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氫能，正受到全球共同關注。
截止 2021年初，30多個國家發布了氫能路線圖，共計宣布了200多個氫能投資計劃，全球政府承諾投入700多億美元公共資金。這是歷史上前所未有的全球聯動。
隨著規模化發展，產業鏈成本持續下降，在2030年前，氫供應價格有望將氫燃料汽車運輸成本與傳統運輸成本相當。
近日，麥肯錫氫能理事會發布《2021年氫洞報告（Hydrogen Insights 2021）》 ，詳細闡述了全球氫能布局和投資、供應和價格、輸送和應用等各個方面的展望，值得全行業參考。
執行摘要
氫作為能量轉移的關鍵支柱，正在積聚強勢。
在監管者、投資者和消費者向脫碳全球轉移的支撐下，氫(H2)正受到前所未有的興趣和投資。 2021年初，30多個國家發布了氫能路線圖，該行業宣布了200多個氫能項目和雄心勃勃的投資計劃，全球政府承諾投入700多億美元公共資金。 這一勢頭在整個價值鏈中存在，并正在加速氫氣生產、傳輸、分銷、零售和終端應用的成本降低。
類似地，自2020年以來，氫能理事會從60個成員增加到100多個成員，如今在全球市值超過6.6萬億，員工超過650萬。
本報告概述了氫生態系統的這些發展。 它跟蹤氫解決方案的部署、相關投資以及氫技術和終端應用的成本競爭力。 它由氫氣委員會和麥肯錫公司共同開發，提供基于事實、全面、定量的、基于真實行業數據的視角。 除了這份報告，氫能委員會還將推出Hhon Insights — 一種訂閱服務，提供關于氫生態系統及其發展的細粒度見解和數據。
部署和投資：政府對深度脫碳的承諾，已宣布的氫投資已迅速加速
目前，整個價值鏈上有200多個氫氣項目，85%的全球項目來自歐洲、亞洲和澳大利亞，美洲、中東和北非的活動也在加速。
如果所有項目都取得成果，到2030年，總投資將超過3000億美元的氫能支出 — 相當于全球能源資金的1.4%。 然而，目前這項投資中只有800億美元可以認為是"成熟"的，這意味著投資要么處于規劃階段，要么已通過最終投資決定(FID)，要么與正在建設、已經委托或運營的項目有關。
在公司層面，氫能理事會的成員們正計劃到2025年將氫能投資總額增加六倍，到2030年將增加16倍。 他們計劃將這筆投資的大部分用于資本支出（資本支出），然后用于并購（并購）和研發（研發）活動。
政府財政支持和監管支持的全球脫碳轉型支持了這一勢頭。 例如，占全球GDP一半以上的75個國家擁有凈零碳目標，30多個國家擁有針對氫的戰略。 各國政府已經認捐了700多億美元，其中包括新的產能目標和部門一級的條例，以支持這些氫倡議。 比如，歐盟宣布了2030年4000萬千瓦(GW)電解池產能目標（目前還不到0.1 GW）,20多個國家在2035年前宣布了對內燃機(ICE)車輛的銷售禁令。 在美國，聯邦新車排放標準已落后于歐盟，加州和其他15個州的州級計劃制定了雄心勃勃的目標，到2035年，不僅要讓乘用車，還要讓卡車達到零排放狀態。 在中國，2021-24年的燃料電池支持計劃將投入相當于50億美元的燃料電池車輛部署，其重點是發展當地供應鏈。
供應：如果借助適當的監管框架來擴大規模，清潔氫成本的下降速度可能快于預期
隨著氫氣規模項目的出現，氫氣生產成本可能繼續下降。 對可再生能源而言，最大的驅動因素是可再生能源成本比先前預期的更快下降，這要歸功于規模化部署和低融資成本。 2030年的可再生能源成本可能比一年前的估計低15%。 預計在擁有最佳資源的地區，如澳大利亞、智利、北非和中東，降幅最大。
但僅僅降低可再生能源成本是不夠的：對于低成本的清潔氫生產，電解和碳管理的價值鏈需要擴大。 這不會單槍匹馬發生：需要進一步加強公共支助，以彌合成本差距，發展低成本的可再生能力，擴大碳運輸和儲存場所。 就本報告中的成本預測而言，我們假定，根據氫理事會的愿景，在氫的使用方面進行雄心勃勃的發展。 例如，在電解方面，我們假定到2030年將部署90吉瓦。
這種規模的擴大將導致電解槽價值鏈的快速工業化。 該行業已宣布將電解槽產能提高至每年約300萬千瓦以上，并需要迅速擴大規模。 這種規模的縮減可能導致系統成本比先前估計的下降更快，到2025年達到480-620美元/千瓦，到2030年達到230-380美元/千瓦。 系統成本包括廠房的堆棧及結余，但不包括運輸、安裝及組裝、樓宇成本及任何間接成本。
可再生能源的大規模部署將需要發展大規模的氫氣生產項目。 這些以特定用途建造可再生能源的項目可以通過合并多種可再生能源來提高利用率，如陸上風能和太陽能光伏發電(PV)的合并供應，以及過度建設可再生能源供給而不是電解裝置產能。
綜上所述，預測表明，到2030年，可再生氫氣生產成本可能降至每公斤1.4至2.3美元（這一范圍是由最佳區域和平均區域之間的差異造成的）。 這意味著，到2028年，新的可再生和灰色氫氣供應將達到最佳地區的成本平價，2032年至2034年在平均地區達到成本平價。
與可再生的氫氣生產相比，天然氣低碳氫氣生產在技術上繼續發展。 隨著CO2捕獲率的提高和資本支出要求的降低，低碳氫生產是一種強有力的互補生產途徑。 如果碳運輸和儲存場所規模化發展，那么低碳氫可能在2010年末以每噸二氧化碳當量(CO2e)1約35-50美元的成本與灰氫扯平。
分發：解除氫應用所需的成本效益高的傳輸和分配
隨著氫氣生產成本的下降，在降低交付的氫氣成本方面，傳輸和分銷成本是下一個前沿。 從長期看，氫氣管道網絡提供了最具成本效益的分配手段。 比如，管道能以輸電線路成本的八分之一將能源輸送10倍，資本支出成本與天然氣成本類似。 該行業可以部分地重新利用現有的天然氣基礎設施，但即使是新建的管道，成本也不會高得令人望而卻步（假設泄漏和其他安全風險得到了妥善解決）。 例如，我們估計從北非運輸氫氣的成本。
這些成本反映純粹的生產成本，并為可再生氫氣采用專門的可再生和電解系統。 這些費用不包括基載氫供應（例如儲存和緩沖）所需的費用，冗余，服務和利潤的費用；也不包括氫氣運輸和分配的任何費用。
通過管道輸送到德國中部的氫氣可能達到每千克0.5美元左右，低于這兩個地區國內可再生氫氣生產的成本差。
在中短期內，大型清潔氫應用最具競爭力的體系是在現場或近場共同進行制氫。 然后，該行業可以利用這種規模化生產，向附近的其他氫用戶供應燃料，如卡車和火車的加油站，以及較小的工業用戶。 將燃料運輸給這些用戶通常提供最具競爭力的分配方式，每公斤H2的成本低于1美元。
為了實現遠距離的船舶運輸，需要轉換氫以增加其能量密度。 在存在幾種潛在載氫劑的情況下，液氫(LH2)、液有機氫(LOHC)和氨(NH3)三種碳中性載氫劑的牽引力最大。 成本最優解決方案取決于目標最終用途，具有決定性因素，包括中央與分布式燃料供應、再轉換的需要和純度要求。
按規模計算，到2030年，國際分銷的總費用為2-3美元/千克（不包括生產成本），轉換和再轉換所需費用的大部分份額。 例如，如果目標最終應用產品是氨，則運輸成本僅為總成本增加0.3-0.5美元/千克。 如果目標最終應用是用于高純度的液氫或氫，作為液氫運輸可能只增加1.0-1.2美元/千克，對從港口進一步分配還有額外好處。 這些成本水平將讓全球氫貿易成為可能，將日本、韓國和歐盟等未來主要需求中心與中東和北非(MENA)、南美或澳大利亞等低成本氫生產手段豐富的地區聯系起來。 與氫氣生產一樣，航空公司需要大量的初始投資，以及在頭10年構建成本差的正確監管框架。
結束應用程序：清潔氫成本下降和特定于應用的成本驅動因素提高氫應用的成本競爭力
從總擁有成本(TCO)的角度（包括氫氣生產、分銷和零售成本），氫氣可能是22種終端應用（包括長途運輸、運輸和鋼鐵）最具競爭力的低碳解決方案。 但是，純TCO并不是應用程序采用的唯一驅動因素：未來對環境法規的預期、來自客戶的需求和相關的綠色保費 ，以及符合ESG的投資的較低資本成本，都將影響投資和購買決策。
在工業中，氫氣生產和分銷成本的降低對成本競爭力尤其重要，因為它們占總成本的很大比例。 預計未來10年，煉油業將轉向低碳氫。 在肥料生產方面，用優化的可再生能源生產的綠色氨應該在2030年與歐洲生產的灰氨成本相競爭，每噸二氧化碳的成本不到50美元。 鋼鐵是最大的工業二氧化碳排放國之一，可能成為成本最低的脫碳應用之一。 采用廢鋼和氫基直接還原鐵(DRI)的優化設備，到2030年，綠色鋼的原鋼成本可能低至515美元，或每噸CO2e的溢價45美元。
在運輸方面，氫供應成本的降低將使大部分公路運輸部門在2030年前與常規運輸部門競爭，而不需要碳成本。 盡管電池技術已經迅速進步，但燃料電池電動汽車(FCEV)正在成為一種互補的解決方案，特別是對于重型卡車和長程車輛而言。 在重型長途運輸中，如果氫能以每千克4.5美元的價格提供，FCEV選項在2028年可以與柴油實現盈虧平衡由生物或空氣捕獲的CO2產生的合成甲烷是有待進一步研究的潛在第四種候選。
泵（包括產氫、配氣和加油站成本）。 此外，氫燃燒(H2 ICE)在包括重型礦用卡車在內，具有極高功率和正常運行時間要求的部門提供了可行的替代方案。
氫在火車、航運和航空領域也在進步。 清潔氨作為運輸燃料將是到2030年實現集裝箱運輸脫碳的最經濟方式，與重質燃料油(HFO)實現平衡，每噸CO2e的成本約為85美元。3 航空業可以通過氫和氫基燃料實現競爭性脫碳。 航空業可以以每噸二氧化碳90-150美元的價格，通過LH2直接以最具競爭力的方式實現中短程飛機脫碳。 遠程飛機使用合成燃料的脫碳最具競爭力，其成本約為每噸CO2e200-250美元，具體取決于所選的CO2原料。
建筑和電力等其他終端應用將要求更高的碳成本，以增強成本競爭力。 然而，作為大規模和長期的天然氣網脫碳解決方案，它們仍將看到強勁的勢頭。 例如，在英國，多個地標性項目正在試驗將氫氣混合到天然氣電網中，用于住宅供暖。 氫作為一種備份電源解決方案，尤其是對于數據中心等大功率應用，也正在獲得廣泛的支持。
實施：捕捉氫氣的希望
政府對深度脫碳的堅定承諾，在金融支持、監管以及明確的氫戰略和目標的支持下，已在氫能行業掀起前所未有的熱潮。 現在，這種勢頭需要持續下去，并制定長期監管框架。
這些雄心勃勃的戰略現在必須轉化為具體措施。 政府應在企業和投資者的投入下，制定部門層面的戰略（如鋼鐵脫碳），包括長期目標、短期里程碑和實現轉型的必要監管框架。 行業必須建立設備價值鏈，擴大制造，吸引人才，建設能力，加快產品和解決方案的開發。 這種規模的擴大需要資本，投資者在規模經營的發展和推動中將發揮超大作用。 所有這些都需要建立新的伙伴關系和生態系統，企業和政府都扮演重要角色。
為了啟動項目，戰略應該瞄準關鍵的解鎖 ，比如降低氫氣生產和分配成本。 我們估計，在理想條件下，要將成本降至與灰氫的平衡，需要大約65吉瓦的電解電，這意味著這些資產的資金缺口約為500億美元。 還需要支持擴大碳的運輸和儲存；氫運輸、分銷和零售基礎設施；以及最終應用程序的使用。
支持部署的一個地方是發展以大規模氫源為核心的集群。 這將推動規模通過設備價值鏈，降低氫氣生產成本。 通過將多個供應商合并，供應商可以分擔投資和風險，同時建立積極的強化循環。 在這些聚集區附近，其他規模較小的氫氣供應商則可以在成本較低的氫氣供應上回回運轉，從而使它們的運營更快地實現盈虧平衡。
我們看到幾種群集類型正在獲得吸引力，包括：
— 燃料加油、港口物流、運輸港區
— 支持煉油、發電、化肥和鋼鐵生產的工業中心
— 資源豐富國家的出口中心
目前液化天然氣(LNG)容器中的生物或空氣捕獲的二氧化碳的合成甲烷等替代品不在本報告范圍內，需要進一步研究。
成功的集群可能涉及整個價值鏈上的參與者，以優化成本、利用多個收入流并最大限度地提高共享資產的利用率。 它們應該向其他參與者開放，基礎設施應允許在可能的情況下隨時訪問。
未來幾年將對氫生態系統的發展、實現能源轉型和實現脫碳目標具有決定性作用。 正如本報告所顯示的，過去一年的進展令人印象深刻，勢頭空前。 但未來還有很多事情要做。 氫能理事會的公司致力于將氫能作為解決氣候挑戰的關鍵部分，而氫能洞察將提供關于所取得的進展和未來挑戰的定期更新、客觀和全球視角。
一、簡介和方法
Hhon Insights是全球氫研究的領頭羊
氫理事會的109個成員國的市場資本總值超過六點八萬億美元，員工超過650萬。 Hhon Insights是氫理事會成員與麥肯錫公司的一項合作努力，旨在根據實際行業數據，就氫作為脫碳選項的使用提出客觀、全面和定量的觀點。
因此，Hhon Insights渴望在氫能行業的市場配置、投資動力和成本競爭力方面提供業界首屈一指的視角。 除了這份報告，氫能理事會還將推出Hhon Insights作為訂閱服務，提供關于氫生態系統及其發展的細粒度見解和數據。
在解釋結果之前，下面介紹方法方法用于此分析。
評估氫投資、部署和市場動力
報告團隊根據對三大主要投資資金類別的分析，估計了到2030年的氫氣總投資：對私營部門項目的直接投資、政府生產目標和公共資金，以及支持宣布的項目投資所需的上游/間接投資。
私營部門直接投資。 報告團隊對公司在氫氣項目上的投資進行了評估，評估來自一個數據庫，數據庫包含全球公開宣布的項目，得到了氫氣理事會成員的驗證。 小組利用公共部署信息和內部預測，估計了這些項目所需的資金。 它還根據項目是否處于早期階段、規劃階段或是否已經承諾供資，按成熟程度對項目進行分類。 通過將這些見解與氫理事會成員的投資數據相結合，報告團隊獲得了市場相關投資趨勢的洞見。
政府生產目標和公共資金。 報告小組審查了宣布的政府目標，并將其與項目管道進行比較，以量化達到目標所需的額外能力。 然后，這些額外的產能被計算在成本中，并作為`宣布的'投資計入投資總額中。 中國、日本和韓國等更依賴公開的公共融資目標，而非產能目標的國家，被視為一個特例。 在這些國家，報告團隊審查了宣布的政府資金，并將其與項目計劃中宣布的私人投資進行比較。 假設現有私人項目平均收到政府投資總額的三分之一（在大多數情況下，這些信息并未公布），該團隊可以量化這些政府預期的額外投資，并將其納入宣布的投資類別。
上游投資。 最后，小組估計了利用行業收入乘數實現私營部門直接投資所需的上游投資。 它分別處理燃料電池和路上車輛平臺，從下而上地估計研發和制造成本。
評價氫成本競爭力：生產、分銷及應用
這份基于2020年氫理事會研究報告的報告中的成本競爭力分析是氫競爭力之路：成本視角。 今年的報告側重于增加新技術和應用（如運輸和航空），并重新探討技術、成本和基本假設已發生變化的領域。
氫能理事會成員通過一個獨立的第三方清潔小組提供了這兩個觀點的數據，該小組收集、匯總和處理數據以保持匿名。
除了這些數據外，該報告還以麥肯錫能源研究公司對可再生能源成本和產能因素的建模、麥肯錫氫能供應模型、其他專有資產以及來自外部數據提供商和數據庫的眾多基準為基礎。 報告小組還通過25次以上的專家訪談，測試和驗證了這些分析的結果，然后將結果和主要結果提交給氫理事會研究小組。 該研究小組由氫理事會的20名成員組成，隨后對這些發現進行了驗證、共同開發和測試。 氫理事會全體指導小組隨后審查并核準了報告。
該研究假定了氫技術的幾種部署方案。 雖然不是預測，但這些方案提供了一種分析規模對成本影響的方法競爭力。量增加的假設反映了到2050年滿足全球最終能源需求18%（符合2°C目標）所需的低碳和可再生氫生產量規模。
氫氣生產成本。對這兩條主要途徑的關注并不排除其他能夠構成氫氣經濟性一部分的生產途徑，如沼氣重整、熱解、煤氣化等。 在報告提到這些替代途徑的地方，報告就是這樣描述的。
報告團隊使用反映清潔氫氣生產基本成本的特定生產配置來分析氫氣生產成本。 這種生產配置包括專用的可再生能源和電解系統（不包括電網連接費或增加的輸電線路基礎設施），以及完全靈活的生產（零最小負載要求，需要存儲和超量調整發電能力）。 此外，它僅考慮了規模較大的行業的原始生產成本（不包括服務、冗余和利潤率等供應價格），以支持成本降低（到2030年安裝90吉瓦）。
載體和應用分析。 使用特定低碳和常規替代品的運營商和應用程序進行了總體擁有成本(TCO)比較。 例如，一項分析比較了燃料電池電動車與電池電動車(BEV)和柴油車。 同樣，航空用燃料將氫燃料與合成燃料、煤油（噴氣燃料）進行比較。
報告團隊為每種氫應用和技術及其競爭低碳和常規替代品制定了總體擁有成本軌跡，以確定相關的成本成分。 此外，該團隊還在競爭解決方案中指明了推動成本降低和盈虧平衡點的因素。 通常，它根據低碳氫（通過碳捕獲和儲存的天然氣重整產生）和可再生氫（通過可再生能源和電解產生）的平均氫成本估算。
然而，對于某些具體應用，假定采用一種特定的生產方法來反映不同區域及其各自的設置。
二氧化碳分析。 在整個報告中，二氧化碳扮演了兩種不同的角色。 一方面，它可以用作甲醇(MeOH)運輸燃料等應用的原料。 另一方面，它代表了損害環境的溫室氣體排放。 雖然有各種方法來捕獲或獲得CO2原料（例如工業捕獲或生物產CO2），但本報告假定它是使用直接空氣捕獲(DAC)技術從大氣中提取的。 因此，報告假定，最終產品是以碳中和的方式生產的。
該小組進行了所有分析，但并未假設隱含的二氧化碳排放成本會損害排放二氧化碳的應用和技術。 但是，在某些具體情況下，它確實適用了二氧化碳費用。 在這些情況下，分析清楚地描述了隱含的二氧化碳排放成本。除另有說明外，所有財務數字均以美元（美元）計算，并參考全球平均數。
二、部署和投資
H2項目在全球宣布200多個，勢頭強勁。
全球而言，價值鏈上共有228個氫氣項目。其中，已宣布的17個規模生產項目(即：可再生能源超過1 GW4，低碳氫年產量超過20萬噸)，其中歐洲、澳大利亞、中東和智利是最大。
歐洲在宣布的氫氣項目數量方面居全球首位，澳大利亞、日本、韓國、中國和美國緊隨其后，成為更多的氫氣中心。 在所有宣布的項目中，55%位于歐洲。 盡管歐洲擁有105個生產項目，但宣布的項目涵蓋包括中下游在內的整個氫氣價值鏈。
在韓國，日本和歐洲等預期的主要需求中心，重點是工業用途和運輸應用項目。 盡管日本和韓國在公路運輸應用，綠色氨，LH2和LOHC項目方面表現強勁，但歐洲支持多個一體化氫經濟項目。 后一種舉措往往具有密切的跨行業和政策合作（如荷蘭北部的氫谷）。相當于17.5萬噸，100%負荷系數。
到2030年在二季度投資超過3000億美元。到2030年，實現政府生產目標所需的投資和整個價值鏈的支出預測加起來超過3000億美元。 鑒于該行業的早期階段，這些投資中絕大多數(75%)涉及公告，但沒有承諾提供資金。 迄今，我們估計在2030年前有800億美元的到期投資。 這些資金包括在規劃階段的450億美元，這意味著公司在項目開發上花費了可觀的預算。 另外380億美元涉及已承諾或在建、委托或已經營運的項目。
預計歐洲的投資比例最大（約45%），其次是亞洲，中國在亞洲的投資占總投資的一半左右。
從氫氣價值鏈的分裂看，氫氣生產占投資的最大份額。 由于為燃料電池和道路車輛平臺提供資金，終端應用投資在成熟項目中所占的份額更高。 在分析氫理事會成員國的私人投資時，我們看到明顯的加速趨勢。 會員們預計，到2025年，投資將增加6倍，到2030年，投資將增加16倍，而2019年的支出將增加16倍。
企業往往將氫氣領域的投資目標對準三個特定領域：已宣布或計劃的項目、研發或并購活動的資本支出。 與研發或并購活動相比，氫能理事會成員未來的投資將大量轉向資本支出投資(80%)。
監管和政府支持推動了這一勢頭。
各國政府計劃支持向氫能轉型的戰略，將投入700億美元。 政府支持的增加源于全球轉向去碳化：75個國家占世界GDP的一半，凈零野心，80%的全球GDP由某種水平的二氧化碳定價機制覆蓋。
氫是大多數實現零凈排放戰略的關鍵要素，越來越多的國家正在制定氫計劃。 事實上，30多個國家在國家一級制定了此類戰略，6個國家正在起草這些戰略。
除了國家氫能發展路線圖之外，部門一級的監管和目標是向氫能轉移的基礎。 在交通方面，20多個國家在2035年之前宣布了對洲際交通工具的銷售禁令。 超過35個覆蓋1億輛汽車的城市正在制定更嚴格的新排放限制，超過25個城市承諾從2025年起只購買零排放的公交車。 全球而言，各國預計到2030年將有450萬FCEV，其中中國、日本和韓國將率先推出。 與此同時，利益攸關者正在將目標定在2030年前為10 500個氫加氣站（氫加氣站）提供燃料。
對工業而言，目標也在改變。 例如，歐洲聯盟建議會員國納入低碳氫生產可再生燃料目標（REDII指令），這可大大促進煉油和燃料零售商采用氫。 此外，4個歐洲國家（法國、德國、葡萄牙和西班牙）最近宣布了工業。
國家戰略中明確的清潔氫消費目標。 同樣，這四個歐盟國家在航空和航運燃料配額方面，也在進行深入討論。 其他國家已經通過稅收優惠為低碳氫制定了激勵措施，美國的45Q計劃就是如此。 類似地，在法國，工業用戶可以通過使用可再生氫來避免碳成本；在荷蘭，投資建設與海上風力發電連接的大型電解槽容量以及改造天然氣電網以用氫取代化石燃料。
由于對氫的關注日益增加，加上政府的支持不斷增加，宣布的2030年清潔氫的產能由先前的230萬噸增至每年670萬噸。 換句話說，過去一年，玩家已經宣布了三分之二的清潔氫氣產能。
