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Fig. 1 Hydrogen in global energy supply and demand
核心发现：氢能并非万能解药
1. 淘汰领域明确：
家庭供暖与轻型车辆被判定为“最无竞争力”场景。研究显示，氢能锅炉效率比热泵低30%-50%，成本高2-3倍。2023年全球燃料电池乘用车销量仅7,500辆，不及同年法拉利跑车销量（补充数据2），且市场萎缩40%。
英国已取消氢能供暖试点，日本50万户家庭使用的ENEFARM燃料电池系统实际依赖化石燃料制氢。
Fig. 2 Applications for hydrogen, qualitatively ranked in terms of competitiveness against alternatives.
2. 潜力赛道锁定：
重工业（钢铁、化肥）：绿氢替代现有化石燃料制氢可年减碳排放9亿吨（占全球2%）。瑞典HYBRIT项目已验证氢直接还原炼铁技术，减排率超97%。
长距离运输：航空、航运领域因电池能量密度不足（仅达航空需求的1/5），氢及其衍生物（氨、甲醇）成为少数可行选择。氨燃料船舶已实现90%减排，但存储安全性待突破。
长时储能：盐穴储氢可解决风光发电周/月级波动，尽管往返效率（30%-40%）低于抽水蓄能（70%-80%），但规模成本优势显著。
Fig. 3 Projections of global hydrogen production across 100 years
环境隐忧：清洁氢未必清洁
蓝氢排放陷阱：化石燃料+碳捕获（CCS）制取的“蓝氢”，因甲烷泄漏和CCS效率不足（实际捕获率仅40%-60%），温室气体排放可能高于直接燃烧天然气（图4c）。研究测算，只有当甲烷泄漏率<0.3%且采用严格排放核算时，蓝氢才具气候优势——但当前全球平均泄漏率达2.25%。
绿氢资源冲突：电解1公斤绿氢需消耗淡水30-70升。全球60%低成本太阳能制氢区位处缺水地区，可能加剧水资源危机。
PFAS污染风险：质子交换膜（PEM）电解槽和燃料电池使用的全氟烷基物质（PFAS）具有生物累积毒性，其环境归趋尚未明确。
Fig. 4 Greenhouse gas emissions and efficiency of producing and transporting hydrogen
经济悬崖：成本鸿沟难跨越
价格落差巨大：2023年欧洲绿氢成本达6-13美元/公斤，远超美国“氢能攻关计划”设定的1美元/公斤目标。即使享受美国《通胀削减法案》最高3美元/公斤补贴，绿氢仍比灰氢（化石燃料制氢）贵50%以上（图5d）。
基础设施瓶颈：液态氢海运成本是液化天然气的4-6倍，从澳大利亚向日本输氢将使终端价格翻倍。改造天然气管道需解决氢脆难题，欧洲仅25%管网具备改造可行性。
投资急剧萎缩：2023年全球清洁氢投资近500亿美元，2024年骤降至240亿美元，超半数宣布项目延期或取消，包括全球最大绿氨工厂。
Fig. 5 Factors affecting the cost of producing and distributing clean hydrogen
政策转向：告别空想，聚焦核心
研究呼吁各国修正氢能战略：
建立全生命周期认证，将甲烷泄漏、电力间接排放纳入核算，避免“名义清洁氢”加剧气候危机。
警惕“三难困境”：产、需、基础设施需同步发展，单一环节投入将导致资产搁浅。
关键数据透视
效率对比：电池电动车能效是氢燃料电池车的3-8倍（图4d）。
规模局限：满足当前全球氢需求（1亿吨/年）需动用全球125%的风光发电量。
时间窗口：即使复制光伏爆发式增长，2040年绿氢供给仍不足全球能源需求的3.3%（图3a）。
东方样本：中日战略分化
日本坚持氢社会愿景，目标2030年部署200万户家用燃料电池和80万辆燃料电池车（现为50万户/0.75万辆）。但学者质疑其技术路线合理性，家庭热电联产效率不足热泵1/10。
中国转向务实路线，《氢能产业中长期规划》聚焦重卡（2025年5万辆）和储能，山东已建成万吨级绿氢炼钢基地。
研究联合组长Iain Staffell警示：“氢能不是能源转型的‘万能钥匙’。我们必须接受它在乘用车和供暖领域的失败，将有限资源集中于无法电气化的‘硬减排’领域——这是避免重蹈50年炒作循环的唯一路径。”
Johnson, N. et al. Realistic roles for hydrogen in the future energy transition. Nat Rev Clean Technol 1, 351–371 (2025).
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