一项基于巴西数千个市镇数据的研究，绘制出全国绿色氢气生产与使用潜力最高的区域分布图。绿色氢气被视为推动高排放工业部门脱碳的关键能源之一。研究结果表明，巴西具备发展绿色氢能产业链的优越条件，但也暴露出一个核心难题：最适合生产绿色氢气的地区与潜在主要消费地在地理上并不重合，这意味着未来必须在运输和分销基础设施上进行大规模投入。
该研究由 Celso da Silveira Cachola 和 Drielli Peyerl 撰写，发表在《国际氢能杂志》（International Journal of Hydrogen Energy）上。
研究工作由温室气体创新研究中心（RCGI）完成。RCGI 是圣保罗州研究基金会（FAPESP）支持的应用研究中心（ARC）之一，设在圣保罗大学（USP），并与壳牌巴西公司合作开展相关项目。
来自圣保罗大学能源与环境研究所（IEE-USP）以及荷兰阿姆斯特丹大学“从可持续发展目标视角看能源转型”（ENLENS）项目的 Peyerl 介绍说，这项研究旨在回应巴西能源转型规划中的一个核心问题：
“我们希望找出在工业脱碳背景下，巴西哪些地区在绿色氢气生产和消费方面具有最大潜力。”
氢气被视为减少所谓“难以减排”工业部门温室气体排放的关键选项之一。这些部门由于技术、能源或经济方面的限制，在脱碳进程中面临较大阻力，典型行业包括钢铁制造、炼油以及部分化工产业。在这些工业过程中，氢气既可以替代化石燃料作为能源，也可以作为化学反应的原料使用。
绿色氢气是通过水电解制得，电力来源为水电、太阳能或风能等可再生能源。采用这种路线，在制氢过程中几乎不产生温室气体排放。
Peyerl 指出，本次研究选择电解制氢作为技术基准，是因为该路线的成熟度较高：“我们用技术成熟度等级（Technology Readiness Level）来评估不同路线的发展阶段。电解技术已经处于较高成熟度，而其他制氢路径仍主要停留在实验或示范阶段。”
尽管如此，研究人员强调，氢气不应被视为解决所有能源与气候问题的通用方案。
“能源转型的关键在于多元化。在某些领域，氢气非常适合，尤其是那些难以脱碳的工业过程；但在另一些场景中，直接电气化可能效率更高、成本更低。”Peyerl 补充说。
为评估绿色氢气在巴西的发展潜力，研究团队收集了 5,569 个市镇的生产潜力数据，以及 2,569 个市镇的工业消费潜力数据。
分析中纳入了六项主要变量：
- 地理位置；
- 与能源基础设施（电网、天然气管道和港口）的距离；
- 工业二氧化碳排放水平；
- 水资源安全指数；
- 太阳辐射强度；
- 平均风速。
研究人员利用地理信息系统（GIS）和无监督机器学习方法对数据进行处理，采用的算法包括 k 均值聚类、层次聚类以及 DBSCAN。通过将统计分析与空间分析结合，团队得以识别巴西境内不同区域的潜在模式和集群。
Peyerl 解释说，这一方法基于多层地理信息的叠加分析：“我们采用分层思路，分别生成太阳能潜力、风能潜力、能源基础设施分布、工业排放等专题地图，然后将这些图层叠加，从而找出多种有利因素同时集中的区域。”
借助这一方法，研究能够直观呈现那些既拥有丰富可再生能源资源，又存在较高工业脱碳需求的地区。
结果显示，绿色氢气生产潜力较高的区域可划分为 7 个集群，而工业消费潜力较大的区域则形成 10 个集群。
在生产方面，巴西东北地区因太阳能和风能资源极为丰富，被识别为绿色氢气生产潜力最高的区域之一。相比之下，消费潜力集群主要集中在南部和东南部，这些地区是巴西工业活动最密集的区域，工业排放水平也相对较高。这种生产与消费在空间上的错位，被视为巴西构建氢能经济时面临的结构性挑战。
“目前讨论往往集中在生产端，但我们必须把整个价值链纳入考虑。最大的挑战是如何确保生产出来的氢气真正能够输送到需要使用的工业部门。”Peyerl 强调。
为缓解这种空间错配，研究人员讨论的一项重要策略是建设氢能枢纽，即在生产与消费相对接近的区域形成工业集群。
“在氢能枢纽模式下，氢气在靠近用能工业的地方生产，可以减少能量损失并显著降低运输成本。”Peyerl 解释道。
据研究团队介绍，这种以枢纽为核心的布局已在多个国家被视为加速工业氢气应用的可行路径。同时，氢能枢纽有助于统筹能源基础设施和物流规划，使投资集中在具有战略意义的重点区域。
研究还指出，要在巴西建立可行的氢气供应链，必须发展新的运输和储存系统。潜在方案包括专门适配氢气的管道网络、海运路线，以及将氢气转化为绿色氨等衍生物进行运输。
“在长距离运输场景下，通常更倾向于将氢气转化为绿色氨，因为现有的氨运输技术和港口基础设施已经比较成熟，可以直接加以利用。”Peyerl 说明。
另一个关键因素是能源成本。由于电解制氢需要大量可再生电力，制氢项目的选址应优先考虑太阳能或风能资源条件优越的地区，以降低生产成本并提高经济性。
研究结果进一步凸显了巴西在全球能源转型中的战略地位。巴西拥有全球最为多元且可再生比例较高的能源结构之一。
根据能源研究公司与巴西矿产与能源部联合发布的《国家能源平衡》（BEN），在巴西能源结构中，各类一次能源所占比例如下（基准年 2023 年）：
- 石油及其衍生品：34.3%；
- 甘蔗生物质（乙醇和甘蔗渣）：18.0%；
- 水电：12.4%；
- 天然气：12.2%；
- 木炭：8%–9%；
- 煤炭：5.3%；
- 核能：1.4%；
- 风能：1%–2%；
- 太阳能：1%；
- 其他可再生能源：7%。
值得注意的是，巴西能源结构中约有 45%–50% 来自可再生能源，而全球平均水平约为 15%。此外，巴西超过 80% 的电力由可再生能源提供，这一比例远高于大多数工业化国家。
根据《2050 年国家能源规划》，氢气的引入有望在进一步降低巴西能源系统，尤其是工业部门的碳排放方面发挥重要作用。
不过，正如 Peyerl 所强调的，国家能源战略需要充分利用巴西多样化的资源禀赋：“巴西在氢气、电气化、生物甲烷、生物质以及其他多种能源路径上都具备巨大潜力。真正的挑战在于为每个地区找到最合适的技术组合和解决方案。”
