2024年7月，美国首个“氢能中心”（H2Hub）在加利福尼亚州正式启动，这一里程碑事件标志着美国氢能基础设施建设进入实质性阶段。作为全美七个氢能重点基础设施项目之一，该中心与其他六个项目共同分享拜登-哈里斯政府2023年10月拨付的70亿美元专项资金，旨在加速氢能在燃料与化工原料领域的规模化应用。氢气燃烧仅产生水的清洁属性，使其被视为交通、化工等领域替代化石燃料、缓解气候变化的核心选项，而氢能中心的布局，正是美国推动氢能经济落地的关键抓手。

氢能中心的布局与核心规划

此次启动的加州氢能中心隶属于“可再生清洁氢能系统联盟”（ARCHES），其获得的12亿美元政府资助已成功撬动114亿美元公共与私人配套融资，形成了“政府引导、市场跟进”的多元化资金格局。根据规划，ARCHES将建设至少十个氢气生产站点及60余个加氢站，重点服务氢燃料电池驱动的卡车与公共汽车，填补重型交通领域的氢能应用空白。更具示范意义的是，加州大学圣地亚哥分校斯克利普斯海洋研究所将启用全球首艘氢燃料电池混合动力研究船，实证氢气作为航运燃料的技术可行性，为氢能在远洋运输领域的推广积累数据。

这七个氢能中心各有定位、优势互补：Pacific Northwest H2Hub依托当地丰富水电资源，成为全美唯一一个专注于绿色氢气生产的中心；另有两个中心计划利用核电驱动电解槽，生产低排放的粉色氢气；而多数中心则将重点放在蓝色氢气领域，通过天然气制氢结合碳捕集、利用与封存（CCUS）技术降低碳排放。整体来看，七大中心预计每年可生产超过300万吨清洁氢气，虽距离美国能源部2050年5000万吨的年产目标尚有差距，但已构建起美国氢能产业的核心骨架。

氢能生产的技术路径与颜色编码体系

氢气的清洁属性并非绝对，其环境效益取决于生产路径，行业通常以颜色编码区分不同技术路线的碳排放水平。目前全球主流的氢气生产方式仍以化石燃料为基础：煤炭气化制氢产生棕色氢气，蒸汽甲烷重整制氢产生灰色氢气，这两种路径能源密集度高，合计贡献了全球3%的二氧化碳排放量，与氢能的清洁定位相悖。

美国氢能中心聚焦的清洁路径主要包括三类：绿色氢气通过可再生电力电解水制得，全程无碳排放，但受限于电解槽成本与电价，当前成本高达5-15美元/公斤；蓝色氢气以天然气为原料，搭配CCUS技术捕集生产过程中75%以上的温室气体（具体捕集率因技术水平存在5%-75%的差异），成本控制在2-5美元/公斤，兼具经济性与环保性；粉色氢气则借助核电的稳定供电特性，实现全天候连续制氢，弥补可再生能源的间歇性短板。BloombergNEF预测，到2030年蓝色氢气将占美国氢气总产量的近80%，成为氢能经济起步阶段的核心支撑。

机遇与挑战：氢能经济的破局之道

氢能中心的建设为美国氢能产业带来多重机遇，尤其在重工业脱碳领域潜力显著。钢铁行业作为全球碳排放大户，其7%-9%的化石燃料碳排放可通过氢基冶炼工艺替代焦炭实现减排，部分企业已开始试点绿色钢材生产；在化肥生产领域，清洁氢气替代传统原料可大幅降低氨合成过程的碳排放；更具创新性的是，氢气还可与工业捕集的二氧化碳反应，转化为甲醇等大宗化学品，实现碳资源的循环利用。

但氢能经济的规模化发展仍面临三重核心挑战：一是需求端激活不足，哥伦比亚大学能源政策研究员Anne-Sophie Corbeau指出，当前氢能产业存在“供应商等待客户、客户等待供应”的循环，缺乏稳定的需求场景支撑大规模投资；二是成本居高不下，灰色氢气成本仅1-3美元/公斤，而绿色氢气因电解槽设备昂贵、电力消耗量大，成本是灰色氢气的3-5倍，即便蓝色氢气也不具备绝对成本优势；三是基础设施配套不完善，跨区域氢气运输网络缺失，限制了氢能的大范围调配与应用。

氢能中心的模式恰好为破解上述难题提供了思路：通过将生产商与工业集群、交通枢纽就近整合，缩短运输距离、降低物流成本，同时多个市场主体聚集可分散供应中断风险，共享基础设施与技术经验，借助规模效应推动成本下行。落基山研究所气候项目负责人Nabil Bennouna将其形象地比喻为“氢能经济的缩影”，认为这种集群化模式能有效降低商业风险，加速产业成熟。

政策支撑与全球氢能竞争格局

经济因素是决定氢能中心成败的关键，美国通过多重政策工具为产业保驾护航。其中，45V税收抵免政策针对清洁氢气生产商提供阶梯式补贴，碳排放越低的生产工艺可获得越高的税收优惠；蓝色氢气生产商还可叠加申请45Q税收抵免，进一步覆盖CCUS技术的投资成本。2025年1月，美国财政部与国税局发布45V政策最终细则，明确了电力来源增量性、时间匹配性等核心要求，将小时级电力匹配要求推迟至2030年实施，为企业预留了技术升级与成本优化的窗口期，同时新增华盛顿州、加利福尼亚州等合规区域的电力使用豁免条款，提升政策灵活性。此外，美国还投入10亿美元启动“氢能需求倡议”，通过经济激励手段培育下游应用市场，破解需求不足的瓶颈。

美国的氢能布局并非孤立行动，全球已有58个国家出台氢能战略与路线图，形成多元化竞争格局。澳大利亚、印度、英国等国纷纷推进本土氢能中心建设，欧盟则着力打造“欧洲氢能骨干网”，构建跨区域氢气运输管道体系，强化区域协同。这一背景下，美国氢能中心的建设不仅是本土脱碳的需要，更是争夺全球氢能产业话语权的重要举措。

未来展望：成本下行与技术突破是关键

尽管挑战重重，但氢能产业的规模化拐点正在临近。随着电解槽制造技术升级与产能扩张，叠加可再生能源电价持续下降，绿色氢气成本有望快速回落——美国能源部目标是到2031年将绿色氢气直接成本降至1美元/公斤，部分风光资源富集地区甚至可能逼近灰色氢气成本水平。从全球范围看，2030年部分地区绿电价格有望降至0.15-0.25元/度，带动绿氢成本降至10-15元/公斤，规模化项目可进一步下探至10元/公斤，为氢能替代化石燃料创造经济条件。

需要警惕的是，绿色氢气的发展仍面临可再生能源资源竞争的制约，如何在电力系统脱碳与氢能生产之间实现资源优化配置，是政策制定者需要平衡的核心命题。同时，蓝色氢气的环境效益仍存争议，天然气开采与处理过程中的甲烷泄漏可能削弱其减排效果，亟需建立严格的生产标准与监测体系。

总体而言，美国氢能中心的兴起为全球氢能产业提供了“集群化发展、政策化驱动、市场化运作”的示范路径。尽管当前氢能经济仍处于起步阶段，但随着技术突破、成本下行与政策完善，氢能有望在重型交通、重工业脱碳等领域率先实现规模化应用，成为全球能源转型的重要支柱。正如Adithya Bhashyam所言，七大氢能中心或许无法彻底解决氢能产业的所有难题，但无疑是“令人鼓舞的开端”。

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引用本文：Mark Peplow. Hydrogen Hubs Arise in the United States. Engineering, 2024, 42(11):3-6 DOI:10.1016/j.eng.2024.09.008