來源:中國科協創新戰略研究院《創新研究報告》
第15期（總第281期）2019-04-09
編者按：2019年2月，歐洲燃料電池和氫能聯合組織 (FCH-JU)發佈《歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉型的可持續發展路徑》（Hydrogen Roadmap Europe: A Sustainable Pathway for the European Energy Transition）報告。該報告根據歐洲17個主要氫能公司的意見制訂，為2050年大規模部署氫能和燃料電池奠定了基礎，並評估了相關的社會經濟影響。本文就其主要內容進行摘編。
一、願景：歐洲能源變革需要氫能
歐洲正處於向脫碳能源系統轉變的過程中。歐盟的28個成員國簽署並批准了《巴黎協定》，以保持全球變暖“遠低於比工業化前水平高2攝氏度的水平，並且努力實現全球氣溫不超過1.5攝氏度的目標”。
這種轉變將從根本上改變歐盟生產、分配、儲存和消費能源的方式。它幾乎要求無碳發電，提高能源效率，以及運輸、建築和工業方面的深度脫碳。利益相關者必須採取一切可行的措施，在2050年之前，將與能源有關的二氧化碳排放量限制在每年7.7兆噸（Mt）以下。
該報告提出，歐盟實現能源轉型需要大規模的氫能。如果沒有氫能，歐盟將無法實現其脫碳目標。雖然氫能不是唯一的脫碳槓桿，但它是必不可少的，而且在一系列其他技術中脫穎而出。它使可再生能源的大規模整合成為可能，作為可再生氣體使能源運營商能夠轉換和儲存能源，也可用於跨部門和地區的能源分配，以及作為可再生能源的緩衝區為電力、運輸、建築和工業領域提供脫碳路徑。需要氫能的信念基於三個基本論點：
首先，氫是在運輸、工業和建築等部門實現規模化脫碳的唯一選擇，既連接歐洲工業也為歐盟家庭提供超過40％的供暖和15％的歐盟電力生產的燃氣網的脫碳需要氫能。在運輸方面，氫能是卡車、公共汽車、船舶、火車、大型汽車和商用車最有優勢的脫碳選擇，較低的能量密度、較高的初始成本，以及電池緩慢的充電性能是其主要缺點。工業可以燃燒氫氣產生高能熱，並將燃料作為原料，直接與二氧化碳一起作為合成燃料。
其次，氫能可實現跨部門、時間和地點靈活轉移能源，在可再生能源轉型中發揮系統性作用。
第三，氫能的轉變符合客戶的喜好和便利性要求。
二、提升：實現氫能在歐洲的潛力的路線圖
該報告描述了一個雄心勃勃的計劃：在歐盟部署氫能以實現2攝氏度的目標。這個設想基於全球氫能理事會的分析和來自歐洲氫能的意見（代表歐洲的氫和燃料電池行業），更具體地說，來自17個活躍於氫能和燃料電池技術領域的公司的數據。在整個行業中，到2050年歐洲能夠產生大約2250太瓦時（TWh）的氫氣，相當於歐盟總能源需求的1/4（圖1）。這個總量大約可以給4200萬大型汽車、170萬輛卡車、25萬輛公共汽車和超過5500輛火車補充燃料。它將為超過相當於5200萬戶（約465TWh）供熱量，並提供高達10%的建築物電力需求。在工業中，大約160TWh氫會產生高能熱，而另外140TWh氫將以直接還原鐵（DRI）的形式取代鍊鋼過程中使用的煤炭。到 2050年，120TWh的氫與生物質中的碳和捕獲的碳結合，也將為40萬噸化學品生產合成原料。
圖1 到 2050 年，氫可以提供高達 24％的總能量需求
實現這一願景將使歐盟有望在2050年減少大約560萬噸二氧化碳排放物，相當於實現2攝氏度這一目標所需的減排量的一半。歐盟需要將二氧化碳排放量從現在的3500噸削減到 2050年的770萬噸，部署現有技術將和歐洲國家現有的氣候相關承諾縮小60％的差距。在終端部門使用氫能有助於減少剩餘的1100萬噸的一半，以實現2攝氏度的目標。此外，它可以實現電力部門的深度脫碳，間接減少碳排放。
除了減少碳排放，部署氫能和燃料電池技術將消除當地的排放。在運輸方面，到2050年，氮氧化合物的排放可減少50噸。河流、湖泊和港口汙染較少，鋼鐵和其他工業可以避免灰塵和焦油的廢氣排放，柴油火車和卡車的噪聲將大幅下降。
預計到2030年，氫能的部署將給歐盟企業的燃料和燃料行業相關領域創造1300億歐元的工業產值，到2050年將達到 8200億歐元。這將創造一個本地市場，歐盟工業在新的氫經濟中用作全球競爭的跳板（圖2）。2030年的出口潛力將達到 700億歐元，淨出口額達到500億歐元。而且，到2030年，歐盟氫能工業可以為約100萬高技術工人提供就業機會，到2050 年將達到540萬人。
圖2 氫能對於歐盟的益處
實現這一目標需要整個價值鏈有顯著進步。氫能和燃料電池技術已為大多數領域做好了準備，歐盟工業必須擴大規模，降低成本，以在全球能源轉型經濟中佔據領先地位。到2030年，部署重點關注優先領域，如將混合氫進入天然氣網並用於商業運輸車隊、大型客車、重型運輸（卡車、火車、輪船）和現有的氫能產業的脫碳。
三、行動：監管機構、行業和投資者必須共同啟動歐盟的氫能路線圖
在面向2030年擴大行業規模的過程中，歐盟每年的投資約為80億歐元。這相當於在德國支付的可再生能源上網電價（FiTs）的1/3，不到國際能源署（IEA）預估歐洲能源轉型投資的1/10，也不到歐洲能源和汽車資產年度總投資的5％。
歐盟優勢尤為突出，非常適合引領氫能和燃料電池技術： ①擁有世界級的氫氣和燃料電池價值鏈參與者，可以推動氫解決方案的開發和部署；②具有強大的氫研究機構和完善的計劃，以支持歐盟、國家和地區層面的研究、開發和部署；③致力於實現環境目標，如增加可再生能源、減少碳排放和減少本土排放，其公民的環境意識和覺悟很高；④擁有廣泛的天然氣網絡，可以用來對家庭和工業的脫碳。
四、建議
1. 監管機構和行業應該共同制訂明確、長期、現實和整體的脫碳路徑
這類路徑不僅為終端應用設定目標（如車輛的排放目標或者是建築脫碳目標），而且還要考慮能源生產和配電所需的基礎設施，還應該為行業的產品開發和基礎設施投資提供可靠的、長期的指導。
2. 投資氫能和燃料電池技術，以保持競爭力，抓住新機遇
對氫和脫碳問題進行長期觀察，建立縱向和橫向合作來克服困難。同樣，行業應與監管機構密切合作，在歐盟內部建立強大的本土市場和價值鏈。還應與亞洲快速增長的氫能和燃料電池市場夥伴（如中國、日本、韓國）開展產業合作，以避免市場風險。
3. 監管機構和天然氣公司應該開放對天然氣網絡的脫碳
作為強制機制，它們可以使用天然氣網絡中可再生能源佔比的約束目標或其他工具，如差價合約（CfDs）、上網電價（FiTs）或投資支持超低碳氫能（如沼氣）。這樣的政策很少會面臨重大障礙：按照適度的濃度混合氫氣與基礎設施和設備是兼容的，不會使天然氣價格大幅上漲，反而會降低碳排放，避免二氧化碳洩漏的風險。然而，有必要對有關氫氣與天然氣網混合的法規進行協調，而目前各成員國的法規各不相同。
4. 在電力系統中，監管機構應鼓勵電解制氫以平衡電網供需
通過免除電解制氫的電網費，確保在市場上有競爭力地獲得再生能源。與在常規電力市場使用配合類似，使用柔性制氫等綠色替代品取代二氧化碳排放平衡的機制平衡電力市場。監管機構和工業界應該推動歐洲分佈式電力燃氣市場，以大幅降低生產成本，同時建立部門耦合機制，通過穩定價格和應對季節性失衡，為電力系統帶來好處。這也將縮減可再生能源在電力系統的比例。從中長期來看，利益相關者應制定季節性和長期能源儲能框架。
5. 在運輸方面，監管機構應該通過制定路線圖、制定零排放政策和相應的保障機制，以解決氫燃補給基礎設施的投資問題
在整個歐盟範圍內實現基本覆蓋的路線圖能夠為汽車生產商和供應商提供支持，以擴大燃料電池汽車（FCEV）生產規模，從而顯著降低成本並擴大消費者選擇。
6. 在工業領域中，利益相關者應推動從灰色氫向低碳氫的轉變，並進一步用新的氫替代化石燃料
監管機構應確保無碳氫產量計入可再生能源目標，並在所有主要氫用途設定低碳目標。這樣的轉變將促成氫生產技術在規模和成本方面的顯著變化，使氫解決方案不僅對工業有吸引力，而且對其他行業更具吸引力。
7. 建設超低碳制氫供應體系
為了大規模生產超低碳氫，企業應擴大其電解操作到商業水平,並證明其在未來十年內可以大規模生產極低碳濃度的氫。上述無碳氫目標會激勵電解行業產生所需投資。從電解中集中制氫和為電網提供了穩定性的分散式解決方案都應得到充分激勵。
8. 支持和啟用額外的氫應用
行業和監管利益相關者應繼續開發額外的氫和燃料電池應用，並擴展其成功經驗。在航運方面，監管機構應該制定港口、河流和湖泊的脫碳目標，並支持氫的燃料加註能力的推廣。加強部署微熱電聯供（mCHPs）和熱電聯產在住宅和商業物業中的應用，提高建築物的能源效率，並充分利用氫氣和天然氣。
https://www.fch.europa.eu/news/hydrogen-roadmap-europe-sustainablepathway-european-energy-transition
編譯：馮震宇 王達
編輯部成員：張麗琴 王國強 劉薇 王達 曹學偉
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