从工业革命开始，人类活动便前所未有地撼动了地球的自然平衡。碳循环体系首当其冲，碳源和碳汇的平衡不再，引发了世界对全球变暖、海平面上升等后果的思考。当前全球人类活动估计造成了全球升温高于工业化前水平约1.0℃，根据巴黎协定要求，上升幅度须控制在2℃以内，并努力限制在1.5℃以内。全球变暖超过2℃，大概率将对人类和生态系统造成严重、普遍和不可逆转影响。若能将升温控制在1.5℃以内，将更有助于降低极端气候灾害出现的风险，对于处于热带的发展中国家、岛屿国家及其他脆弱国家和地区来说尤其重要。纵观能源的发展历史，从最初使用固态的木柴、煤炭，到液态的石油，直至气态的天然气，不难看出其H/C比提高的趋势和固-液-气形式的渐变过程。每一次能源的“脱碳”都会推动人类社会的进步和文明程度的提高，可以预见未来随着碳中和的进行，氢在能源中的占比将会继续提高。碳中和的世界将高度依靠电力供能，电力将成为整个能源系统的支柱，尤其是风能和太阳能为代表的可再生能源电力。然而，在某些行业（如交通运输行业、工业和需要高位热能的应用），要想实现深度脱碳化，仅靠电气化可能难以做到，这一挑战可通过产自可再生能源的氢气加以解决，这将使大量可再生能源从电力部门引向终端使用部门。氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的能源，与电能同属二次能源，更容易耦合电能、热能、燃料等多种能源并与电能一起建立互联互通的现代能源网络，可以促进电力与建筑、交通运输和工业之间的互连。以往氢气主要产自化石原料，在低碳能源占据主要地位的未来，氢气可通过可再生能源来制取，从技术上能将大量可再生能源电力转移到很难实现脱碳化的领域——
- 工业领域：目前在若干工业产业（合成氨、甲醇、钢铁冶炼等）中广泛使用的通过化石燃料生产的氢气，从技术层面上而言可通过可再生能源制氢来替代。此外，氢能凭借灵活性强的特点，可以成为间歇性工业领域的中高级热能低碳解决方案。
- 交通运输领域：氢燃料电池汽车作为纯电动汽车的电动化补充解决方案，以绿氢作为燃料，为人们提供与传统燃油车驾驶性能相媲美的低碳出行选择（可行驶里程、燃料加注时间、低温性能）。而在目前纯电动应用受限的领域中（例如卡车、火车、游轮、航空等），氢燃料电池方案可以完美胜任。
- 建筑领域：通过天然气管网掺氢可实现氢能在建筑领域的深度脱碳，当前我国天然气管道输送技术成熟，中低比例的天然气掺氢已具备实践基础。
目前，氢的制取主要有三种较为成熟的技术路线：一是以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢，三是电解水制氢。从供应结构来看，化石能源制氢是我国获取廉价及稳定供应氢气的最主要来源，其次为工业副产氢，而电解水制氢占比极小。- 传统制氢工业中以煤炭、天然气等化石能源为原料，制氢过程产生CO2排放，制得氢气中普遍含有硫、磷等有害杂质，对提纯及碳捕获有着较高的要求；
- 焦炉煤气、氯碱尾气等工业副产提纯制氢，能够避免尾气中的氢气浪费，实现氢气的高效利用，但从长远看无法作为大规模集中化的氢能供应来看；
- 电解水制氢纯度等级高，杂质气体少，考虑减排效益，与可再生能源结合电解水制“绿氢”被认为是实现氢脱碳的最佳途径。
低成本可再生氢的实现路径对于氢气未来能不能实现平价应用至关重要。目前，通过可再生能源发电制取“绿氢”主要面临成本高的问题。- 一方面，当前阶段以风电光伏为代表的可再生能源发电成本还比较高；
- 另一方面，电解槽的能耗和初始投资成本较高，规模还较小。因此，未来提高“绿氢”经济性的有效途径将主要依靠可再生能源发电成本的下降，电解槽能耗和投资成本的下降以及碳税等政策的引导。
通过对可再生电解水绿氢全生命周期成本的拆解及预测，到2030年，随着可再生能源平准化度电成本以及电解槽系统成本的快速下降，绿氢成本将从2020年的30.8元/kg快速降至16.9元/kg。而2020年国内部分光伏利用小时数为1800h的地区，光伏度电成本已降低至0.2元/KWh，我们认为国内这些可再生资源优势区域，其度电成本到2030年将领先于行业平均水平达到0.1-0.15元/KWh，相应的绿氢成本将率先实现与灰氢平价。在碳中和目标下，绿氢将在工业、交通、建筑等碳排领域扮演重要深度脱碳角色。通过绿氢在各脱碳应用领域的成本竞争力分析，近5年绿氢将率先在供热和重卡行业得以应用，天然气管网中通过天然气掺氢用于建筑供热，这将是绿氢推广的首次商业应用。此外，由于政府和民众在氢气基础设施建设方面的支持，绿氢最早可能于2025年在为重型车辆（如区域列车和重卡）提供动力方面具备竞争力。到2030年，部分可再生能源资源禀赋优势区域，绿氢成本可下探至与灰氢平价的水平，即达到10-12元/kg，这意味着氢燃料可以取代柴油，也就标志着氢能在重型运输领域极具价格竞争力的转折。到2035年后，绿氢或将作为极具竞争力的能源在主流工业领域和交通领域大规模推广应用。
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