全球化石能源转型是减缓气候变化的途径，然而目前化石能源政策普遍以碳元素为核心指标，而忽略了氢元素。近日，宋国宝副教授联合北京大学等机构团队，首次提出氢碳摩尔比(HCR)指标。将人类能源转型过程划分为五个阶段，评估了1980-2016年全球156个经济体在化石燃料消费、生产、进口和出口中的清洁度与不平等性。研究显示，贸易活动虽整体推动能源清洁化，但加剧了高收入与低收入国家间的转型鸿沟。成果发表在Nature Communications.

图1 氢碳摩尔比(HCR)视角下人类能源转型脱碳发展的五个阶段

为实现这一分析，团队整合了美国能源信息署(EIA)的能源数据与UN Comtrade的贸易数据，构建了覆盖全球99%化石燃料活动的数据库。通过定义HCR为燃料中氢与碳的摩尔比(煤HCR≈0.5，石油≈2，天然气甲烷≈4)，创新性提出受益度(Beneficence)和外部性(Externality)指数，量化贸易对各国脱碳进程的影响。方法上采用分段点回归识别趋势阶段，并结合分位数回归解析经济增长的异质效应。

就煤、石油、天然气三种化石能源而言，中国、美国、印度、俄罗斯和日本前五大经济体分别消耗了2013年以来全球53%的氢与和63%的碳，而同期最落后的100个国家合计仅消耗全球1%的化石能源氢和1.3%碳。

图2 全球化石燃料转型的氢碳摩尔比(HCR)特征(1980-2016)

图3 前十大碳排放国的化石能源活动氢碳摩尔比(HCR)

图4 全球不同收入组经济的化石燃料活动清洁度

图5 化石燃料贸易的外部性和受益指数(1992-2016)

研究发现，全球化石燃料消费和生产的平均HCR均为1.50，但进口和出口HCR更高(分别为1.72和1.71)，表明国际贸易流动的燃料更清洁。然而，这种清洁度分布极不均衡：高收入国家(如加拿大、日本)的消费HCR持续上升，而低收入国家则停滞或下降。通过受益度与外部性分析，经济体被分为四类：例如，俄罗斯(E+B-类)通过出口清洁天然气助他国脱碳，但自身消费高碳燃料；而部分发达国家(E-B+类)进口清洁燃料自益，却出口高碳燃料至低收入国家，加剧了全球不平等。

图6 1980-2016年财富增长(人均GDP)对人均氢碳消费和HCR的边际效应

进一步分析显示，经济每增长1美元，对氢消费的拉动效应(13.9-18.5摩尔)是碳消费(6.7-9.2摩尔)的两倍以上，但效应分布不均。分位数回归结果表明，高收入经济体更易将财富增长转化为能源结构清洁化，而低收入经济体面临“高碳锁定”困境。

图7 化石燃料消耗中氢和碳强度达到峰值的经济增长转折点

当人均GDP接近约5000美元(2010年币值)的转折点时(分别为4790美元和5250美元),全球化石燃料消耗的平均氢和碳强度分别达到峰值，即人均GDP增加1美元需要消耗氢23摩尔，碳13摩尔。超过该经济收入阈值后，这两种氢碳强度开始下降，表明经济增长开始减少对化石能源系统的依赖。该阈值可作为人类经济系统化石能源脱钩的参考。

本研究强调，HCR指标突破了传统碳中心视角，为能源气候政策提供了兼顾氢-碳平衡的新工具。论文呼吁在全球治理中关注贸易不平等与低收入国家的燃料可及性，并将HCR框架扩展至氢能、碳捕集等新技术，以推动人类更公平的脱碳进程。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-025-66675-y