随着全球能源转型进入关键阶段，如何高效利用氢能正成为能源领域的新挑战。近期，《Nature》子刊发表了一份报告，系统评估了全球氢能未来发展的应用竞争力和发展路径，为氢能发展提供了新的思路。该报告指出，氢能若想在脱碳进程中发挥实质性作用，必须突破成本、效率和可持续性三重壁垒，并优先聚焦工业、长时储能和重载运输三大“难减排”场景。此外，报告建议各国应停止对燃料电池、乘用车等劣势领域的补贴，将有限资源集中于钢铁脱碳、绿氨生产、长时储能及相关基础设施建设，以推动氢能技术在关键领域的突破，加速全球能源转型的进程。

　　氢能在全球能源消费结构中的占比仍然较小，且应用高度集中于工业领域，应用进展远未达到预期目标。目前，全球氢气需求量接近1亿吨，仅占全球终端能源消费的3%，且几乎全部来自化石燃料，主要用于工业生产。其中，50%用于氨和甲醇生产，45%用于石油精炼。

　　氢能应用场景具有局限性。在建筑供暖和乘用车等领域，由于热泵和电动化技术的竞争，氢能应用缺乏经济性与效率优势。相比之下，氢能在工业、长途运输和长时储能等“难减排”行业中更具竞争力。替代现有炼油和化肥生产中的灰氢是清洁氢的首要应用方向。在钢铁行业，氢直接还原铁技术相较于电力的巨大投入，可减少97%的碳排放。在重型卡车和航运领域，氢能的能量密度远超电池，液氢航程是电动飞机的4倍，可为长航程、重载荷、封闭路线的交通工具提供电动化替代方案。在长时储能领域，利用剩余电力制氢，氢的地下储存成本仅为锂电池的1/10，且不受季节变动影响，可为高稳定性、低成本、大规模的储能提供理想方案。

　　以往的预测模型普遍高估了未来氢能的增长速度，实际增速仅为预测值的1/3到1/2。各机构最新的预测仍然过于乐观，且对2040年清洁氢的需求预测差异显著。在IEA、IRENA等机构的深度减排情景中，到2040年全球的清洁氢需求为0.5亿～1.45亿吨（占全球终端能耗的1.6%～4.9%）；而在其他机构的综合评估模型在低于2摄氏度情景下更为保守，到2040年全球的清洁氢需求仅为1500万～5000万吨（占全球终端能耗的0.4%～1.3%）。这显示出氢能产业未来发展的不确定性极高。按照风光发电的历史最高增速推算，2040年绿氢供应上限将达1亿吨，难以突破全球能源需求的3.3%。短期内，清洁氢将处于短缺状态，应优先用于无可替代方案且减排价值最高的领域。

　　当前，全球氢能产业的发展模式与技术路线尚不明确，面临技术局限性和成本困境。绿氢凭借其与可再生能源的完美耦合，成为长期发展方向。尽管关键部件（电解槽）的成本持续下降，但绿氢总体成本（6～13美元/公斤）仍然远超美国能源部提出的2030年1美元/公斤的目标。蓝氢（化石能源+CCS）作为过渡方案，具有成本优势（1.9～5.9美元/公斤），且供给稳定，但其全生命周期减排效果受到普遍质疑。粉氢（核能制氢）可实现95%以上的超高能效，但核电的高成本和政策不确定性限制了其发展前景。各种新兴技术路线同样面临关键挑战：生物质制氢环境效益明显，但关键原料的可获得性差；天然氢矿的开采成本低廉，但储量分布极不均衡；光催化水解和甲烷热解仍处于实验室阶段。

　　氢的运输和储存设施成本相对较高。目前，地质储存被认为是一种具有潜力的长时储能选择。然而，当前研究尚未提供低成本、大规模的氢运输方案。管道输氢在较短距离内是经济的，但超过250千米则成本翻倍。液氢运输的蒸发损失和成本远高于LNG，在同等能量下，液氢运输所需船只数约为LNG的2.5倍，液氢海运成本是LNG的4～6倍。氢的供应、需求和配套基础设施必须同时发展，才能克服系统性障碍。

　　清洁氢在生产阶段虽不直接产生温室气体排放，但存在上游和间接温室气体排放问题。蓝氢因甲烷泄漏率高（约2.25%）和碳捕集率不足（仅40%至60%），其碳排放高于灰氢。为了比燃烧天然气产生更少的温室气体，蓝氢的甲烷泄漏必须控制在0.3%至3.2%。绿氢的生产存在淡水消耗高、土地占用率高及持久性有机污染物风险。

　　氢气生产依赖关键矿物和贵金属，资源提取和加工过程对环境的负面影响可能限制氢气技术的大规模应用，材料的选择严重影响电解槽制造的环境足迹。在运输过程中，液氢的气化损失和运输中消耗的能量是影响碳排放的关键因素，而管道运输的泄漏和压缩需求同样会增加碳排放。此外，氢运输的全供应链端到端效率低，电转氢再发电的效率仅17%至19%。需要建立可靠、透明的全生命周期排放核算和认证体系，解决水资源、关键矿产、持久性有机物污染等非气候问题，并通过关键技术突破实现正向环境效益。

　　2017年以来，全球有65个国家（占全球碳排放超过80%）制定了国家级氢能战略，但氢能开发普遍进展缓慢。全球已公布的1900个清洁氢项目中，绿氢占82%（9800万吨/年），蓝氢占16%（1900万吨/年），但真正落地的项目仅占规划量的3%，且按期交付率不足7%。同时，全球清洁氢投资正急剧缩减，2023年全球投资近500亿美元，2024年降至240亿美元，超半数项目宣布延期或取消。

　　报告指出，全球氢能发展面临严峻挑战，亟须战略调整。未来的氢能布局应在替代方案最少、气候收益最大的领域优先部署，并以系统视角审慎评估其经济性与环境影响，解决全供应链成本和排放强度问题。政策上应避免对所有氢能项目进行盲目补贴，各国应停止对燃料电池、乘用车等劣势领域的补贴，将有限资源聚焦于钢铁脱碳、绿氨生产、长时储能等领域及相关基础设施建设方面。同时，在政策设计上保持技术中立原则，让氢能与其他低碳技术（如电气化、生物质、CCUS等）公平竞争。