在全球积极寻求可持续能源解决方案的大背景下，氢能凭借其清洁、高效等诸多优势，逐渐成为能源领域的焦点。

然而，并非所有的氢气在生产和特性上都相同，根据生产来源和制备过程中的碳排放情况，氢能主要分为灰氢、蓝氢和绿氢三种类型。它们在制取方式、碳排放水平、成本效益以及应用前景等方面存在显著差异。

灰  氢

一、生产过程

灰氢是通过化石燃料（例如石油、天然气、煤炭等）燃烧产生的氢气。

目前，全球约 95% 的氢气属于灰氢。其中，最为常见的生产方法是蒸汽甲烷重整（SMR）。

在这一过程中，天然气（主要成分是甲烷）与高温水蒸气在催化剂的作用下发生反应：CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂ 。 

生成的一氧化碳还可进一步与水蒸气反应：CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ ，从而产生更多的氢气。 

此外，部分灰氢也可通过煤炭气化制取，即将煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，生成包含氢气、一氧化碳、二氧化碳等的混合气体，再经过后续的分离和净化得到氢气。

二、成本效益

灰氢的生产成本相对较低。

一方面，化石燃料（如天然气）资源丰富且价格相对稳定，为灰氢生产提供了较为廉价的原料基础。

另一方面，蒸汽甲烷重整等灰氢生产技术经过长期发展已相当成熟，设备投资和运营成本相对可控。

据估算，采用蒸汽甲烷重整制灰氢，其成本大约在 1.5 - 2.5 美元 / 千克，在当前的制氢技术中具有明显的价格优势。这使得灰氢在过去较长时间内成为工业领域氢气的主要供应来源。

三、环境影响

灰氢生产过程中会产生大量的二氧化碳排放。

以蒸汽甲烷重整制氢为例，每生产 1 吨氢气，大约会排放 9 - 12 吨二氧化碳。煤炭气化制氢的碳排放则更为严重。

这些大量的碳排放对全球气候变化构成了严峻挑战，不符合当前全球节能减排、应对气候变化的大趋势。

尽管灰氢在成本上具有优势，但从环境可持续性角度来看，其局限性日益凸显。

四、应用现状

灰氢在工业领域有着广泛的应用。

在炼油行业，氢气被用于加氢裂化、加氢精制等工艺，提高油品质量，降低硫、氮等杂质含量。

在化工行业，氢气是合成氨、甲醇等重要化工产品的关键原料。全球合成氨生产中，约 90% 使用氢气，而氢气在甲醇生产中也不可或缺。 

此外，在钢铁行业，氢气可用于直接还原铁工艺，部分替代传统的焦炭炼铁，虽然目前应用规模相对较小，但随着技术发展，其应用前景逐渐受到关注。

蓝  氢

一、生产过程

蓝氢同样以化石燃料（主要是天然气）为原料，通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整来制取氢气。

与灰氢不同的是，蓝氢在生产过程中引入了碳捕集、利用与封存（CCUS）技术。 

具体而言，在蒸汽甲烷重整反应产生氢气和二氧化碳后，利用特定的技术和设备将二氧化碳进行捕获。

常见的捕获方法包括化学吸收法、物理吸附法等。

捕获后的二氧化碳经过压缩、运输等环节，最终被封存在地下深部地质构造中，如枯竭的油气藏、深层盐沼含水层等，或者被加以综合利用，例如用于提高石油采收率、生产化工产品等。

二、成本效益

蓝氢的生产成本高于灰氢。

这主要是由于 CCUS 技术的应用增加了设备投资和运营成本。 

建设碳捕获装置需要大量的资金投入，同时，捕获、压缩、运输和封存二氧化碳的过程也需要消耗额外的能源，进一步推高了成本。

据相关研究，蓝氢的成本通常比灰氢高出 0.5 - 1 美元 / 千克。 

随着技术的进步和规模化应用，CCUS 技术成本有望逐渐降低，从而缩小蓝氢与灰氢的成本差距。

三、环境影响

蓝氢的显著优势在于其能够大幅减少二氧化碳排放。

通过 CCUS 技术，蓝氢生产过程中的二氧化碳排放量可降低 50% - 90% 。

这使得蓝氢成为一种相对低碳的制氢方式，在一定程度上缓解了传统化石能源制氢对环境的压力，为能源转型提供了一种过渡性的解决方案。

虽然蓝氢并非完全零排放，但在当前可再生能源发展尚不足以满足大规模用氢需求的情况下，其对于推动能源领域的低碳化进程具有重要意义。

四、应用现状

在工业生产中，蓝氢正逐渐崭露头角。

在化肥生产领域，蓝氢可作为合成氨的原料，助力化肥行业降低碳排放。

部分大型石化企业也开始探索使用蓝氢，用于生产乙烯、丙烯等基础化工原料，减少石化生产过程中的碳足迹。

此外，一些钢铁企业也在尝试将蓝氢应用于钢铁冶炼过程，以降低对传统高碳能源的依赖。

在一些国家和地区，已经建设了多个蓝氢示范项目。该项目将蓝氢与 CCS 技术相结合，为当地工业提供可靠的替代能源，帮助那些难以电气化的产业降低能源转型成本。

绿  氢

一、生产过程

绿氢是通过使用可再生能源（如太阳能、风能、水能、地热能等）制造的氢气。

目前，最主要的生产方式是可再生能源发电电解水制氢。

其原理是利用可再生能源发电产生的电能，通过电解槽将水分解为氢气和氧气，反应方程式为：2H₂O ⇌2H₂↑ + O₂↑ 。 

在这一过程中，只要所使用的电能完全来自可再生能源，就可以实现制氢过程的零碳排放。

此外，还有一些处于研发阶段的绿氢生产技术，如太阳能光解水制氢，利用太阳能直接将水分解为氢气和氧气，但目前该技术的效率和稳定性仍有待进一步提高。

二、成本效益

目前，绿氢的生产成本相对较高。

主要原因在于可再生能源发电成本（尽管近年来呈下降趋势）以及电解水制氢设备的投资和运行成本。

电解水制氢过程中，电能消耗较大，且当前电解槽的效率还有提升空间。

据估算，绿氢的生产成本大约在 3 - 6 美元 / 千克 。 

随着可再生能源技术的快速发展，太阳能、风能发电成本持续降低，同时电解水制氢技术不断进步，设备效率提高、成本下降，绿氢的成本有望在未来大幅降低。

有研究预测，到 2030 年，绿氢成本可能降至 2 - 3 美元 / 千克，与灰氢和蓝氢的成本竞争力将显著增强。

三、环境影响

绿氢最大的优势在于其几乎零碳排放的特性。

在整个生产过程中，除了极少量的设备制造和维护等环节产生的间接排放外，从能源获取到氢气生产，几乎不向大气中排放二氧化碳等温室气体。

这使得绿氢成为实现能源清洁化、低碳化转型的理想选择，对于应对全球气候变化、实现碳中和目标具有不可替代的重要作用。

四、应用现状

在交通运输领域，绿氢可作为燃料电池车辆的燃料。

燃料电池汽车以氢气为燃料，通过电化学反应将化学能转化为电能驱动车辆，其排放物只有水，真正实现了零排放。

目前，一些国家和地区已经开始推广氢燃料电池公交车、物流车等。

在工业领域，绿氢可用于替代传统化石能源作为高温炉、燃气锅炉等的燃料，降低工业生产过程中的碳排放。

同时，绿氢还可作为化工原料，参与合成氨、甲醇等产品的生产，推动化工行业向绿色低碳方向发展。

在能源储存方面，绿氢也具有巨大潜力。可再生能源具有间歇性和波动性的特点，通过将多余的可再生能源转化为氢气储存起来，在能源需求高峰或可再生能源发电不足时，再将氢气转化为电能或热能释放出来，可有效平衡能源供需，提高能源系统的稳定性和可靠性。

三种氢气对比总结

一、碳排放对比

灰氢在生产过程中不进行任何二氧化碳捕集与处理，碳排放强度极高，对环境影响最为不利。

蓝氢借助 CCUS 技术，能够大幅削减二氧化碳排放，虽然并非完全零排放，但在一定程度上缓解了环境压力，是一种相对低碳的选择。 

绿氢在理想情况下，生产过程中几乎不产生碳排放，是真正意义上的清洁、零碳氢气，对环境最为友好。

二、成本对比

从当前来看，灰氢凭借成熟的技术和廉价的化石燃料原料，成本最低。

蓝氢由于应用了 CCUS 技术，增加了设备投资和运行成本，成本高于灰氢。 

绿氢受限于可再生能源发电成本和电解水制氢技术的现状，成本最高。

但随着技术进步和规模化发展，绿氢成本下降空间最大，未来有望在成本上与其他两种氢气竞争。

三、技术成熟度对比

灰氢生产技术（如蒸汽甲烷重整）经过长期发展，已经非常成熟，广泛应用于工业生产中。

蓝氢生产技术在传统化石能源制氢技术基础上，结合 CCUS 技术，虽然 CCUS 技术尚未完全成熟，但其在部分示范项目中已取得一定成效，整体技术处于发展和完善阶段。

绿氢的核心生产技术 —— 可再生能源发电电解水制氢，近年来发展迅速，但在电解槽效率提升、降低成本等方面仍面临一些挑战，技术成熟度相对较低，但发展潜力巨大。

四、应用场景适用性对比

灰氢由于成本低，目前在传统工业领域（如炼油、化工、钢铁等）应用广泛，但随着环保要求的日益严格，其应用可能会受到限制。

蓝氢在现阶段对于那些难以快速实现完全脱碳的工业领域，如化肥、石化等，是一种较为可行的过渡方案，有助于这些行业在一定程度上降低碳排放。

绿氢则更适用于对碳排放要求极高的领域，如交通运输中的燃料电池汽车、追求零碳生产的高端制造业，以及对能源稳定性和清洁性要求严格的分布式能源系统等，是未来能源发展的重要方向。

总  结

灰氢、蓝氢和绿氢在生产过程、成本、环境影响、技术成熟度以及应用场景等方面存在显著差异。

灰氢虽成本低但碳排放高；蓝氢借助 CCUS 技术降低了碳排放，可作为过渡性方案；绿氢清洁零碳，是未来能源转型的理想选择，但目前成本较高。 

随着全球对气候变化问题的关注度不断提高，以及能源转型进程的加速推进，氢能在能源体系中的地位将愈发重要。

未来，应加大对绿氢生产技术的研发投入，提高电解水制氢效率，降低成本，推动绿氢的大规模应用。

同时，合理利用蓝氢的过渡作用，在现有工业基础上逐步降低碳排放。

而对于灰氢，应在严格控制碳排放的前提下，逐步减少其在能源结构中的占比。

来源：氢能新世界