氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础錃庠鴳{借清潔高效、熱值高、可持續(xù)、應用廣泛等突出優(yōu)勢,被全球譽為 “21 世紀的終極能源”。氫能的來源十分廣泛,制氫的主要技術路線分為五種:石油、煤炭、天然氣等化石能源重整制氫;電解水制氫;利用冶金、焦化、氯堿等過程中的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫;太陽能光解水制氫以及生物制氫。
值得一提的是,傳統(tǒng)的化石能源制氫技術依然在全球范圍內(nèi)占據(jù)絕對主流位置,比如在中國,曾經(jīng)高達60%的氫能都是通過煤制氫技術獲取。所謂生物制氫,即利用生物自身的代謝作用將水、有機廢物或生物質(zhì)等轉(zhuǎn)化為氫氣,該概念由 Lewis 于 1966 年正式提出,但早在 20 世紀 30 年代,就有科學家觀察到不同細菌在光照和黑暗條件下分別放氫的現(xiàn)象;20 世紀 70 年代爆發(fā)的能源危機則引發(fā)了生物制氫領域的研究熱潮,并逐漸形成了四種制氫技術路線:光水解、光發(fā)酵、暗發(fā)酵和光 - 暗聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)氫,這些制氫過程涉及的微生物類群包括綠藻和藍細菌等光解微生物、光發(fā)酵細菌和暗發(fā)酵細菌等。
全球已發(fā)布氫能戰(zhàn)略的國家和地區(qū)有:中國、日本、美國、歐盟、韓國、印度、加拿大、澳大利亞、智利、挪威、德國、法國、西班牙、荷蘭和葡萄牙。而巴西,土耳其,新西蘭和烏克蘭、阿曼也正在制定各自的國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略。
一、中國(全球最大的產(chǎn)氫國及最大的燃料電池商用車市場,全球加氫站擁有量全球第一)
中國曾經(jīng)于 2015 年成功超越美國成為全世界申請生物制氫專利的第一大國。據(jù)國際能源署數(shù)據(jù)顯示,中國氫能年產(chǎn)能曾達到3300萬噸,是全球最大的氫能生產(chǎn)國,是全球氫能需求的三分之一。
中國不但是全球最大的產(chǎn)氫國,中國還是全球最大的燃料電池商用車市場,加氫站擁有量全球第一。截至2021年底,中國已經(jīng)有氫能相關企業(yè)超過2000家,涉氫上市公司150多家;2021年氫能相關企業(yè)注冊量超過640家。
德國柏林著名智庫Merics的專家尼斯·格林伯格成認為,全球巨頭西門子和蒂森克虜伯等技術最突出的歐洲制造商,即將面臨中國同行的激烈競爭。
德國《商報》曾經(jīng)以“中國開始追趕綠色氫能——并可能迫使歐洲退出市場”為題刊文稱,中國在氫能發(fā)展上展示了雄心,不僅在氫能生產(chǎn)量上已位列世界第一,在氫技術上已快速崛起。
中國設定了二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,并到 2060 年實現(xiàn)氣候中和的目標。為了實現(xiàn)這一目標,中國也越來越依賴氫氣。值得一提的是,中國之前發(fā)布了第一個國家氫能戰(zhàn)略,其核心是降低綠色氫能的成本和建立國內(nèi)供應鏈。
值得一提的是,氫能產(chǎn)業(yè)作為一項重要的戰(zhàn)略資源,直接關系到國家戰(zhàn)略安全。中國是世界上二氧化碳排放量最大的國家,與其他國家一起,正在進行一次史無前例的能源革命。
據(jù)統(tǒng)計,全世界總共只有685個加氫站,中國已經(jīng)建成了超過250多個,占據(jù)了全球40%的比重,位居世界首位。中國在氫能領域已經(jīng)走在世界前列,日本將被遠遠甩在身后。
值得一提的是,到2040年,中國或?qū)⒄际澜鐨湫枨蟮囊话耄袊⑷毡尽⑿录悠潞晚n國的氫需求甚至達全球的70%。意味著亞太地區(qū)將成為全球氫需求的主要市場。
《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書》的預計,到2030年,國內(nèi)將建成加氫站1000座。真實的速度或遠快于此,僅中石化一家在“十四五”( 2021-2025年)期間就將建成1000座加氫站,其宣稱要“讓加氫像加油一樣方便”。
中國企業(yè)在一些重要技術上未來五年左右的時間勢必趕上且領先的歐美制造商。據(jù)智庫 Merics 的研究,中國尤其在閥門和大型系統(tǒng)的效率方面需要趕上。且與歐美在綠色氫能技術方面的領先地位將會縮小。
中國氫能聯(lián)盟(CHA)預測,到 2060 年,中國的氫需求將增加到 1.303 億噸。然后可以用可再生能源生產(chǎn)其中的1億噸。為實現(xiàn)這一目標,到2030 年,中國的綠色氫能生產(chǎn)成本(包括投資成本)將降至每公斤 2.40 美元。
標準普爾分析師 Ankit Sachan之前 指出,Peric、Cockerill Jingli 和山東賽克賽斯等領先的中國制造商共同占據(jù)了中國電解槽市場 60% 的份額,它們已經(jīng)在生產(chǎn)“比歐洲同行更便宜的電解槽”。
全球和中國國內(nèi)氫能需求市場十分旺盛。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預測數(shù)據(jù),到2050 年,中國氫能需求量將達到近 6000 萬噸,屆時,可再生能源制氫在所有制氫方式中的占比預測能達到 70%,則可再生能源制氫的總規(guī)模可達 4200 萬噸;則該行業(yè) 2050 的市場規(guī)模或超 3000 萬美元。
據(jù)統(tǒng)計,全球共有 25 個國家進行了生物制氫方面的研究。按領域的論文發(fā)表數(shù)量進行排序,中國與美國兩國處于絕對領先位置,發(fā)文數(shù)量分別為 25700 篇、24450 篇,占全球總發(fā)文數(shù)量的 22.36% 和 21.28%。日本位居第三,發(fā)文量占全球發(fā)文量的 9.05% 。
值得一提的是,在與日本相比的氫能相關的5類技術中,中國已經(jīng)有4個超越了日本,其中包括制氫、儲氫、安全控制以及運輸。安全一直是氫能使用過程中最難解決的一項難題,不解決這一問題氫能就不可能廣泛使用,而中國在這一方面已經(jīng)超過了日本。
據(jù)統(tǒng)計,全球涉足生物制氫研發(fā)的機構(gòu)大約有 5000 余家,美、德兩國分別有兩大機構(gòu)上榜;值得一提的是,中國論文被引用的頻次、篇數(shù)均遙遙領先,發(fā)文數(shù)量最高的機構(gòu)是中國科學院,意味著中國在生物制氫研究領域具有很高的水平,且科研能力不斷提升,獲得了全球?qū)W界的廣泛認可。
值得一提的是,中國申請生物制氫技術專利的起始時間較晚,1992 年才開始陸續(xù)出現(xiàn)且前期發(fā)展緩慢,但中國在該領域的發(fā)展步伐非常快,尤其于 2015 年成功超越美國成為全世界申請生物制氫專利的第一大國。但相比歐美等發(fā)達國家,中國境內(nèi)達到產(chǎn)業(yè)化規(guī)模并實現(xiàn)盈利的生物制氫系統(tǒng)尚未出現(xiàn),大多生物制氫系統(tǒng)仍集中在實驗室的小試研究階段,國內(nèi)只有個別實驗室進入到中試放大階段。
全球各國家在政策領域,為搶占未來能源競爭的制高點,世界各國競相在氫能領域加大支持力度,中國國家和地方政府密集出臺了多方面的扶持政策,比如國家氫能標準委會發(fā)布的《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書》以及四川政府發(fā)布的《成都市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2019-2023 年)》。借助政策東風,氫能儲運等基礎設施將進一步完善,中國的生物制氫產(chǎn)業(yè)或?qū)⒂瓉硎飞习l(fā)展最為蓬勃的三十年;值得一提的是,中國國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》,正式明確氫能是未來國家能源體系的重要組成部分。
中國石化在所有的新能源業(yè)務當中,氫能正在成為中國石化的重中之重。中國石化表示,將打造規(guī)模最大、科技領先的中國第一氫能公司,重點聚焦交通和煉化兩大領域,遠期目標是成為世界領先的氫能公司。中國石化是國內(nèi)第一大煉化企業(yè),憑借煤制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫的產(chǎn)能,中國石化目前也是全國最大的氫氣生產(chǎn)方。中國石化2021年在新疆庫車的綠氫示范項目正式啟動建設,該項目是當時全球在建的最大光伏綠色生產(chǎn)項目,投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達2萬噸。
二、美國(全球最早將氫能及燃料電池作為能源戰(zhàn)略的國家)
美國是全球最早將氫能及燃料電池作為能源戰(zhàn)略的國家。早在1970年,美國便提出了“氫經(jīng)濟“。美國是全球氫能應用較為成熟、且擁有世界上最多氫燃料電池叉車的國家,美國曾經(jīng)是氫能產(chǎn)業(yè)最大的推動者。美國是全球較早提出氫能研究和應用的國家,美國政府自1990年至今頒布了多項推動氫能發(fā)展的政策和行動計劃。
美國已經(jīng)形成了“制氫—運氫—儲氫—用氫”的全技術鏈能力。2021年2月,美國發(fā)布了最新版《氫能計劃發(fā)展規(guī)劃》,提出未來10年及更長時期氫能研究、開發(fā)和示范的總體戰(zhàn)略框架,并設定了到2030年美國氫能發(fā)展的技術和經(jīng)濟指標,其主要內(nèi)容包括以下3方面。
1)設定氫能全鏈條中重點發(fā)展技術的技術和經(jīng)濟指標,通過技術創(chuàng)新,提高技術穩(wěn)定性和效率,降低成本,加快氫能技術或產(chǎn)品的商業(yè)化應用。2)通過研究可再生能源、化石能源和核能制氫技術,開發(fā)多種氫源;通過開發(fā)氫能分配先進技術、儲氫介質(zhì)及儲氫設施,滿足各種規(guī)模的氫儲運的需求;通過進一步開發(fā)高性能燃料電池和合成燃料產(chǎn)品等,拓展氫能應用領域。3)開展氫能標準的研究和制定。
2021年7月,美國參議院通過了5500億美元的《基礎設施投資和就業(yè)法案》,提出聯(lián)邦將撥出95億元獎金用于支持氫能領域,其中80億將用于建設至少四個區(qū)域性清潔氫能樞紐。清潔氫能樞紐將被用作氫燃料生產(chǎn)地點,用于供暖、交通和制造業(yè)等領域。
歷史上,美國對氫能的關注要追溯到20世紀70年代的石油危機時期,由于能源自給項目的失利,美國開始布局氫能技術研發(fā),資助氫能相關的研究項目,并于1974年在邁阿密召開了第一次氫能國際會議。同年底,國際氫能協(xié)會(IAHE)在邁阿密成立,這一組織也是迄今為止全球歷史最為悠久的國際氫能組織。
美國一直都非常支持氫能的發(fā)展,同樣基于美國本身所擁有的明顯優(yōu)勢:
其一:美國氫源充足,不僅有大量的化工副產(chǎn)氫,而且頁巖氣資源豐富,規(guī)模化制氫優(yōu)勢明顯,因為化石燃料制氫中SMR制氫的碳排放最少,相比煤制氫的碳捕捉與封存成本低得多。
其二,美國作為航天強國和工業(yè)強國,具有完善的液氫產(chǎn)業(yè)鏈基礎,美國曾經(jīng)是全球第一大液氫生產(chǎn)和使用大國,從儲運到應用都比其他國家更具成本優(yōu)勢。而液氫技術是目前看來唯一有可能達到美國DOE車載儲氫系統(tǒng)最終目標的技術。從氫氣的生產(chǎn)、儲運、下游應用以及基礎設施方面,美國均布局完善。
其三:美國在氫氣生產(chǎn)和儲運領域。美國擁有Air Products、Praxair等世界先進的氣體公司,并且有技術領先的小規(guī)模電解水制氫公司,同時還掌握著液氫儲氣罐、儲氫箱等核心技術。液氫方面,美國在液氫生產(chǎn)規(guī)模、液氫產(chǎn)量、價格方面都具有絕對優(yōu)勢。
其四:美國在燃料電池制造領域。美國有以叉車燃料電池為主的PlugPower、固定式燃料電池為主的FuelCellEnergy、BloomEnergy等大型燃料電池生產(chǎn)企業(yè)。
值得一提的是,美國燃料電池乘用車和叉車保有量領先全球。其中豐田Mirai在美國銷售了超過3000輛FCEV。美國擁有世界最大的燃料電池叉車企業(yè)Plug Power,已有超過2萬輛燃料電池叉車,進行了超過上百萬次加氫操作。
美國在加氫站建設領域。北美分布的68座加氫站僅一座位于加拿大,其余全部分布在美國,加州地區(qū)集中度最高,是全球加氫站數(shù)量密度最高的地區(qū),迄今已超過40座加氫站在開放運營。
美國的Long Ridge將成為美國第一座專門建造的氫氣發(fā)電站,也是全球第一座將氫摻入GE H級燃氣輪機的發(fā)電廠。該工廠使用GE 7HA.02燃氣輪機,該燃氣輪機最初可燃燒15-20%比例的氫氣,并擁有轉(zhuǎn)化為使用100%氫氣的能力。
美國開發(fā)了自己的燃料電池技術,全國大約有2575條氫管道,主要用于墨西哥灣地區(qū)的大型工業(yè)。燃料電池與氫能協(xié)會估計,到2030年,美國氫能需求將增長到1700萬噸/年,到2050年,氫能將占美國能源消耗的14%,主要用于交通運輸領域。美國沒有聯(lián)邦級別的氫戰(zhàn)略,每個州都有自己的戰(zhàn)略目標。氫能經(jīng)濟發(fā)展最活躍的州是加利福尼亞州,計劃到2025年建成200座氫能加氣站。在其“零排放汽車推廣計劃”中,加州要求汽車生產(chǎn)商在當?shù)厥袌錾咸峁┮欢ū壤碾妱雍蜌淙剂掀嚒?/p>
三、日本(全球第一個提出實現(xiàn)氫能社會的國家)
日本曾經(jīng)是全球"成為全球第一個實現(xiàn)氫能社會的國家"。日本高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,政府先后發(fā)布了《日本復興戰(zhàn)略》《能源戰(zhàn)略計劃》《氫能源基本戰(zhàn)略》《氫能及燃料電池戰(zhàn)略路線圖》規(guī)劃了實現(xiàn)氫能社會戰(zhàn)略的技術路線。在過去的30年里,日本政府先后投入數(shù)千億日元用于氫能及燃料電池技術的研究和推廣,并對加氫基礎設施建設和終端應用進行補貼。日本氫能和燃料電池技術擁有利數(shù)曾經(jīng)全球第一,已實現(xiàn)燃料電池車和家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)的大規(guī)模商業(yè)化推廣。
日本的能源結(jié)構(gòu)高度倚重石油和天然氣,二者占能源消費比重高達2/3,因為國內(nèi)能源資源比較匱乏,95%以上的石油和天然氣都需要進口。因此日本能源安全面臨一定風險。2011年福島核事故之后,日本核電發(fā)展受阻,能源對外賴程度再度提升。因此,日本迫切需要尋找能源突破口,以擺脫其對于石油和天然氣的依賴。而發(fā)展氫能可提升能源安全水平、分化能源供應中斷及價格波動風險。氫能來源廣泛,價格與油氣的關聯(lián)度不高增加氫能進口和消費,能夠在一定程度上分化油氣價格同向波動對日本經(jīng)濟的影響。
日本是全球氫能源應用開發(fā)最全面和最堅定的國家。早在20世紀70年代就開始氫燃料電池技術探索。2014年在《能源基本計劃》中將氫能定位為與電力和熱能并列的核心二次能源,并提出建設“氫能社會”的愿景。日本先后發(fā)布《日本再復興計劃》、《能源基本計劃》、《氫能基本戰(zhàn)略》等相關文件,規(guī)劃了實現(xiàn)氫能社會戰(zhàn)略的技術路線,建立了全球領先的產(chǎn)業(yè)技術和能力儲備。日本在技術、材料、設備等方面擁有非常明顯的優(yōu)勢,尤其是已基本打通氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈。值得一提的是,經(jīng)過多年耕耘,日本已在氫能領域打造出一批“隱形冠軍”,比如東麗公司的碳纖維、川崎重工的液氫儲運技術和裝備等。日本在氫能和燃料電池領域擁有的優(yōu)先權(quán)專利占全球的50%以上,并在多個關鍵技術方面處于全球絕對領先地位。
日本之前尤其從2011年到2020年期間,申請的氫能相關專利數(shù)量達到34624個。據(jù)估計,到2025年,日本將有20萬輛燃料電池汽車(FCV),到2030年將達到80萬輛。而2018年日本只有2700輛燃料電池汽車。運輸部門將主導日本的氫需求結(jié)構(gòu),但氫在能源和供暖領域發(fā)揮著越來越重要的作用。根據(jù)官方策略,到2030年,日本的氫氣商業(yè)消耗量估計為每年30萬噸。2040年實現(xiàn)燃料電池車的普及。
日本計劃未來的氫消費量約為1000萬噸/年。但值得一提的是,在日本,氫并沒有完全取代傳統(tǒng)能源。據(jù)估計,燃料電池汽車將取代2%~20%的燃油車;在能源和供暖行業(yè),這一比例將分別為30%和20%。
日本十分重視氫能的發(fā)展。早在2017年12月,日本公布了“基本氫能戰(zhàn)略”,提出創(chuàng)造一個“氫能社會”。該戰(zhàn)略的主要目的是實現(xiàn)氫能與其他燃料的成本平價,建設加氫站,替代燃油汽車(包括卡車和叉車)及天然氣及煤炭發(fā)電,發(fā)展家庭熱電聯(lián)供燃料電池系統(tǒng)。
日本制定的氫能發(fā)展主要路徑包括三個:(1)從海外化石燃料利用碳捕獲和儲存(CCS)技術或可再生能源電解實現(xiàn)低成本零排放制氫;(2)加強進口和國內(nèi)氫運輸、分配基礎設施建設;(3)促進氫在汽車、家庭熱電聯(lián)供和發(fā)電等各個部門的大量應用。
為了推進氫能戰(zhàn)略,日本采取多種方式發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè):首先是放松管制,降低門檻,跨越各類制度性障礙,激活民間資本對氫能產(chǎn)業(yè)的投資;其次是加大技術開發(fā)投入,突破關鍵技術,因地制宜設立氫能示范城市和示范基地;還通過綠色電力證書、碳交易制度促進零碳氫燃料的市場交易,以充分反映零碳氫燃料的推廣利用和普及,重點對燃料電池和加注站進行補助扶持等。
日本發(fā)展氫能初期,補助政策主要包括對于家用燃料電池、燃料電池汽車以及加氫站的補助,這三個補助政策基本上都是從刺激氫能利用的鏈條上發(fā)揮作用。日本已經(jīng)在燃料電池汽車、家庭熱電聯(lián)供等領域取得很大的成效,也在逐步在氫能的無碳排放生產(chǎn)、氫能發(fā)電、氫能社區(qū)等領域進行示范。
四、韓國(全球連續(xù)3年位居全球氫燃料電池車(FCV)銷量第一)
韓國在某些氫能領域走在了全世界的前面。2021年,現(xiàn)代汽車集團連續(xù)3年位居全球氫燃料電池車(以下簡稱FCV)銷量第一,而且市場份額高達53.5%,幾乎是一家獨大。除了現(xiàn)代汽車集團自身多年的堅持和努力之外,更離不開韓國政府的大力扶持。韓國專門成立了由國務總理牽頭,8位部長及產(chǎn)學研各領域頂級專家構(gòu)成的“氫能經(jīng)濟委員會”,全面支持氫能產(chǎn)業(yè)化工作;韓國還成立了“氫能產(chǎn)業(yè)政策自由特區(qū)”,推進新技術驗證和政策制度創(chuàng)新。
韓國政府還在一些城市試點建設氫能社會,于住宅、交通區(qū)域廣泛引入氫能制冷、供暖、供電,大力的補貼當然是少不了的,比如對新建的加氫站給予30億韓元(大約合人民幣1560萬元)的補貼;消費者購買FCV目前也能獲得約一半車款的補貼。值得一提的是,截至2021年10月,韓國現(xiàn)代NEXO氫燃料電池車累計銷量已突破2萬輛,成為全球最暢銷的FCV。現(xiàn)代汽車集團計劃曾將首款符合中國法規(guī)的NEXO正式引入中國市場。
值得一提的是,韓國還頒布了全球首部《氫安全法》與《促進氫經(jīng)濟和氫安全管理法》,為氫能設備的研發(fā)生產(chǎn)提供了法律保障,這一點特別值得全世界的借鑒。
韓國氫經(jīng)濟發(fā)展路線圖提出,到2050年以氫進口替代原油進口;到2040年FCV累計產(chǎn)量超620萬輛,建成加氫站1200個。由于韓國前期的政策扶持取得了良好效果,使得韓國現(xiàn)代汽車集團一躍成為全球FCV的領導者,該集團宣稱到2028年所有的車型都將推出FCV版,到2030年FCV的成本將降到和純電動車(BEV)相同,到2040年氫能社會的美好愿景將全面實現(xiàn)。
現(xiàn)代汽車集團計劃在2022年將氫燃料SUV現(xiàn)代NEXO以進口車的形式引進中國,而且這將是目前中國市場唯一可以買到的,能夠上牌的氫燃料電池SUV,真正實現(xiàn)氫燃料乘用車在中國市場的示范運行。
早在2019年1月,韓國發(fā)布“氫能經(jīng)濟發(fā)展路線圖”。韓國氫能路線圖規(guī)劃不僅僅局限于汽車領域,內(nèi)容還包括到2040年氫燃料家用汽車275萬輛;家用發(fā)電600MW;氫燃料出租車8萬臺;氫燃料巴士4萬臺;氫燃料卡車3萬臺;年減少大氣污染2373噸;創(chuàng)新工作崗位42萬名;經(jīng)濟效果43兆韓元;氫能發(fā)電1040TOE,溫室氣體減少2728萬噸;發(fā)電量55949Gwh。
韓國在燃料電池方面,韓國政府爭取到2040年把燃料電池產(chǎn)量擴大至15GW,這為去年韓國發(fā)電總量(133GW)的7-8%水平。
五、德國(全球首款以氫為能源的火車的國家)
德國在氫能方面的推廣應用走在歐洲前列,尤其是六家氫能產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)結(jié)成了H2Mobility聯(lián)盟,以社會產(chǎn)業(yè)資本的身份通過NOW一同支持德國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,成為全球第二大加氫站基礎設施基地。德國聯(lián)邦經(jīng)濟部長Peter Altmaier之前表示:“我們希望在氫技術方面成為世界第一。
德國曾經(jīng)宣布了一項國家氫氣戰(zhàn)略,此戰(zhàn)略計劃于2030年打造一個將5吉瓦的可再生能源用于生產(chǎn)氫氣的國內(nèi)市場。另外德國與摩洛哥簽署合作協(xié)議,計劃在這個北非國家建造一個100兆瓦的綠氫設備。
電話政府希望將淘汰煤電的期限從2038年提前至2030年,并在2045年實現(xiàn)溫室氣體凈零排放的目標。氫能在德國能源轉(zhuǎn)型中的地位更加凸顯。在今年舉行的德國漢諾威工業(yè)博覽會上,氫能源成為一大展出亮點。德國阿普斯公司已經(jīng)開發(fā)出可續(xù)航800公里的氫能飛機。
德國在降低碳排放道路上,一直在努力達到全球領先水平,而氫能則是德國政府未來實現(xiàn)低碳目標的主要形式之一。
德國作為歐洲第一大經(jīng)濟體,其所取得的經(jīng)濟地位離不開能源的支持,由于早期一直依賴于煤炭和石油,因此曾在1990年單年產(chǎn)生10億噸的二氧化碳,經(jīng)過將近20年的努力,到目前為止,德國減少了近四分之一的溫室氣體的排放,采取的主要措施是降低煤炭使用量,逐步淘汰燃煤電廠,提高核電比例。德國總理默克爾曾做出承諾,到2030年將二氧化碳排放量在1990年水平上減少50%。值得一提的是,全球鐵路運輸業(yè)創(chuàng)新和環(huán)保技術領域的領導者阿爾斯通公司之前宣布,由他們生產(chǎn)的世界首款以氫為能源的火車于2021年在德國正式開跑。
2020年6月,德國通過《國家氫能戰(zhàn)略》,指出氫能對于德國核心部門(如鋼鐵和化學工業(yè))以及交通運輸部門的脫碳至關重要。在該戰(zhàn)略中,德國推出38項具體措施,大力支持相關科研是其中非常重要的一個方面。2021年1月,德國聯(lián)邦教研部投資7億歐元啟動三個氫先導研究項目,分別是探索水電解器批量生產(chǎn)、海上風能制氫和氫氣安全運輸問題,重點解決氫經(jīng)濟發(fā)展中的技術障礙,特別是降低大量生產(chǎn)和運輸氫的成本。
在綠氫問題上,最遲在2040年之前在德國部署10GW的綠氫電解槽,到2030年部署最高5GW,包括所需的額外可再生能源發(fā)電能力。
值得一提的是,德國漢堡市啟動了規(guī)模宏大的氫能示范應用項目——“HyCity(氫能城市)”的計劃,被稱之為“通向明天能源世界的窗口”。該計劃涵蓋了氫氣制取、運輸、儲存及燃料電池應用的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈。德國致力于開發(fā)集風力發(fā)電、電解水制氫、高壓儲氫及燃料電池發(fā)電技術于一體的氫能應用技術,并建立多個氫能示范應用中心。為了全面推進國家氫能戰(zhàn)略,2021年,德國又發(fā)布了《德國氫行動計劃2021—2025》,分析了到2030年氫經(jīng)濟增長預期,并為有效實施國家氫戰(zhàn)略提出了包括綠氫獲取在內(nèi)的80項措施。
六、英國(世界首個氫能和可再生能源儲存技術的國家)
英國曾經(jīng)開發(fā)世界首個氫能和可再生能源儲存技術。英國曾發(fā)布氫戰(zhàn)略,稱將在未來十年內(nèi)通過差價合約等新機制,增加“藍氫”供應,即配合碳捕集和封存技術(CCS)的天然氣制氫。這種方法可以迅速增加供應,但成本高于專注發(fā)展用可再生能源制取“綠氫”。
英國首相鮑里斯·約翰遜(Boris Johnson)之前公布了其價值120億英鎊的“綠色工業(yè)革命10點計劃”,其中包括提高氫產(chǎn)量的舉措,并承諾在本世紀末建成一個完全由氫供熱的城鎮(zhèn)。該計劃提出,到2030年,將實現(xiàn)5GW的低碳氫產(chǎn)能,滿足工業(yè)、交通、電力和居民用能。
約翰遜同時宣布,提供5億英鎊的資金,用于試用氫氣取暖和做飯的住房,從2023年開始建造氫社區(qū),目標是在本十年結(jié)束前建成一個擁有萬戶居民的“氫能小鎮(zhèn)”,其中2.4億英鎊將用于新的制氫設施。
約翰遜還承諾,到2030年(比原計劃提前十年),停止售賣新的汽油和柴油汽車及貨車;到2035年,停止售賣混合動力汽車。這意味著,2030年后,英國將只銷售氫燃料電池汽車、電動汽車等新能源汽車。據(jù)英國政府估計,到2050年,英國低碳氫燃料的潛在市場將達到每年700TWh,相當于目前天然氣市場的規(guī)模。
在全球范圍內(nèi),氫理事會路線圖提出到2050年,全球氫技術和服務年銷售額將達1.94萬億英鎊,創(chuàng)造3000多萬個就業(yè)機會。預計2015年-2050年,全球氫需求或?qū)⒃黾邮叮瑥? EJ增加到約802 EJ
2021年8月,英國發(fā)布《國家氫能戰(zhàn)略》,提出到2030年,氫將在英國化工、煉油廠、電力和重型運輸(如航運、重型貨車和火車)等高污染、能源密集型行業(yè)脫碳方面發(fā)揮重要作用;2050年,英國20-35%的能源消耗將以氫為基礎,最終為英國2035年減少78%排放和2050年凈零排放目標做出重要貢獻。
英國氫能經(jīng)濟分為四個階段,分別為:2020年代早期(2022-2024年)、2020年代中期(2025-2027年)、2020年代末期(2028-2030年)以及2030年代中期以后。
在2022-2024年階段,推進小規(guī)模的電解生產(chǎn);2025-2027年,多地試點大規(guī)模采用CCUS技術的氫氣生產(chǎn)項目,電解槽氫氣項目生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大;2028-2030年,大規(guī)模采用CCUS技術的氫氣生產(chǎn)項目和電解生產(chǎn)項目;2030年代中期以后,擴大生產(chǎn)規(guī)模與范圍(比如核能、生物質(zhì))。
七、法國(全球未來氫能的潛力領軍者)
法國液化空氣集團是全球最大氫氣生產(chǎn)商之一,阿爾斯通則在推動氫動力火車的商業(yè)化運營,空客計劃2035年推出氫能客機。法國政府表示,在氫能發(fā)展方面,法國的目標是成為全球氫能的領軍者。
2020年9月,法國發(fā)布《國家脫碳氫能發(fā)展戰(zhàn)略》,承諾到2030年將投入70億歐元發(fā)展脫碳氫能(即生產(chǎn)和使用過程零碳排放的氫能)。《戰(zhàn)略》包括三大重點:以電解水制氫為主要供能模式實現(xiàn)工業(yè)脫碳;發(fā)展以脫碳氫為動力的重型運輸;通過研究、創(chuàng)新與培養(yǎng)競爭力服務未來氫能應用。《戰(zhàn)略》有三大目標:到2030年建成6.5吉瓦電解槽;發(fā)展氫能交通,尤其是用于重型車輛,到2030年減少600萬噸CO2排放;提升氫能產(chǎn)業(yè)競爭力,到2030年創(chuàng)造5~15萬個就業(yè)崗位。
八、印度(全球未來潛力綠色氫生產(chǎn)中心)
印度是世界第三大能源消費國,印度熱衷于減少對化石燃料的依賴,因為化石燃料對國家來說無論是在財政上還是在環(huán)境上都代價十分高昂。印度政府已開始實施其國家綠色氫戰(zhàn)略,該戰(zhàn)略由總理納倫德拉.莫迪之前宣布,印度雄心勃勃的目標是最終使“印度成為全球綠色氫氣生產(chǎn)和出口中心”。
印度電力部表示,計劃到2030年每年生產(chǎn)500萬噸綠色氫氣。國際能源署預測,印度將在未來二十年的能源需求增長中占據(jù)最大份額,因為其能源消耗預計將幾乎翻一番。
新德里還根據(jù)巴黎氣候變化協(xié)議和Cop26做出了減少碳排放的全球承諾。行業(yè)專家表示,印度的目標是到2070年實現(xiàn)碳中和,而綠色氫能有助于實現(xiàn)這些目標。值得一提的是,全球使用的大部分氫是灰氫,它是從化石燃料中提取的。印度目前生產(chǎn)的幾乎所有氫氣都是灰色的。印度的目標是到2050年將其近80%的氫氣變?yōu)榫G色。
印度每年消費氫氣670萬噸左右,其中約有一半用在石油煉化領域,剩下的大部分被用于化肥生產(chǎn)。據(jù)印度能源與資源研究所預測,到2050年,印度氫氣需求將翻10倍以上。美國CNBC援引印度能源公司L&THydrocarbon高管SubramanianSarma的話稱,印度是全球主要化石燃料消費國,發(fā)展綠氫將有助于印度實現(xiàn)能源自足,但目前綠氫成本仍是傳統(tǒng)化石燃料制氫成本的2倍以上,儲氫、運氫等環(huán)節(jié)更是將進一步推高綠氫價格,因此,印度亟需出臺更多配套支持措施。業(yè)界普遍認為,印度氫能產(chǎn)業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)是本土氫能制造產(chǎn)業(yè)鏈的缺失。路透社援引印度政府官員的話稱,現(xiàn)在全球范圍內(nèi)可再生能源電解水制氫裝置的供應都很緊張,對于印度來說,缺乏本土電解水制氫裝置產(chǎn)線是推廣氫能面臨的主要阻礙。
印度在2006年公布了其首個氫戰(zhàn)略。10年后的2016年,該文件進行了更新。據(jù)息,印度大約有100家公司從事氫技術開發(fā),塔塔集團就是其中之一,它服務于印度的氫燃料巴士。印度極有可能成為一個全球相當?shù)拇笫袌觥?/p>
2006年,印度推出第一個氫能和燃料電池路線圖開始,印度新能源和可再生能源部就將氫能視為一個具有戰(zhàn)略意義的領域。2016年,印度新能源和可再生能源部門發(fā)布報告,提出一項增加研發(fā)的全面計劃,包括為不同的電解槽技術及可再生能源的整合提供大量資金。2021年8月,總理莫迪在的印度獨立日慶祝活動上宣布了25年內(nèi)實現(xiàn)能源獨立的目標,包括擴大清潔能源如天然氣的使用、推廣電動車,將印度打造成全球綠色氫生產(chǎn)中心,并爭取到2030年實現(xiàn)凈零碳排放的目標。
九、俄羅斯(全球氫能生產(chǎn)潛力強國)
俄羅斯計劃在未來幾十年里用氫能源出口取代石油和天然氣。俄未來目標不僅將出口氫能源,還將成為世界最大氫能源出口國。早在上世紀80年代蘇聯(lián)便造出了世界第一架搭載氫能源發(fā)動機的飛機——圖-155,它于1988年使用氫燃料進行了首飛。
俄副總理切爾內(nèi)申科曾經(jīng)表示,俄必須成為國際氫能市場的領導者,且有可能實現(xiàn)這一目標。到2050年,氫能在全球能源結(jié)構(gòu)中的份額可能增至24%。俄羅斯戰(zhàn)略目標是到2030年占據(jù)國際氫貿(mào)易的20%。
俄羅斯天然氣儲量十分豐富,制氫成本低廉。根據(jù)其發(fā)展構(gòu)想,2035年前藍氫將成為俄羅斯制氫優(yōu)先方向。據(jù)國際能源署數(shù)據(jù),生產(chǎn)綠氫的成本為每公斤2至7美元,藍氫成本僅為每公斤1.6美元。
值得一提的是,俄羅斯具備十分發(fā)達的天然氣管網(wǎng)。氫工業(yè)與天然氣工業(yè)相似程度較高,俄羅斯境內(nèi)共有輸氣管道超過17萬公里,配氣管道約70萬公里,地下儲氣庫20余座,是全球天然氣管網(wǎng)最發(fā)達的國家之一。未來俄將通過長輸天然氣管網(wǎng)向歐洲和亞洲出口數(shù)千萬噸氫,之前建設的北溪2號線的摻氫比例曾經(jīng)可達70%。
俄羅斯在氫能領域具有市場優(yōu)勢。歐洲和亞洲是全球氫主要出口市場,緊鄰亞洲和歐洲的地理優(yōu)勢和成熟的天然氣貿(mào)易關系,使俄羅斯在向上述兩個市場出口氫能方面具備優(yōu)勢。
2021年4月,俄羅斯新出爐了《2024年前俄羅斯氫能發(fā)展構(gòu)想》。其中表示,到2050年,俄羅斯氫能出口量將達790-3340萬噸,出口創(chuàng)收將達236-1002億美元。2021年8月6日,俄羅斯發(fā)布分階段發(fā)展氫能戰(zhàn)略。戰(zhàn)略文件指出,從現(xiàn)在起到2050年,俄羅斯的氫能工業(yè)將歷經(jīng)幾個發(fā)展階段:
第一階段是從現(xiàn)在開始的三年半中,建成集生產(chǎn)、出口為一體的氫能項目產(chǎn)業(yè)集群,在俄羅斯國內(nèi)推廣使用氫能;
第二階段與第三階段是2025年—2035年以及2035年—2050年,主要用來建設以出口為導向的生產(chǎn)項目,在各個經(jīng)濟和工業(yè)領域系統(tǒng)使用氫能技術。
十、荷蘭(歐洲第二大氫能生產(chǎn)國)
荷蘭正成為全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先鋒。荷蘭曾經(jīng)啟動了歐洲最大的氫能項目、率先發(fā)布國家級的氫能政策、創(chuàng)新技術居于世界前列。荷蘭的能源消費以天然氣為主,天然氣占總能源消費的40%。然而荷蘭決定“告別”已經(jīng)較為清潔的天然氣,轉(zhuǎn)身擁抱更為清潔的氫能。
荷蘭擁有雄心勃勃的減排目標:到2030年降低二氧化碳排放到減少95%。荷蘭北部是歐洲天然氣貿(mào)易的門戶,未來則有望成為歐洲的氫連接點,讓荷蘭在即將到來的歐洲氫能革命中發(fā)揮主導作用。
荷蘭已經(jīng)成為歐洲第二大氫能生產(chǎn)國。荷蘭是天然氣消費國,95%的家庭能源跟全國天然氣網(wǎng)相連,天然氣消費約占全國能源消費總量的40%。荷蘭在技術上,荷蘭的氫能精煉非常先進,在全球也非常具有競爭力。荷蘭80%左右的氫能由天然氣和甲醛、工業(yè)副產(chǎn)品加工而來。荷蘭一半國土臨海,海上風電的發(fā)展為電解水制氫提供了綠色又相對低價的電力。