麥肯錫就當前全球氣候目標實施進程對152名國際能源專家和企業高管進行了訪問，大部分受訪者選擇了加速場景而非凈零場景。他們認為雖然目前全球能源轉型處于加速階段，但受到財政和技術等因素的影響，氫氣供應商和終端用戶目前仍然面臨短期成本上升、技術路線存在不確定性、缺乏統一和穩定的政策監管（例如碳稅征收標準不一致）等問題與挑戰，使得能源轉型速度仍未達到凈零場景預期，這將導致到2050年時，全球可能無法實現氣候中和目標，全球升溫將達到1.9℃。

成本升高難阻可再生氫成為主流

《報告》指出，雖然受輔助設備、資本支出、融資成本、可再生能源以及EPC開發等成本上升影響，2023年可再生氫平準化成本上浮30%-65%，但由于各國積極的激勵政策和強制性政策的不斷出臺（包括美國《通脹削減法案》、加拿大《清潔氫稅收抵免法案》、歐盟《可再生能源指令修正案（REDIII）》），因此與通過天然氫制取的低碳氫相比，可再生氫未來仍將保持較高的市場份額。預計到2050年，全球清潔氫的總需求量為3.75億噸/年，其中可再生氫2.65億噸，占比約為70%。

長距離貿易中低碳氫占比有望增加，但仍有不確定性

在FA場景下，全球天然氣需求和天然氣價格的快速降低以及電解槽成本一段時期內的上升，如采用CCS的低碳氫生產規模快速擴大，則低碳氫在清潔氫中的占比有望從25%-30%提升至45%，并且由于成本和基礎設施等方面優勢，65%的低碳氫將用于長距離貿易（長距離貿易包括國際貿易和國內長距離輸送）。

平準化成本、CCS部署速度和投資吸引力是決定清潔氫競爭力和貿易吸引力的三大主要因素

平準化成本：對于可再生氫而言，其平準化成本主要取決于可再生電力成本和電解槽利用率；對于低碳氫而言，其平準化成本主要取決于天然氣和CCS成本以及碳價格。

CCS部署速度：相比于天然氣價格，CCS的部署速度是決定低碳氫商業潛力更重要的因素。

貿易吸引力：市場效率、工業水平和勞動力水平以及當地對新基建的接受度等因素也將導致清潔氫項目產生區域溢價，此部分溢價將對項目可對加權平均資本成本造成約5%-14%的影響。

到2030年，在FA場景下，全球約50%的氫氣生產成本將低于2.5美元/kg。

2030年全球部分地區清潔氫成本預測

供需錯位和巨大的價差將催生大量氫能貿易機會

日本、韓國以及歐洲部分地區能源需求旺盛且可再生能源資源有限，可再生電力將優先用于電力系統脫碳，因此導致清潔氫產能不足，而南美和中東地區則恰好相反，豐富的可再生能源資源導致其清潔氫產能遠大于自身需求，且得益于低廉的綠電價格和清潔氫的規模化生產，這些地區清潔氫成本相對較低。

同時，到2030年，在考慮部分地區生產商獲得激勵政策補貼的場景下，清潔氫生產成本最高的地區與成本最低的地區之間的差距將達到15倍左右；到2050年，隨著激勵政策的退出以及可再生氫成本的不斷降低，全球清潔氫價格趨于平緩，但高成本地區和低成本地區之間的差距仍將達到3倍左右。在資源條件好、投資和運營成本低、產業鏈成熟的地區，清潔氫成本將達到1.5美元/kg左右，最低將有望達到1.2美元/kg；而可再生能源資源有限的國家依然沒有成本優勢，這些地區的清潔氫成本仍將超過3.5美元/kg。因此，供需錯位疊加巨大的價格差異促使地區間廣泛開展氫能長距離貿易成為必然趨勢。

除管道外，長距離輸氫仍需將氫轉換為中間體運輸

相較于本地供應，雖然長距離輸氫除了運輸成本外，還會因氫與中間體之間的轉化過程導致氫當量損失和電力消耗。但隨著清潔氫在用能終端占比的不斷提升，可再生能源資源有限的國家和地區清潔氫供應缺口將持續擴大，且隨著技術進步和配套基礎設施及裝備持續完善，氨與合成燃料等中間體運輸成本在總成本中占比相對較低，因此低成本地區的清潔氫通過長距離運輸后仍將在高成本地區保持競爭力。

清潔二氧化碳與氫合成甲醇及合成燃料也具備競爭力

清潔二氧化碳可通過生物質和空氣直接捕集獲得，預計到2040年前，空氣直接捕集二氧化碳的成本仍將高于生物質來源。巴西、加拿大、中國、印度尼西亞和美國占全球生物質清潔二氧化碳總量的60%以上，因此這些地區的清潔甲醇及合成燃料也將在長距離貿易中表現出競爭力。

綠色鋼鐵等基于清潔氫的綠色產品貿易將成為氫能貿易的另一種模式

隨著清潔氫在各領域應用的不斷拓展，通過清潔氫與傳統或創新工藝結合的綠色產品也受到了全球各國的廣泛關注，基于這些綠色產品的長距離貿易也將成為未來氫能貿易的另一種表現形式。作為其中的典型代表，基于清潔氫和H-DRI（氫直接還原鐵）技術的綠色鋼鐵成為了各國關注的熱點之一。一方面如巴西和瑞典等兼具清潔氫和鐵礦資源的鋼鐵出口大國積極推動綠色鋼鐵生產并在全球范圍內尋求貿易伙伴；另一方面，對于擁有豐富可再生能源資源但鐵礦資源相對匱乏的國家，其依托低廉的清潔氫成本，通過進口鐵礦石在國內加工成綠色熱壓鐵塊（HBI）再進行出口的方式參與綠色產品貿易。

廣泛開展氫能長距離貿易可減少全球約4萬億美元總投入

氫能長距離貿易可以優化資源配置并節約投資成本。如全球氫能貿易受限，要滿足FA場景下各國對清潔氫需求，則全球需投入約為12萬億美元；而在廣泛開展氫能貿易的場景下，滿足FA場景下各國對清潔氫需求所需的總投資約為8萬億美元。雖然開展氫能貿易可以大幅降低全球資本投入，但當前全球基礎設施建設尚不完備，以FA場景測算，如要滿足氫能長距離貿易需求，2050年前全球每年仍需投入約700億美元，用于建設氫及氫基衍生物處理與轉換設施和總運力超過2億噸/年的氫及氫基衍生物管道等基礎設施以及配置包括超過500艘運輸船舶在內的儲運裝備；如按凈零場景測算，則2050年前全球每年在基礎設施和儲運裝備方面的投入將達到1400億美元，并且將為全球氫能價值鏈節省超過6萬億美元資本投入。

全球氫能貿易格局將持續演變

美國和加拿大擁有大量低成本的天然氣資源和優秀的風能和太陽能資源，為其清潔氫的生產提供了良好的發展基礎。同時，美國《通脹削減法案（IRA）》以及加拿大《清潔技術投資稅收抵免（ITC）》均為本國清潔氫的投資提供了較高的資金補貼，使其清潔氫補貼后成本極具競爭優勢，吸引大量投資者新建或擴大產能。因此，美國和加拿大清潔氫產能將迅速超過本國需求量，成為早期的凈出口國，引領全球氫能國際貿易。

澳大利亞作為傳統資源出口國，擁有豐富的天然氣資源，且其風能和太陽能資源條件也位居全球前列，為其清潔氫產業發展提供了有力的支撐。依托其天然氣出口業務，澳大利亞擁有成熟的能源出口鏈條和良好穩定的貿易伙伴關系，同時，澳大利亞靠近日韓等氫能需求增長迅速國家，具備區位優勢。因此，澳大利亞積極發展氫能產業并力爭在2030年前成為亞洲前三的氫能出口基地。預計到2030年，澳大利亞清潔氫出口量將達到200萬噸/年，且大部分將采用氨作為載體并以亞洲地區為主要目的地。

隨著歐洲輸氫管網建設不斷完善，北歐國家及伊比利亞半島國家將通過輸氫管道實現對歐洲其他國家清潔氫的出口。

北非國家將同樣通過輸氫管網將歐洲作為氫能貿易目的地，而南非國家則將以氨為主要載體并采用航運的方式進行氫能國際貿易。

中國和印度有望實現總體清潔氫需求自給自足，但在國內不同地區仍存在供需錯配現象，將通過輸氫管網開展大量國內長距離氫能貿易。同時，沿海地區也將依托港口資源開展以氨等氫基衍生物為載體的氫能貿易，以滿足自身清潔氫需求和實現清潔氫出口。

中東地區擁有大量低成本天然氣資源和全球首屈一指的可再生能源資源，因此中東地區國家積極開展由化石能源出口國向氫能輸出國轉型，旨在依托自身良好的資源稟賦與貿易基礎設施成為全球氫能貿易的主要參與者。

南美洲國家不但擁有豐富的可再生能源資源，還擁有大量生物質二氧化碳以及鐵礦等資源，因此基于清潔氫的氫基衍生物和綠色鋼鐵等綠色產品將成為南美國家開展清潔氫國際貿易的主要形式，預計到2030年南美洲將基于氨和綠色鋼鐵實現200萬噸/年的清潔氫出口。

預計到2030年，全球長距離氫能貿易量將達到1800萬噸/年，管道輸氫和氨將成為主要貿易模式，占比將達到總貿易量的80%。

到2030年氫能國際貿易和長距離貿易流量圖

隨著能源體系清潔低碳轉型深入開展，全球清潔氫需求將保持高速增長，推動氫能國際貿易規模不斷擴大。

預計2030年到2040年間，全球長距離氫能貿易量將達到1億噸/年，其中對可持續燃料及清潔氨需求的快速增加將成為國際氫能貿易的主要增長點。此外，在此十年間，歐洲、中國、美國和印度長距離輸氫網絡將初具規模，成為上述地區和國家內部長距離氫能貿易的主要途徑。但如日本、韓國、新加坡等自給能力有限的國家仍將高度依賴氨、甲醇、可持續燃料等氫基能源載體進口，以滿足本國不斷增長的清潔能源需求。

2040年到2050年期間，國際氫能供需格局將持續變化，只有少數地區可以實現自給自足，大部分地區仍將通過長距離氫能貿易滿足自身用氫需求，同時，氫能貿易載體也將更加豐富多元。

預計到2050年，全球長距離氫能貿易量將達到2億噸/年，占全球清潔氫總需求的50%以上，其中，歐洲、北美、中國、印度、日本和韓國有望成為長距離氫能貿易的主要承購方。依托低成本可再生能源資源和清潔來源二氧化碳資源，拉丁美洲將以可持續燃料為載體，每年向歐洲和亞洲地區出口1500萬噸清潔氫；澳大利亞憑借成本和區位優勢，也將每年向東亞和東南亞地區出口1500萬噸清潔氫。

到2050年氫能國際貿易和長距離貿易流量圖

自2022年度報告發布以來全球氫能價值鏈的主要變化

• 政策助力氫能國際貿易

在供應端，美國《通脹削減法案（IRA）》將為清潔氫生產提供為期十年最高3美元/kg的稅收抵免，加拿大《清潔技術投資稅收抵免（ITC）》將對清潔氫投資提供為期六年最高30%的稅收抵免，這些積極的政策支持極大的提高了其清潔氫的成本競爭力，推動了清潔氫產業規模化發展；在需求端，歐委會頒布了《可再生能源指令修訂版（REDIII）》，要求2030年工業用氫氣中的42%應來自非生物來源可再生燃料（歐盟將可再生氫及其衍生物稱為非生物來源可再生燃料），到2035年將這一比例提升至60%，同時，自2030年起，航空領域非生物來源可再生燃料（RFNBO）占比應達到1.2%，到2050年這一比例將提升至35%。REDIII的頒布為清潔氫消納提供了確定的需求前景。需求端與供應端的共振將推動為清潔氫價值鏈和國際貿易快速發展。

• 低碳氫仍具競爭力

未來即使天然氣價格出現上漲，基于天然氣和CCS技術的低碳氫仍將具有成本競爭力，并在氫能供應體系中占據穩定份額。但目前CCS項目部署的進度仍是制約低碳氫產業規模化發展的瓶頸。

• 可再生氫仍有將本空間

雖然由于多種因素疊加導致可再生氫項目的資本支出較2022年提高了80%-100%，但電力成本仍是決定可再生氫成本的主要因素，加強可再生電力供應的穩定性，降低電力成本，提高電解槽運行時長是可再生氫降低成本的根本路徑。

• 生物質來源二氧化碳本地供應的重要性日益提升

相較于2022年，生物質來源二氧化碳的運輸成本出現增長，且運輸監管要求更加復雜。因此，對清潔甲醇和可持續燃料供應商而言，生物質來源二氧化碳本地供應的重要性日益提升。