圖表 全球氫能需求及占比（2020年）
圖表 G7成員氫能需求（2050年）
發展現狀：2020年，加拿大生產了約300萬噸氫氣，其中約80%來自化石能源，其余來自于煉油廠（作為副產品）；應用方面，煉油和化工平分秋色。電力來源方面，2021年，60%為水力發電，14%為核能發電，由發電產生的二氧化碳排放量很低（69克/千瓦時）。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風力發電裝機14.3吉瓦，太陽能光伏裝機3.6吉瓦，合計占電力結構的6%。
發展展望：加拿大致力于在2030年之前實現比2005年減少40%至45%溫室氣體排放，在2050年之前達到凈零排放。根據加拿大能源監管機構數據，到2050年，加拿大氫氣需求預計將至少增加4,700萬噸，其中，65%用于工業部門，25%用于運輸部門，10%用于住宅和商業部門。生產方面，配套CCUS的化石能源制氫占供應量57%，輔之以33%的離網電解和9%的并網電解。風能和光伏發電的凈增量在100吉瓦至150吉瓦之間。
現有和計劃中的基礎設施：加拿大有近150公里的氫氣管道（80%在阿爾伯塔省）。當前沒有大型氨氣港口，但聯邦承諾在未來5年內開發5個氫氣中心。省級氫谷將為不列顛哥倫比亞省（西海岸）的零碳能源出口（包括氨）提供新的重點。加拿大在魁北克和溫哥華有2個小型甲醇碼頭。五個液氫工廠累計能力達到80噸/天。有一個30噸/天的液氫工廠計劃于2024年在阿爾伯塔省開始運行，氫氣將被用于公路運輸。
發展現狀：2020年，歐盟（包括G7成員國法國、德國和意大利）生產了770萬噸氫。其中約87%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業的副產品。應用方面，煉油占比51%，化工占比40%。電力來源方面，2021年，45%為化石燃料，19%為核能發電，36%為可再生能源，由發電產生的二氧化碳排放量較低（230.7克/千瓦時）。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風電裝機86.4吉瓦、海上風電裝機7.4吉瓦，太陽能光伏發電裝機62.2吉瓦，合計占電力結構的20%。
發展展望：對11種情景的調查發現，到2050年，氫氣（衍生物）的平均估計需求量為3,500萬噸/年（大多數情景位于700萬噸/年至4,500萬噸/年之間），使得氫氣（衍生物）在最終能源需求中的份額在11%和19%之間。歐盟委員會設想到2050年氫氣流量達到6,000萬噸/年到6,560萬噸/年。電解槽產能達到528吉瓦至581吉瓦，用于生產氫氣；另有80吉瓦至95吉瓦用于合成甲烷，40吉瓦至50吉瓦用于合成燃料。到2050年，氫氣占氣體供應的46%至49%，保持在與2015年類似的水平。大約15%乘用車、22%貨車和23%-26%重型貨車使用燃料電池。工業中氫氣應用相對較小，大約8%的能源需求是以氫氣的形式的出現的，另外8%是合成甲烷。
現有和計劃中的基礎設施：歐盟有近1,600公里的氫氣管道（95%在西北歐）。荷蘭計劃在2027年之前建立一個全國性的氫氣網絡，由85%的再利用天然氣管道組成，容量為10吉瓦，需要15億歐元（14.8億美元）的投資。荷蘭有2個擴大氫氣網絡的項目：1）HyWay27的目標是到2026年建成國內網絡，到2028-2030年建成與鄰國的國際網絡；2）三角洲走廊連接鹿特丹和北萊茵威斯特法倫（德國）。歐盟有24個合成氨碼頭和17個甲醇碼頭。鹿特丹港目標是到2030年年進口氫氣4,600萬噸。對于氨，到2025年將會有新的綠氨專用碼頭。對于液態有機氫載體，計劃在2023年進行試點，到2025年進行小規模進口。位于Maasvlaakte（荷蘭）的ACE終端預計將于2026年準備好進口可再生氨。歐盟唯一的液氫工廠（除G7成員外）位于荷蘭，是一家5噸/天的工廠，于1987年投入運行。
發展現狀：2020年，法國生產了大約90萬噸氫氣。其中約79%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業的副產品。應用方面，煉油占比49%，化工占比35%。電力來源方面，2021年，69%為核能發電，12%為水力發電，由發電產生的二氧化碳排放量是G7中最低的（36克/千瓦時）。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風電裝機18.7吉瓦、太陽能光伏裝機14.7吉瓦，合計占電力結構的10%。
發展展望：法國2050年氫氣需求有廣泛的潛在結果。在更依賴CCS的情況下，需求可能保持在與當前水平相似的水平，到2050年達到110萬噸/年，這使其成為對工業更有吸引力的選擇。CCS的使用也需要發展二氧化碳運輸基礎設施，這使得直接空氣捕集加上CCS更有吸引力。最大的用途是用于航空的合成燃料（40萬噸氫氣/年），其次是合成氨（20萬噸氫氣/年）和交通（20萬噸氫氣/年）。在另一個極端，氫氣可以達到近300萬噸/年，由P2G、鋼鐵和甲醇驅動。該方案主要依靠電解（占比89%，需要29吉瓦電解槽），并將利用法國在鹽穴中的儲存潛力，開發1.65億噸儲存容量。歐洲天然氣運營商也評估了2050年是潛在供應和需求。就法國而言，2050年，氫氣需求量約為600萬噸/年，需求的三分之一來自燃料和高價值化學品，其次是運輸，為120萬噸/年。
現有和計劃中的基礎設施：法國有近300公里氫氣管道，在法國西部有4個氨氣終端和3個甲醇終端。法國只有一個液氫工廠，日產量10噸，于1987年投入運行。法國正在開發Lacq氫氣項目，該項目將利用重新利用的管道從西班牙進口可再生氫（來自太陽能光伏）。法國還參與了MosaHYC項目，該項目涉及法國、盧森堡和德國之間的100公里管道，并使用70公里的再利用化石氣體管道。該項目最終投資決定預計在2022年晚些時候做出，2026年投入使用，到2030年氫產能將達到6萬噸。
發展現狀：2020年，德國生產了大約170萬噸氫氣。其中約79%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業的副產品。應用方面，煉油占比42%，化工占比40%。電力來源方面，2021年，41%為可再生能源發電，12%為核能發電，由發電產生的二氧化碳排放量為355克/千瓦時。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風電裝機56吉瓦，海上風電裝機7.7吉瓦，太陽能光伏裝機58.5吉瓦，合計占電力結構的29%。
發展展望：2021年5月，德國提高了其氣候雄心，確立到2045年實現凈零排放的目標。大多數為氫氣前景提供見解的研究，要么考慮到2050年的凈零排放目標，要么甚至考慮到之前的2050年80%至95%的溫室氣體減排。對12項研究中的37種情況進行分析后，發現到2050年的氫氣需求范圍為0-2,400萬噸/年，平均需求為720萬噸/年。當研究到2050年的氫氣（衍生品）份額時，合成燃料的份額高于氫氣本身。通過使用更雄心勃勃的氣候目標，該份額也明顯增加。到2050年溫室氣體減少80%到95%將導致氫氣（衍生物）的市場份額增加1.5-3倍，占最終能源需求的10%-30%。對于凈零排放情景，氫氣需求量為1,800萬噸/年至3,600萬噸/年，合成燃料的需求量為0至2,250萬噸/年。在供應方面，自2022年初以來，德國一直在尋求大幅減少對天然氣進口的依賴，這一立場使得德國唯一考慮的路線是可再生能源。
現有和計劃中的基礎設施：德國有近390公里的氫氣管道，在該國北部有2個氨氣終端，在凱爾、漢堡和奧伯豪森有三個甲醇終端。對于液氫，德國有2個液氫工廠，設計產能達到近10噸/天。有15個IPCEI項目專門用于基礎設施，將增加1,700公里的氫氣管道。H2ercules項目設想在2026年建設一個1,500公里的氫氣網絡。通過歐洲天然氣運營商建模，到2050年將需要一個13,300公里的氫氣網絡，使用11,000公里重新利用的化石天然氣管道。在通過航運進口的終端方面，德國RWE能源公司計劃在該國北部建造一個終端，到2026年進口30萬噸氨，Uniper計劃在2030年建造一個進口可再生氨（有可能是液氫）的終端，進口30萬噸氫。
發展現狀：2020年，意大利生產了大約50萬噸氫氣。其中約89%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業的副產品。應用方面，煉油占比75%，化工占比20%。電力來源方面，2021年，65%為化石燃料，35%為可再生能源，由發電產生的二氧化碳排放量為261克/千瓦時。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風電裝機11.3吉瓦，太陽能光伏裝機22.7吉瓦，合計占電力結構的16%。
發展展望：到2050年，意大利政府預計，氫氣可以滿足高達20%的最終能源需求，應用于運輸、工業、發電和一些住宅和商業部門的使用。長途重型卡車的燃料電池滲透率可達到80%。意大利三大天然氣運營商之一的SNAM研究估計，2050年氫需求量為950萬噸/年，由發電（300萬噸/年）驅動，其次是運輸部門（260萬噸/年）和建筑部門（210萬噸/年）。歐洲天然氣運營商也評估了2050年的潛在供應和需求。就意大利而言，到2050年，氫氣需求量約為740萬噸/年，需求的幾乎一半來自工業用途，其次是發電（280萬噸/年）和運輸（70萬噸/年）。
現有和計劃中的基礎設施：意大利只有一條8公里的氫氣管道。它在該國北部有2個氨氣終端和2個甲醇終端。意大利沒有任何氫氣液化廠。SNAM已經測試了高達10%（體積）的氫氣混合，并聲稱其70%的網絡（2021年總共3,2600公里）是與氫氣兼容的。
發展現狀：2020年，日本生產了大約200萬噸氫氣。其中約50%來自化石能源，45%為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業的副產品，5%來自煤炭。應用方面，煉油占比90%，氨氣生產占其余部分。電力來源方面，2021年，22%為可再生能源，6%為核電，由發電產生的二氧化碳排放量為461克/千瓦時。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風電裝機4.4吉瓦，太陽能光伏裝機74.2%吉瓦，合計占電力結構的6%。
發展展望：日本目標是到2050年氫氣的年需求量達到2,000萬噸，這與2030年的300萬噸/年的目標相比是一個相對快速的提升。進口氫氣的主要用途之一是發電，它需要的氫氣成本水平約為1.50美元/千克。發電的一個替代方法是煤摻氨燃燒。目前正在進行測試，以便在2024年之前實現20%混燒的大規模示范，并在2020年代后半期開始商業運營，到2028年完成50%或更高的混燒的技術示范。此外，單一燃料燃燒的測試將在2030年前完成。
現有和計劃中的基礎設施：日本目前沒有任何氫氣管道。日本有13個氨氣終端和2個甲醇終端。對于液氫，日本是世界第三大生產國（僅次于加拿大和美國），擁有近40噸/天的產能。日本是HySTRA項目的進口方，該項目使用澳大利亞的褐煤來生產液氫，并將其運往日本。該項目在2022年2月實現了試點規模（1,250立方米）的首次航行。HySTRA目標是到2030年擴大到完全商業規模（16萬立方米船舶）。日本還在2020年的AHEAD項目中示范了使用來自文萊達魯薩蘭國的液態有機氫載體（210噸/年），并在2020年從沙特阿拉伯進口了40噸藍氨。日本公司在2021年和2022年從阿拉伯聯合酋長國購買了藍氨。
發展現狀：2020年，英國生產了大約50萬噸氫氣。其中約89%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業的副產品。應用方面，煉油占比52%，化工占比40%。電力來源方面，2021年，27%為可再生能源，15%為核電，由發電產生的二氧化碳排放量為268克/千瓦時。可再生能源方面，截至2021年底，海上風電裝機12.7吉瓦，太陽能光伏裝機13.7吉瓦，合計占電力結構的25%。
發展展望：英國是一個先驅，在2019年制定了到2050年實現凈零排放的目標。該國認為氫氣對實現其凈零排放目標具有關鍵作用。到2050年，在凈零排放的情況下，氫氣需求估計為750萬噸/年至1,380萬噸/年，占最終能源需求的20%至35%。氫氣衍生品是工業和運輸（包括航運）的主要解決方案，其需求量可能達到300萬噸/年至740萬噸/年。電力需求相對較小（75萬噸/年至120萬噸/年），但在為電網提供靈活性和整合可變可再生能源方面至關重要。
最大的不確定性在建筑部門，氫氣需求從0到630萬噸/年。造成這種不確定性的原因是，政府仍在從研發項目和試驗中收集證據，以便為2026年關于100%氫氣在熱力脫碳中的作用的決策提供信息。
在供應方面，有三種途徑的組合：配套CCUS的天然氣重整，可以供應氫氣30萬噸/年到1,000萬噸/年；電解可以供應氫氣60萬噸/年到400萬噸/年；以及配套CCUS的生物質氣化，可以供應氫氣150萬噸/年到300萬噸/年。之所以范圍寬泛，是由于每種技術的成本和性能在一段時間內存在不確定性。
現有和計劃中的基礎設施：英國有近40公里的氫氣管道，4個氨氣終端和5個甲醇終端。它目前沒有任何氫氣液化能力。英國氫氣儲存目前主要包括現場地面儲存，在蒂賽德有一個運行中的地下鹽洞儲存設施，容量為0.025太瓦時。目前的基礎設施只能促進氫氣在工業過程中的使用，而不是在能源系統中使用。
英國戰略設想了一個最終的區域性（甚至是全國性）管道網絡，有多個入口和出口，并由一些大規模的地質存儲設施支持。英國政府正在審查2020年及以后對氫氣網絡的要求，包括經濟監管和資金，它正在審查不同基礎設施選項的可行性、成本和效益，以便在2026年就100%氫氣供熱的作用做出戰略決策。有幾個可行性研究和試點為這一決定提供信息，包括Project Union，一個在2030年代早期完成2,000公里（約占天然氣網絡的25%）氫氣骨干網的概念；H21，一系列由行業主導的項目，通過發展對所需技術變革和安全考慮的理解，將化石天然氣網絡轉換為氫氣；HyNet，專注于工業應用的藍色氫氣；未來電網計劃，在離線設施中演示氫氣運輸，并幫助制定安全標準；以及H100，從2023年開始在一個小型（300戶）網絡中演示氫氣用于住宅供暖。還有幾個處于試點/試驗階段的項目，旨在消除混合的風險（將在2023年做出決定），如HyDeploy。
到2050年，英國可能需要11太瓦時至56太瓦時的氫氣儲存，提供系統的靈活性并平衡供需的錯位。在公共領域有幾個計劃中的大型地下儲氫項目，這些項目正處于規劃階段。
發展現狀：2020年，美國消費了大約1,100萬噸氫氣。其中約80%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業的副產品。應用方面，煉油占比2/3，其次是合成氨。電力來源方面，2021年，61%為化石燃料，19%為核電，20%為可再生能源，由發電產生的二氧化碳排放量為377克/千瓦時。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風電裝機132.7兆瓦，太陽能光伏裝機93.7兆瓦，合計占電力結構的12%。
發展展望：美國承諾到2030年實現50%至52%溫室氣體減排（與2005年相比），到2050年達到凈零排放。到2050年，情景分析，估計國內氫氣需求可能增長到3,600萬噸/年到5,600萬噸/年。盡管各部門有不同的估計，但情景分析顯示，運輸將成為最主要的應用，占總需求的45%（1,900萬噸/年），工業（鋼鐵、合成氨、甲醇）其次，占需求的25%，輔之以能源儲存（21%）和摻氫天然氣用于供暖（9%）。達到這些需求水平的一個基本要求是在終端使用點實現低氫氣生產成本。氫氣生產需要達到1.00美元/千克至2.00美元/千克的平準化成本，以便在技術上最具挑戰性的應用中具有競爭力。氫氣供應取決于對天然氣價格和電解槽成本的假設。2050年，若天然氣成本較低（全美平均6.6美元/百萬英熱），而電解槽成本較高（400美元/千瓦），則氫氣供應將由帶有CCS的化石能源制氫做主導（85-100%）；若天然氣成本較高（全美平均11.3美元/百萬英熱），而電解槽成本較低（100美元/千瓦），則氫氣供應將由電解水制氫份額將會提升至40-90%。
現有和計劃中的基礎設施：美國擁有世界上最廣泛的氫氣管道基礎設施，近2,700公里。只有250公里位于德克薩斯州以外。美國有15個氨氣終端和14個甲醇終端（這兩種商品在墨西哥灣沿岸有10個）。美國擁有世界上最大的氫氣液化能力，接近310噸/天。此外，美國擁有世界上最大的用于儲存氫氣的鹽穴，位于墨西哥灣沿岸。有多個液氫工廠計劃，包括由普拉格能源負責的俄克拉荷馬州H2OK項目。項目計劃在2025年之前投入運行，日產液氫90噸/天，并計劃到2025年擴至500噸/天、到2028年擴至1,000噸/天。
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