西门子能源：碳中和目标下 绿氢引领新一轮能源变革
应对全球气候危机，实现温室气体的净零排放，“碳中和”目标正促使各国朝着绿色、零碳经济转型。氢能是清洁能源的表现形式之一，由于“绿氢”产自可再生能源，因其具有的从生产到使用的零碳排放优势而备受青睐。
在智利最南端的麦哲伦省，立足于当地丰富的风能资源，西门子能源携手多个合作伙伴共同打造了“Haru Oni”项目，创新了绿氢生产与应用的场景，即利用可再生能源生产气候中立的合成燃料，这不仅能为高碳排放的交通运输行业提供清洁燃料，也将为可再生能源丰富的地区提供清洁能源输出提供巨大商机。
西门子能源首席执行官克里斯蒂安·布鲁赫博士（Christian Bruch）表示，“可再生能源将不仅在有市场需求的地方生产。风能、太阳能等自然资源丰富的地区也将成为可再生能源的产地。因此，新的供应链将在世界各地兴起，支持可再生能源在地区间的运输。”
西门子能源股份公司新能源业务全球首席战略官兼新能源亚太区业务负责人赵作智博士在接受采访时表示，重要行业如交通运输、工业等的??深度脱碳离不开绿氢的使用。未来，氢能在储能和运输方面将扮演越来越重要的角色。
可再生能源的全球化分配
氢气作为能源载体，将在全球能源转型中与电力互为补充。电解水制氢被认为是未来制氢的发展方向，尤其是利用可再生能源电解水制氢。
目前传统的制氢模式，不管是“灰氢”还是“蓝氢”，它们的生产还是使用过程，都存在着高碳排的问题。当电解水制氢过程中使用的电力完全来自风能、太阳能、水能或地热发电等可再生能源时，其产生的氢气才能被称为“绿氢”。
数据显示，2020年，全球交通运输行业二氧化碳排放量高达排放量达到88亿吨，仅次于能源、工业成为第三大碳排放源头，尤其是公路运输占比较高。因此，在二氧化碳减排面临挑战的领域，比如交通运输、炼油和钢铁等行业，绿氢将助力其实现深度去碳化。
“Haru Oni”项目依托智利的风能优势，通过电解槽利用风电将水分解为氢气与氧气，然后利用从空气中捕获二氧化碳与绿氢结合，制取合成燃料。在这个过程中，西门子能源灵活高效的质子交换膜（PEM）电解技术，由于其具有的快速启停，在极短时间达到满载运行的优势，能够很好的解决风能的不稳定性问题。
未来，由绿氢制成的合成燃料，将有着广阔的新应用领域。与传统化石燃料相比，合成燃料的碳足迹显著降低，基于合成燃料的绿色产品，将成为运输、交通或供暖部门深度脱碳的有力选择。
据了解，“Haru Oni”试点项目是全球首个工业级综合性合成清洁燃料商业工厂。预计最早在2022年，工厂将完成第一阶段试点，年产约13万升合成清洁燃料。根据项目规划，，将在2024年和2026年分别实现5500万升和5.5亿升的年产量目标。
智利享有风力发电的优越气候条件，且电力成本低，具备面向全球市场生产、出口以及在本地应用绿氢的巨大潜力。“Haru Oni”项目产生的经济效益，不仅可以促进可再生能源丰富的地区经济增长，也能通过清洁能源传输机制，令工业国家受益于更加多元化的绿色能源供应和稳定的能源成本，实现双赢的局面。
2021年5月，西门子能源启动了中东和北非地区首个工业级太阳能驱动的绿色氢能生产设施，利用太阳能园区的日光太阳能，该项目能够在1.25MWe的峰值功率下，每小时生产大约20.5公斤的氢气。
该试点项目展示了从太阳能制绿氢到氢气的存储和再电气化。这套系统可以为可再生能源的生产提供缓冲，既可用于针对需求增加的快速响应，也支持长期存储。在该地区太阳能光伏发电和风力发电成本低廉的背景下，氢气有望成为未来能源组合中的关键燃料，并有可能为拥有丰富可再生能源资源的地区带来能源出口的机会。
根据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，创造超过2.5万亿美元的市场价值，燃料电池 汽车 将占据全球车辆的20%~25%，每年为交通运输行业贡献至少三分之一的碳减排。
西门子能源正在通过构建电能多元化转化系统（Power-to-X）的基础设施帮助客户实现其去碳化目标，并为全球范围内的跨行业去碳化做出贡献。西门子能源拥有面向可持续的、零碳排放的能源供应所有核心技术，从可再生能源、高效燃气电厂，到输配电和低碳的能源工业应用关键设备和解决方案，再到高效的电解水制氢解决方案。
在中国实施首个兆瓦级绿色制氢项目
氢能产业在整个能源行业的地位已逐渐提高。截至2021年初，全球已有30多个国家发布氢能产业发展路线图。日本和欧盟均已公布氢能战略，对2030年和2050年的绿氢产量和氢能源 汽车 的普及率提出具体目标。
去年，国务院办公厅及国家能源局等颁布了《新能源 汽车 产业发展规划（2021-2035年）》《关于建立健全清洁能源消纳长效机制的指导意见（征求意见稿）》等支持政策，鼓励推广绿氢、分布式能源、燃料电池等重点技术的研发和商业应用，氢能产业将迈入商业化和规模化发展的新阶段。
推广绿氢使用的一大难点在于如何降低成本。对此，赵作智博士以光伏发电成本下降举例对照，一是技术的创新突破，二是规模化应用的效应。“将需求端培养起来以后，能够有效拉动供给端，规模化效应就起来了。”他认为，绿氢的成本在于电解槽设备和用电成本，其中，可再生能源产生的绿电成本高低，以及设备的利用小时数，是最大的影响因素。
今年4月，BloombergNEF发布的氢能平价更新报告，建模预测了15~28个国家未来的绿氢降本路线，表示到2050年绿氢价格将低于天然气、灰氢和蓝氢，届时，绿氢成本将较现在降低85%，低于1美元/千克。报告同时表示，到2030年，从成本上来讲蓝氢项目的必要性将大大降低了。受益于光伏成本的大幅降低，未来绿氢降本有望提速。
在碳达峰、碳中和目标的推动下，广东、上海、浙江、江苏、山东等30个省份将氢能写入“十四五”发展规划，总产值规模将达近万亿元。此外，北京、河北、四川等省份还纷纷出台了氢能产业发展实施方案。
对于国内氢能市场的发展，赵作智博士表示，“中国是很好的一块土壤，我们有政策、有资本，也有??各行各业，一些领军企业也有意愿去尝试一些新技术，有资金、有人才、有市场，未来，随着技术的进步，绿氢的发展潜力十分巨大。”
据了解，西门子能源专注于三大领域的技术创新，一个是低碳或零碳的发电；第二是低碳环保的输电；第三是针对工业领域的去碳化，尤其是油气、化工、造纸等能源密集型行业。
赵作智博士透露，目前，西门子能源在国内布局，主要是通过和领军企业合作，发挥各自优势降低成本，推进技术应用。在实现双碳目标的背景下，业内遵循着需求拉动供给的规律，以技术解决方案节能降本，推动应用规模化的形成。
2019年9月，西门子与国家电力投资集团（“国家电投”）签署《绿色氢能发展和综合利用合作谅解备忘录》。双方计划进一步拓展绿色氢能项目的合作。
2020年8月，西门子能源与中国电力国际发展有限公司（下称“中国电力”）旗下的北京绿氢 科技 发展有限公司签署协议，为中国电力氢能创新产业园提供一套橇装式质子交换膜（PEM）纯水电解制氢系统“Silyzer 200”。这一项目所在的北京市延庆区是将于2022年举行的大型 体育 赛事的三大赛区之一。西门子能源的绿色制氢解决方案将帮助确保赛事期间和赛后的公共交通运营所需的氢能供应。
据介绍，这是西门子能源在中国实施的首个兆瓦级别绿色制氢项目，设备已经运达现场，在安装调试后将很快投入运营。作为该制氢-加氢一体化能源服务站的核心设备，西门子能源提供的PEM纯水电解制氢系统Silyzer 200能够以高能量密度和运行效率实现工业规模的高品质氢气生产。此外，该制氢系统具有快速响应能力，带压启动至稳定运行时间不超过1分钟，并可直接与可再生能源耦合。
展望未来发展，“绿氢方面，我认为中国会引领整个世界。现在领先的是中国和欧洲，这两个市场有他们自身得天独厚的地方，两边一起来、两家火车头一起拉动，这也符合一个整个中欧合作的一个大框架。”赵作智博士说。
净零碳燃料种类有3种。根据查询相关资料信息显示，净零碳燃料种类分别是
1、绿氢绿，氢，是指利用可再生能源分解水得到的氢气。
2、甲醇，甲醇不含氮氧化物和硫，无色、易燃、易储存，由可持续生物质（通常称为生物甲醇）或通过可再生能源由二氧化碳和氢气制成的可再生甲醇是一种超低碳化学品。
3、氨能。氨也是一种广泛交易的商品，氨市场已经存在一个全球分销系统。
氢能分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”
氢能是一种二次能源，主要制备方式包括煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢、工业副产制氢、炼厂气制氢、焦炉煤气制氢等。氢能根据生产的来源，可以分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。灰氢来源于化石燃料，成本低，但是碳排放量大。蓝氢也是来源于化石燃料，但使用了碳捕捉、利用与储存(CCUS)等先进技术，碳排放量较小。绿氢是利用可再生能源(太阳能、风能等)制备的氢气，制备过程没有碳排放，但是成本较高。
中国氢气产量达到3342万吨
根据中国煤炭工业协会数据，在2017-2021年中国氢气产量逐渐增长，2021年氢气产量约3342万吨，较2020年增长33.68%。
2030年以后中国氢能需求量将激增
根据中国氢能联盟的预测，2020年以后中国氢能需求将持续增加，尤其是2030年以后，为达成“碳中和、碳达峰”的目标，氢能需求量将大增。到2060年，中国氢能年需求将超过1.3亿吨。
加氢站数量超270座
燃料电池车是氢能的主要应用领域之一，而加氢站是给氢能源汽车提供氢气的重要基础设施。随着中国新能源汽车产业规模增长，加氢站需求提升，中国加氢站数量也逐年增长。截止2022年6月，中国加氢站数量超过270座，较2018年加氢站数量增长超10倍。
行业政策解解读
中国氢能行业处于发展初期，达到行业成熟期仍有较长的路要走。国家发改委和国家能源局2022年3月发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》，提出到2025年可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，到2035年形成较为完善的创新体系，到2035年，形成多元应用生态。
综上所述，氢能根据生产的来源，可以分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。2021年底，中国氢能产量超过3300万吨。从需求端看，未来中国氢能需求量将持续增长，到2060年预期年需求超1.3亿吨。从下游应用看，中国加氢站数量超过270座。根据《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》等规划，未来中国氢能产业将逐渐完善。
—— 更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国氢能源行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》
我们来看看目前我国氢气生产的来源：
我国制氢原料中以碳排放最高的煤制氢为主，占比高达62%，其次为天然气重整制氢占比为19%，电解水制氢占比最少，仅为1%。
绿氢”的生产途径有哪些
我国目前氢能产业仍处于初期阶段，氢气主要以“灰氢”为主，在生产过程中会有大量的CO2排放，并不能算是清洁能源。最终阶段的氢气是“绿氢”，这类氢气是通过使用可再生能源（例如太阳能、风能、核能等）制造的氢气。
目前较为成熟的生产方式是：可再生能源发电进行电解水制氢：主要是利用风光发电制氢，在生产“绿氢”的过程中，能够实现完全的无碳化。水电解制氢主要原理为水分子在直流电的作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。根据电解槽隔膜材料不同，可以分为碱性水电解（AE）、质子交换膜（PEM）水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC)。
正在开展研究的未来可能的氢能生产方式有: 1，液氨制氢, 主要原理是利用液氨和钠单质反应生成氨基化钠，然后氨基化钠将分解成为氮气、氢气以及钠单质。2，生物制氢，生物法制氢是把自然界储存于有机化合物中的能量通过产氢细菌等生物的作用转化为氢气。生物制氢是微生物自身新陈代谢的结果。具体包括：光解水制氢，暗发酵制氢，光发酵制氢几种方式3，太阳能制氢，目前太阳能制氢技术实现的主要途径有光化学制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢等。4，核能制氢，核能制氢就是利用核反应堆产生的热作为制氢的能源，通过选择合适的工艺，实现高效、大规模的制氢；同时减少甚至消除温室气体的排放。
网上关于全球每年二氧化碳排放总量有很多说法，有的甚至还存在巨大差别。造成这种现象的原因可能是因为统计方法和机制的差异造成的，目前还未看到一种全世界公认的、主流的计算方法能够大致准确地计算出全球碳排放总量。
但无论数据计算结果如何，有一个结论是毫无疑问的，那就是，全世界每年碳排放总量远远超过人类及自然的收集、吸收、利用能力，空气中的二氧化碳浓度在逐年增长。
二氧化碳作为已经明确的温室气体中占比最大的一种，虽然它的温室效应远远低于甲烷，但因为体量巨大，带来的最终影响也是其他温室气体所不能比拟的。
这本书是一个叫做安永会计师事务所的团队编写的。
主要内容以碳中和为主题。第一章探讨了什么是碳中和、为什么提出碳中和、实现碳中和为什么难以及难在哪儿。第二章探讨了实现碳中和的四项关键要素，也即技术可行、成本可控、政策引导、多边共赢。第三章分析了几个主要碳排放行业未来行动的路线图。从能源需求侧分别分析了钢铁、水泥、化工、交通、建筑和服务行业的碳排放现状以及未来的发展路径。同时，从能源供给侧分析了实现碳减排的主要方法。总结出支撑碳减排的三大支柱，研究碳的“负排放”技术、健全碳排放权交易市场体系、发展绿色金融体系。第四章分别从个人、企业、金融机构和政府部门的角度，给出了实现碳中和的指导意见。第五章总结了碳中和领域常见的一些认识误区。
关于温室气体、碳达峰、碳中和的概念，书中都有介绍，网络上也说的很清楚，在此不做过多的重复。主要是对本书的主题——碳中和——谈一下自己的理解。
碳中和的道理十分简单，总结起来主要是六个字——节能、减排、固碳。所有的工作几乎都是围绕这六个字开展的，通过这六个字的努力，最终实现人类社会排放出去的二氧化碳与地球所吸收的二氧化碳达到平衡，也即大气中的二氧化碳浓度不再升高。
碳中和不仅仅是一个环保概念，这是一个首要破除的认识误区。根据国家的“30·60”统筹安排（2030实现碳达峰，2060实现碳中和），预计8年后碳达峰将要到来，38年后碳中和也要实现。
碳中和带给我们的，不仅仅是天更蓝了水更绿了等等之类的环境变化，而是生活方式的沧桑巨变。到2060年，人类社会的生活方式将会发生天翻地覆的变化，很多景象现在还无法想象，但一定令现代人匪夷所思。
这个实现过程，不仅全方位的影响每一个人的生活，而且需要每一个人亲身参与。因此，普及碳中和的知识非常重要，它能在整个过程当中起到引领性的作用。
只有具备了对事物基本的正确认知，才能进一步统一人类社会的思想，进而作为下一步集体行动的指南。从这个角度来讲，这本书起到了这样的作用。
引起我最大的兴趣的还是清洁能源的替代使用问题。目前人类社会获取能量的主要途径还是化石能源，包括石油、煤炭、天然气等。但这些东西是二氧化碳排放的主要来源，是实现碳中和目标必须要搬走的大山。
搬走之后怎么办？必须得有替代方案，这个替代方案就是清洁能源。
目前的清洁能源主要有以下这么几项，核电站、光伏发电、光热发电、水电站以及氢能。除了氢能以外，其余几项技术基本上已经进入比较成熟的状态，虽然在大规模替代上还存在一定的困难，但至少都走在了氢能技术的前面。
氢能承载着人类现阶段对未来能源替代的美好梦想，不过目前现在从技术角度来说，人们尚处于无可奈何的地步。换句话说，它的确很理想，但现在没有成熟的技术，无法真正实现商业化替代。
也许在将来，路上跑着以氢气为动力的汽车（这一项目前已经实现了），天上飞着以氢气为动力的飞机，发射场上矗立着以氢气为燃料的火箭运载工具，等等等等。我们对那一天的到来充满希望。
最后，引用书中的内容，补充一个关于氢气制备的知识。
目前我国发展最迅速、技术日益革新的清洁能源就是氢能。氢气具有发热值高、无污染、可以以多种形式存在等优点。在自然界中，氢是最丰富的元素之一，但我们很难找到纯氢，需要从化石燃料、水中提取转换，而这个提取过程需要电的参与。
氢气生产需要电，根据电力来源，氢气可分为灰氢、绿氢和蓝氢。如果生产氢气的电力是由煤炭、天然气等化石燃料燃烧生产的，那么在生产过程中会产生碳排放，这类氢气就被称为灰氢。这种生产方式的成本相对低廉，据测算，煤制氢成本为8～10元/千克，并且灰氢的制造操作也便捷，灰氢是如今最常见的氢气，约占全球氢气产量的96%。
与灰氢相反的是绿氢，绿氢是由可再生能源（例如太阳能或风能）发电电解制成的，该过程几乎不会产生碳排放。然而这类制氢方式对电的需求量巨大，用电成本占制氢总成本比例高达60%。绿氢的制造成本约为20元/千克，约是灰氢的2倍，因此绿氢产业的增长受到了成本的限制。
蓝氢来自另一种制氢方式，生产方式与灰氢一样，也是通过以天然气为主的化石燃料发电制成的，但在生产过程中运用了CCS技术，能够减少生产过程中的碳排放，可以满足全球大多数国家对碳排放量的限制要求。此外，蓝氢相较绿氢成本更为低廉，因此在市场上更具有成本竞争力。
单纯从氢气本身而言，它是一种理想的清洁能源。但是如果制备氢气的过程中产生了大量的二氧化碳，那就与我们清洁能源的替代背道而驰，相当于在密闭空间里开着柴油发动机的同时，另一边用空气净化器净化空气。
从这个角度来看，经济能源的替代绝非我们想象中的那么简单，它不仅受成本的限制，还要受技术的限制，更要在碳中和的大局中接受考验。
