光伏-制氢-氢化工——中国沙漠经济学和零碳工业的创新实践

2021年，在《光伏治沙+光伏制氢——沙漠太阳花的掘金术成为西部经济崛起新动力》一文中，笔者提出：“光伏+治沙”生态综合治理进入新阶段，按照“光伏治沙-光伏制氢-氢化工”发展节奏——中国“沙漠太阳花”将开遍世界，通过沙漠掘金产业链，将“死地”变为“活地”，打造零碳经济新范式、出现前所未有的沙漠新产业！

（来源：微信公众号“氢云链” ID：qingyunliankeji  作者：邱月盈 氢云链CEO）

2022年，沙漠光伏制氢这朵“太阳花”争先恐后盛开。根据氢应用区别，氢云链认为中外沙产业处于不同阶段。在国内，中国已经进入“光伏治沙-光伏制氢-氢化工”的第三阶段，目标是氢工业，如中石化库车绿氢项目；在国外，沙特、澳大利亚、非洲、中亚也出现了一批沙漠光伏制氢项目，多数属于光伏制氢第二阶段，目标氢贸易。如近日澳大利亚与日本的合作项目。

据悉，澳大利亚公司Aqua Aerem和日本大阪燃气（Osaka Gas）达成价值107.5亿美元的绿色氢气联合开发协议，双方将共同开发位于澳大利亚北领地滕南特克里克的Desert Bloom Hydrogen项目。该项目初期的产量约为每天2500公斤，然后逐步提升至每天35000公斤，进入第二阶段之后，每年生产多达41万吨绿色氢气，成本低于2美元/公斤。

概言之，“光伏治沙-光伏制氢-氢化工”的思路是农业治沙、工业脱贫；以太阳和CO2成为工业原料来源，工农产业融为一体的沙产业创新发展模式，基本契合钱学森基于对未来社会第六次产业革命的思考的构想。

上篇文章阐述了“沙产业”的基本特征，在本文中，笔者将重点论述“沙产业”背后的逻辑，为读者完整地呈现“沙漠之花”新产业的全貌。

一、“光伏-制氢-氢化工”的发展阶段和逻辑

本文将“光伏-制氢-氢化工（治沙+化工）”定义为“光伏制氢”与“光伏治沙”相结合的一种市场化、工业化和产业化治沙新模式。具体而言，将沙漠光伏生态电站获取的绿电进行电解水制氢，然后将制取的绿氢通过管道或专用车辆运输到化工使用地，发展氢化工等耗氢应用。笔者认为，其最大特点是将光伏发电、沙漠治理、绿氢制取、氢化工等零碳产业相结合发展，实现绿色零碳新经济模式，有望推动沙漠地区，如新疆乃至西北化工产业发生颠覆性变化。

针对如何开发和利用地球上的荒漠难题，钱学森在1985年在《在第六次产业革命和农业科学技术》一文中提出“沙产业”这一宏伟构想：“引入高新技术及高新技术产品新材料、信息技术等，充分利用沙漠戈壁地区丰富的太阳光能，出现前所未有的新产业。”

经过近30年的不懈努力，借助光伏产业崛起契机，中国逐渐探索出一个产业化治沙、发展沙产业新思路，形成具有中国特色的“农光互补治沙”模式：将光伏发电、沙漠治理、生态修复、生态旅游、经济发展融为一体；探索出“板上发电、板下种植、板间养殖、治沙改土、带动乡村振兴”多个绿色循环经济发展模式。如库布其沙漠光伏治沙模式、腾格里沙漠光伏治沙模式、青海共和沙地光伏治沙模式、乌兰布和沙漠光伏治沙模式等，并探索出“西菜东送”、“西药东送”等新市场模式，从而形成了中国沙漠生态经济学。

中国沙产业贡献是什么？中国“农光互补治沙”是产业化治沙模式，将过去需要依靠政府投入的沙漠治理”花钱任务”，成功变成一个政府、企业和社会紧密合作的、可持续发展的“赚钱生意”。库布其治沙带头人、亿利集团董事长王文彪说曾表示：“市场化、产业化治沙是库布其治沙的关键。没有市场化，就不可持续。没有产业，不可能把沙漠治理持续下去，库布其三十年的实践足以说明这个问题。”

中国完成了“光伏治沙-光伏制氢-氢化工”的第一阶段，目前进入第二、第三阶段同步探索阶段，处于全球里领先地位。从时间节点看，2019年开始，一批光伏企业，如阳光电源等提出推动光伏制氢产业发展，2021年中石化新疆库车绿氢项目代表沙漠氢化工模式探索。

中国沙产业发展驱动力是什么？能源安全、双碳目标共同驱动中国的光伏制氢、氢化工能够同步发展。

能源安全考虑。俄乌战争进一步引起了欧洲乃至全球范围内对于能源安全的讨论，加速了可再生能源建设与化石能源替代的进程。以德国代表的欧洲国家，正在积极讨论以氢气部分或完全替代天然气以摆脱对俄罗斯的化石能源依赖尴尬境况。同时，俄乌战争间接验证了中国十多年前就开始大力发展可再生能源，提出多能互补、实现能源独立的前瞻性战略眼光。

“双碳”目标推动。工信部《2021年碳达峰碳中和专向行业标准制修订项目计划的通知》对9个行业制定详细的碳核算、盘查、监测以及产品碳足迹等的标准。其中石化化工、钢铁和建材是计划中三星标注（最为紧迫）最多的行业，未来这三个领域的碳达峰碳中和领域势必将会有非常大的减碳需求。

“绿电+绿氢”被认为是未来电力、交通运输、化工、建筑、冶金等领域深度脱碳的最佳选择之一，国内西北地区已经有多个绿氢化工、绿氢冶金项目投建或投入运营，探索化工、钢铁领域的节能降碳路径。

在双碳"1+N"政策推动下，进入快速发展阶段。习总书记曾提到，“中国将持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源，在沙漠、戈壁、荒漠地区加快规划建设大型风电光伏基地项目。”今年2月，发改委、国家能源局联合印发的《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》提出，以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点，加快推进大型风电、光伏发电基地建设。

二、“光伏-制氢-氢化工”两个核心问题回答

问题一：“光伏-制氢-氢化工”与“农光互补治沙”有何区别？

整体看是发展农业和发展工业的区别。“农光互补治沙”产业生态以光伏电站、农业、旅游为核心，趋近钱学森提出沙漠戈壁的“知识密集型农业”特征；本文提出的“光伏-制氢-氢化工”产业生态以光伏电站、氢储能、氢电耦合、零碳化工等能源工业为主，趋近钱学森提出的“知识密集型工业”特征。

这意味着，围绕沙漠、戈壁、荒漠周边，一个净零排放的绿色氢化工产业或将横空出世！中国的沙漠经济学将从农业走向零碳工业，从西部边疆走向“一路一带”沿线国家，推动西北能源工业清洁化建设，助力西部大开发宏伟目标早日实现。这是一个“前所未有的新产业”，符合气候治理和零碳工业发展新趋势。

问题二：推广“光伏-制氢-氢化工”模式需要满足哪些约束条件？

“光伏-制氢-氢化工”是在“农光互补治沙”基础上，依托三个条件发展：1、光伏度电成本低；2、化石资源储量丰富；3、土地空间广袤。满足三个条件才能够规模化建设光伏电站、发展制氢和耗氢工业。目前看，这三个因素缺一不可。同时，“光伏-制氢-氢化工”涉及农业、沙漠生态治理和绿色工业，本质上是属于三产融合发展模式，也是对零碳经济的一种新探索。

笔者认为，“光伏-制氢-氢化工（治沙+化工）”示范将是在双碳目标下未来30年中国“沙产业”最为重要的创新实践：一方面，受益于技术发展，光伏发电、绿氢成本将大幅降低，2050年光伏发电将成为主要的发电方式之；另一方面，中国是世界上沙漠化最为严重的国家之一，新疆、甘肃、内蒙古等西部地区沙漠化程度是全国沙漠化的98.00%以上，地广人稀但化石能源储藏丰富，化工产业规模较大，具备推广“光伏-制氢-氢化工”示范项目、大力发展“沙产业”的三个条件。如果示范成功，将加快能源工业、化工产业向西部地区转移趋势。

中国是本轮全球气候治理进程主要推动者。双碳目标叠加能源安全，中国乃至全球的“沙产业”将进入光伏-治沙-应用的第三阶段：大型化工工业区将围绕沙漠、戈壁、荒漠地区拔地而起，荒地上铺满光伏或风力发电设备，制得的氢气就地供应附近的油气、煤炭资源发展石油化工、煤化工，或是吸收大型化工企业产生的二氧化碳 、制备甲醇，再进一步延长化工产业链！沙漠、戈壁、荒漠地区“光伏制氢-氢化工”也有望成为中国能源工业新模式、中国“沙产业”的新名片。