氫是綠色、高密度的二次能源。氫在發揮能效時無二氧化碳釋放。等質量的氫燃料電池與一般鋰電池相比，氫電池儲能更多，續航里程更長，充電（能）時間可更短。氫能（包括固態氫儲能）可以滿足多樣性的能源需求，在車船電池、住宅供暖、建材生產、鋼鐵冶煉等領域應用廣泛。我國曾一度強調氫氣為 “危險品” ，現在強調氫的綠色能效，氫能已被列為替代化石能源的新能源之一。狹義氫能的發展僅是優化能源結構，而利用風電、光電等電解水制氫等更重要的則是消化（發展）新能源（儲能）、穩定和優化區域性電網的重要調節手段。氫能產業鏈中的制氫、儲氫、運氫、加氫等諸環節都有大規模的市場前景，有利于擴大就業及經濟可持續發展。放眼國際，俄烏戰爭后全球化石能源貿易量下滑；但向可再生能源等低碳轉型步伐加快。在美國，氫能研究以及戰略實施較早，基礎扎實；在德國等，風電、光電等發展迅速，其氫能也有飛躍性發展。2023年7月新一版德國《氫能戰略》明確提出“通過風能、光能等可持續性能源生產綠氫，是擺脫化石燃料計劃的支柱”。在日本，氫能更是備受重視，氫能汽車是發展重點。在我國，氫能發展已正式納入國家能源戰略體系，氫能開發和應用已駛入發展快車道。2020 年 9月21日，國家財政部、發改委等聯合發布《關于氫能燃料電池示范應用推廣的通知》后，以獎勵替代補貼的形式支持燃料電池汽車的推廣和示范。2021年3月，《政府工作報告》提出“支持氫能規?；瘧煤脱b備發展”。2022年3月，我國2021-2025年中長期氫能產業規劃出臺；同年6月7日，國家發改委等發布關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知，鼓勵新能源場站和配建儲能聯合參與市場，改善新能源涉網性能，保障新能源高效消納利用。我國能源政策、資本政策等均有利于氫能產業快速發展。據美國某研究機構2023年5月數據，2023年中國氫氣產量約為3800萬噸，只是其大部分為源自煤炭等的黑（灰）氫。
氫能產業鏈之首為制氫，是氫源。進一步可分為化石原料制氫、工業副產品氫以及電解水制氫，依照碳排放量可分為灰（黑）氫、藍氫、綠氫。“黑”氫（本文以“黑”代替“灰”）源于煤碳等化石能源加工，每噸氫產品約排放出15噸的二氧化碳。就黑氫而言，煤炭等制氫僅是碳排放的轉移而不是減少，卻在制氫環節又進一步增加了碳排放。其次是藍氫，“藍”是指將制氫過程中的二氧化碳予以捕集、封存（CCUS）。三是綠氫，用非化石能源諸如電解水制氫，或利用可再生能源風電、光電等制氫，該過程二氧化碳排放少，是發展方向。在國際，美、歐大型氫能項目尤其是綠氫項目建設起步早，技術領先。在制氫環節，美國始于1960年代，1970年代初中東戰爭推動美國第二波制氫研究，目前美國制氫處于第三階段，重點是藍氫、綠氫。目前德國的制氫主要是綠氫，德國的風電、光電占總發電量的53%。但德國、美國的電動汽車、氫能汽車進展不大，市場似乎不太接受。相較美、德等。日本強調并鼓勵綠氫優先發展，但現實中其黑氫占比大。2011年福島核泄漏事件后，時任首相安倍晉三提出建設“氫能社會”的目標。2021年10月22日，日本政府確定了涉及能源轉型的一攬子政策文件，包括第六版《能源基本計劃》、《2030年度能源供需展望》、《巴黎協定下的長期戰略》等，其中每三年修訂一次的《能源基本計劃》提出“最優先”發展可再生能源。
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日本“黑”氫開發未達預設目標不盡然是環保善意。尚有資源稟賦、黑氫制氫成本低、貿易等掣肘。由于典型島弧大地構造位置等，日本化石能源全部依賴進口。本土的制氫也是利用進口煤炭等化石能源，屬于黑氫。又因因氣候、國土狹窄等原因風電、光電發展受限。目前日本總電量中風電、光電比重小。日本本土藍氫、綠氫產量低。
日本曾一度大力發展電解水制氫。電解水制氫雖然環保，但電網中所耗費的電能中有一定比例的化石能源，電解水的設備制造、廠房建設等均又有大量的碳排放。電解水制成氫氣后再利用氫氣發電，生產一公斤氫需耗費40千瓦電，此一公斤氫在氫能汽車上可發電10千瓦，再用之驅動電動機、驅動汽車。在能源消耗綜合尺度上談不上“綠色”。以此非真正的綠氫再次發電，雖氫燃料轉化效率高，優于成品燃油在800-1000攝氏度環境下大約40%的能源轉化率，物溫壓條件要求平和。但有畫蛇添足之虞。在車輛的氫電池（動力）環節上，氫燃料電池的核心零部件膜電極有四個主要部分，括催化劑、質子交換膜、碳紙和輔材，目前成本均較高。如一輛氫能重卡，目前氫燃料電池系統的成本占到整車成本的近47%，隨著氫能車輛保有量的增加，核心零部件量產，未來成本有望快速下降。但氫電池以及核心部件的制造過程也要再大量增加碳排放。相較于氫源，日本氫能的發展鏈條更側重于應用端，即氫產業鏈的中、下游，諸如氫能貿易、氫能汽車研發等。
國際氫能貿易是氫能產業、氫能汽車發展的另一重要環節。到2030年全球氫能在能源結構中由目前8.8%～9.2%將上升到11%，預測煤炭將從此前的26%的減少到19%，液化天然氣（LNG）等也將大幅下降。2022年日本自然資源和能源署發布的《以實現氫能社會為目標，建構大規模氫能供應鏈》，日本經濟產業省則發布了《氫/氨的現狀和未來的研究方向》。政府層面，日本積極拓寬氫源進口渠道；作為企業，豐田、川崎重工等努力改進氫能技術，降低成本，拓寬氫貿易視野，推動氫能產業國際化、規?；?。2022年2月25日，川崎重工研發的Suiso Frontier輸送體系成功從澳大利亞運輸液態氫到日本神戶。此為世界上首次液化氫長距離海上運輸。2022年6月8日，阿布扎比國家石油公司（ADNOC）、新日本石油公司（ENEOS）和三井（Mitsui Group）財團達成了聯合研究協議，開始評估阿聯酋和日本之間清潔氫供應鏈的開發。即利用阿布扎比氣田的天然氣制氫以出口日本。日本目前正加快落實自澳大利亞的氫氣進口，具體是能“充分利用澳大利亞礦產資源”而大量進口澳泥煤等低熱值煤炭進而在日本本土制氫，實仍屬于黑氫，且澳泥煤露天開采，泥炭層及頂、底板中大量的甲烷（煤層氣）逸散，有悖于綜合減碳降碳。目前中、美、日、歐盟等平均制氫成本大致為：煤碳制氫的氫氣成本約為1.5-2.0美元/kg；天然氣制氫的成本2-3美元/kg。工業副產品焦爐氣制氫成本一般低于1.5美元/kg，燒堿副產物制氫成本3.0美元/kg。而最環保的電解水成本也最高，價格為4-6美元/kg?？傊?，澳大利亞化石能源制氫并輸送到日本再至消費終端綜合碳排放更高，成本高。
在氫產業鏈中下游科技水平方面，日本實驗室內的專利發明等領先全球。電動汽車包括了鋰電池汽車、普通蓄電池汽車和氫燃料電池汽車、固態氫動力汽車。固態氫儲能動力汽車運行時首先將固態氫轉換為電能帶動電機驅動車輛，重點是固態氫儲能。近來，在氫動力車輛領域，日本氫能的利用仍主要表現在車輛動力方面。汽車巨頭豐田、本田等在燃油車方面專利多、技術先進、產能大、市場份額大，“船大難掉頭”，有理由繼續堅守燃油車發展。但其也加快了新能源汽車的研制、開發，甚至“下手”更早。只是側重于氫能汽車。1990年代，第三次石油危機爆發，主打省油的日系車真正在美國市場站穩腳跟。彼時，手有大量電動汽車、燃油汽車專利的豐田不想被石油問題卡脖子，就已布局當時實屬新技術的新能源汽車。豐田高層曾認為，氫是自然界最充沛的資源，是解決能源問題的終極方案，當然未考慮黑氫問題。押注氫燃料技術，也可讓能國土狹小、資源匱乏的日本擺脫礦產資源稟賦的短板。1992年，豐田開始研制氫燃料電池。1994年豐田推出第一款氫燃料概念車型。豐田在氫燃料電池領域的地位，類似早期特斯拉在電動汽車市場的地位，業內領先。在直接影響燃料電池壽命的質子交換膜減薄、增強、延長壽命等技術層面，豐田更是領跑者。豐田的MIRAI（漢字“未來”）車型一上市便引起轟動。其MIRAI車型的動力模組由動力電池組、儲氫罐、 燃料反應堆、升壓單元、動力控制單元以及驅動電機（包括變速箱）構成。氫氣和氧氣在燃料堆中反應，電能輸送至動力電池組、驅動電機驅動汽車。簡言之，MIRAI的工作原理就是電解水的逆反應。氫氧生成水的過程中釋放電能。
日本幾十年來鼎力發展氫能源汽車，累積了大量的相關發明、專利以及商業秘密（know-how）。目前豐田已持有6000多項氫燃料電池專利，包括括燃料電池堆專利、高壓儲氫罐儲能專利、燃料電池系統控制專利以及加氫站技術專利等。由于日本的相關專利技術、商業秘密等售價過高，買主購買欲低，加之特斯拉等公司免費、公開其領先全球的專利、技術及商業秘密，日本的氫能源汽車的相關專利等售出日益低迷。在電動汽車電池領域，2023年4月10日，美國環保局 （EPA）稱將顯著提高電動車的市場份額，以實現2032年美國汽車份額的67%為電動汽車的目標。2023年4月中旬，馬斯克表示短期內要犧牲其電動汽車利潤，爭取更大的市場份額，完成全自動駕駛、機器人出租車（Robotaxi）等，確保利潤持續增長。目前中國電動車企業以及特斯拉等贏利能力大為增加，且全球大多電動汽車的電池為寧德時代等企業制造。馬斯克2023年4月下旬又宣布將更新電動汽車的電池技術。此背景下日本氫能汽車市場開拓困難多多。日本又不太甘愿調頭追隨中國以及特斯拉電動汽車的發展路徑，使得日本的氫能源汽車成為新能源汽車發展道路上較為滯后的“小眾”（或是厚積薄發？）。換言之，如果當初日本能優化好東亞等國際關系，全力沖擊面向亞太市場的純電動汽車，那么特斯拉電動車等的發展可能是另外一種局面。
氫能源發展的關鍵之一是成本。未來氫能汽車的制造成本、使用成本、三廢處理成本以及碳排放等須大幅度降低。在車輛降本方面，氫動力汽車類制造、運行之價格不菲。氫能汽車的高成本是日本乃至世界范圍氫能汽車發展的“路障”。豐田第二代氫能汽車的革新主要集中在空間利用率以及成本上，包括減小燃料電池堆總成體積大小，這仍是日系車研發市場驅動的思維模式。但在應對市場的技術層面亟待革新。豐田相關數據顯示，第二代MIRAI氫氣罐容積為5.6公斤，較上一代增加1公斤。其電機最大功率為134kw，整車重量超過1.8噸，如果算上4名乘客，其重量將達到2噸。動力不足，無效載荷太大。豐田代表的日系氫能汽車強調運營的穩定性，而歐美車企歷來更追求技術的創新。如本田最早研制渦輪增壓技術，一味追求專利贏利而未大規模利用，反而為大眾等歐美車企的偏愛。豐田等依舊酷愛、沿用油車的“自然呼吸”。豐田等企業的保守制造理念又衍生到目前的氫燃料電池制造上，豐田等實驗室氫能技術創新頻出，但多以專利形式靜置待沽，生產線、市場等應用遲鈍。其汽車銷售的總體市場受到電動汽車的持續擠壓。
除卻汽車制造成本，氫能汽車路上運營成本也較高。一輛氫能大客車可運營五到八年，需更換2-3個氫燃料電池堆，單堆成本約25萬元甚或更高。雖制造商宣稱燃料電池堆壽命在8000小時至10000小時，但實際使用數據遠小于廣告。
其次是氫能有效運輸成本較高。雖然高壓氫拖（槽）車運輸有泄露風險，但仍是目前的主流運輸方式。目前氫氣輸送壓強一般為20MPa，如果運距為100km，運輸成本為1.2,美元/kg；當距離為500km時，運輸成本增至2.9美元/kg。管道運輸成本只有0.17美元/kg， 每千米管道基建投在我國資額約584萬元人民幣。氫能汽車日常加氫費用也不容小覷。目前我國加氫站價格每公斤最高者目前約150元，日本則更高。毛估氫燃料電池百公里成本相當于1000元人民幣。而燃油車百公里綜合成本為528元，普通電動汽車百公里綜合成本只有441元人民幣。在氫能的資源（氫源）配套問題上，加氫站（類似于目前的汽車加油站、充電樁群）等基建成本（包括征地）也支出龐大。加氫站高昂的建設成本直接影響其數量。如果不計后期運維以及人員、土地等成本，在我國投建一座單日加注能力500公斤的加氫站，成本約為1200萬元左右，加注能量相同的燃油加油站的3倍多。上述數據在日本、歐洲則更高。因此，日本的加氫站往往選址在園區、港區等商用大卡車高頻次且固定線路。但對于普通氫能汽車車主，可能加一次氫的往返里程就達10-30公里，也加劇了里程焦慮。日本的氫能汽車銷售目標是放眼海外，尤其是中國等市場。所以除成本、售價外，日本氫能汽車的環保技術尤其是“綜合碳排放”問題需要得到中方客戶的認可。
碳綜合排放是衡量氫能可否在向低碳新能源轉型中勝出的關鍵指標。日本目前擁有氫能汽車、電動汽車最多的專利，但在綜合碳排放減少方面專利技術偏弱。專利技術的初心是激勵創新及最終更有效的抑制碳排放。首先是制氫，豐田追求的綠色能源方案并不環保。除運輸外，能否最大限度降低制氫及氫能汽車機械制造過程中的碳排放是氫能汽車快速、持久發展的決定性因素。綜合碳排放包括了化石能源在總能源構成中大幅度降低、煤炭等化石能源以及鋰礦山等地質勘探、開發過程和鋰礦的選礦、冶煉、提純、運輸等過程中的碳排放降低；涵蓋氫能和電動汽車等制造全產業鏈包括氫能管道輸送、毀林占耕等碳排放減少等。此外電動汽車、氫能汽車報廢后的電池處理等也有大量的二氧化碳等排放。如果氫能產業的發展反而造成了更大量的綜合碳排放，則有悖于能源低碳轉型。目前的制氫以及氫能汽車等實際應用發展過程中的碳排放并不低，因而氫能尤其是黑氫等發展為環保界所詬病。依照熱力學定律，人類社會發展為一不可逆的熵增過程。人類刻意減碳、降碳進而減緩全球氣溫升高是氫能發展的初心，但是人類任一單純追求經濟發展的活動包括電能、氫能的轉換等大都加速了碳排放。例如利用綠氫發電、再有此電能轉換為機械能等關鍵是儲存光能、風能以及優化調解電網，因為能量轉換的過程（包括機械制造、廠房建設等）就是一個碳排放增加的過程。電動汽車的快速發展常被批評為“碳排放搬家”，廢舊電池的處理、掩埋等更額外增加了碳排放?；茉吹牡刭|勘探以及礦產品的挖掘（尤其是露天開采）、開發是碳排放的增加，甚至植樹造林、沙漠綠化的初期也是增加碳排放的。當然后期的森林碳匯則是意義重大的降碳、減碳。立足于大數據分析，雖局域性、階段性地球溫度有所下降，但目前大氣圈、生物圈是一個增溫過程。有理由悲觀的認為：僅依靠人類今天的減碳、脫碳等努力很難實現2015年《巴黎協定》“把全球平均溫度控制在比工業革命前高出攝氏2度之內，并努力控制在高出1.5度”的目標。2024年地球平均氣溫或許更高。
氫能汽車的發展取決于科技水平不斷提高，最終取決于綜合碳排放不斷減少、成本降低、操作簡便、安全有保障且舒適等幾大關鍵指標。在科技方面，包括了新能源和可再生能源發展的科技、汽車等機械制造科技、新能源汽車報廢無害化處理科技等。再之，氫能源汽車、鋰電動汽車等的燃爆、泄氫、漏電、剎車失靈等安全最為重要。在配套設施建設方面，電動汽車、氫能汽車需要一定數量且分布有序的充電樁、加氫站，此類基建又增加了碳排放。日本豐田等在車輛燃油動力的新能源替代技術領域其實起步早，但進展緩慢?？陀^上給特斯拉、比亞迪等提供了趕超契機。在特斯拉等新能源汽車企業快速發展的沖擊下，日本電動汽車的今天發展的今天離“火熱”尚有距離。最近三菱重工曾有意將其燃油汽車退出中國，后又表示快速研發電動車；豐田（中國）則於2023年5月上旬也直言“將快速發展電動汽車”。表明目前日本十分重視電動汽車的發展。日本最初舍棄電動汽車搶占氫能汽車發展先機，除卻專利收益等因素，也確有一些限制“黑電”等環保方面的善意。
需警覺的是，氫能汽車、鋰電池等的發展在目前電網中火電占總發電量約70%的背景下確有碳排放、污染搬家之實。如果主要依賴于化石能源發電、依賴化石能源制氫，則電動汽車、氫能汽車的主要意義就只是輸送。從化石能源采掘，從煤、油、氣、氫等資源運輸、火力發電（煤炭制氫）、汽車制造、陸運、廢舊電池處理以及運營安全等鏈條分析，僅據上述幾大指標試圖在傳統燃油（氣）車、鋰電池電動車、氫能汽車之間“優劣”排序目前是困難的。經濟發展在加速，“雙碳”問題已上升為我國發展的首要問題，此已為近期法學實踐所體現。已有自然人因“干擾碳達峰碳中和戰略目標實施”而被處分。目前人類碳排放造成的顯像是全球快速升溫，進而導致了俄、美等極地地區永凍層的加速融化，一個更嚴峻的連鎖后果尚未引起學界關注：即，加速融化中的永凍層釋放出巨量的甲烷、二氧化碳以及地史時期對現代人類或許致命的病毒、細菌。所以碳綜合排放問題是衡量各種汽車品質的最重要指標。氫能汽車、電動汽車綜合碳排放不樂觀，綜合成本高，安全隱患大。廢舊電池的處理更是累計的麻煩，日漸棘手。相對而言，不斷改進的燃油（氣）汽車雖面臨減碳、工業和服務業智能化發展等巨大壓力，但仍是今天運輸業主力車型。在新能源發展迅猛、化石能源消費快速降低的德國、荷蘭、歐盟等于2020年就制定了第一版氫能戰略，但在實施中僅是加強了氫能等在軍工以及某些民用汽車、無人機等方面的科技開發，并未“撒胡椒面”式的發展氫能。俄烏戰爭、某些國家的經濟疲軟等背景也使得某些環保人士更加清晰，上述的悲觀情緒濃厚，即氫源開發直至氫能消費等整鏈條中碳排放實難大幅度減少，電動汽車亦是如此，全球氣溫升高的遏制是困難的。但經濟要發展，減碳、降碳只能在發展中落實。即使氫能全鏈條確能較大幅度減碳、降碳，原油、天然氣等某些化石能源（工業原材料）目前乃至未來一段時間還是社會經濟中的剛需。我國國情有別于美、俄、日、歐等，面臨的國際問題波詭云譎。油氣資源開發仍處于經濟發展的重要地位。油田開發理應繼續加快。但切記并積極踐行雙碳目標的實現。
（文：岳來群 自然資源部油氣資源戰略研究中心）
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