前言：提供無碳分子能源的技術(shù)路線是有限的。氫是唯一可以完全不含碳的分子基能量載體。綠色氫氣可以通過使用可再生電力或核能來生產(chǎn)，藍(lán)色氫氣可以由化石燃料制得，并將二氧化碳副產(chǎn)品捕獲和儲存(碳中性)。這使得諸如合成氣、生物甲醇、氨等產(chǎn)品可以用碳中性氫作為生產(chǎn)原料。簡而言之，氫能發(fā)展對歐盟在2050年前實現(xiàn)無碳計劃發(fā)揮著重要作用。

 

      1.應(yīng)優(yōu)先啟動工業(yè)氫經(jīng)濟布局

 

       歐盟的目標(biāo)是在2050年實現(xiàn)碳中和。當(dāng)今社會中用能密度不同的各個領(lǐng)域 - 工業(yè)，交通運輸，農(nóng)業(yè)，住宅應(yīng)用 –要么由電子(電)，要么由分子(通過燃煤不同類型的燃料產(chǎn)生熱能)提供驅(qū)動力。目前，在降低電力生產(chǎn)過程中的碳排放方面采取了幾個重要措施，但分子的生產(chǎn)依然高度依賴于化石燃料。這是有問題的，正如大多數(shù)模型預(yù)測的那樣，分子將繼續(xù)在為我們的經(jīng)濟提供能源方面發(fā)揮重要作用。

 

       提供無碳分子能源的技術(shù)路線是有限的。氫是唯一可以完全不含碳的分子基能量載體。綠色氫氣可以通過使用可再生電力或核能來生產(chǎn)，藍(lán)色氫氣可以由化石燃料制得，并將二氧化碳副產(chǎn)品捕獲和儲存(碳中性)。這使得諸如合成氣、生物甲醇、氨等產(chǎn)品可以用碳中性氫作為生產(chǎn)原料。簡而言之，氫氣對歐盟在2050年前實現(xiàn)無碳計劃發(fā)揮著重要作用。

 

       氫是一種能源載體，在許多不同的經(jīng)濟領(lǐng)域具有多種潛在應(yīng)用。它可以幫助我們對運輸，住宅環(huán)境(特別是供暖)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域消耗的能源的生產(chǎn)實施脫碳。本報告重點關(guān)注工業(yè)應(yīng)用，并得出相關(guān)結(jié)論，認(rèn)為工業(yè)氫經(jīng)濟的發(fā)展應(yīng)優(yōu)先啟動的原因有兩個：

 

       首先，并非所有工業(yè)生產(chǎn)過程都可以用電來驅(qū)動，還有很多需要碳中性能源載體來使得工業(yè)生產(chǎn)完全脫碳。氫氣只是可用于此目的的極少數(shù)物質(zhì)之一。此外，氫及其衍生物已經(jīng)成為許多行業(yè)的關(guān)鍵原料，特別是在化工生產(chǎn)和煉化方面。到目前為止，工業(yè)應(yīng)用是氫氣的最大消費領(lǐng)域。我們的分析和案例研究展示了氫氣廣泛的應(yīng)用，例如使用氫氣為工業(yè)過程提供能量(如高溫加熱)。在所有這些應(yīng)用中，氫作為無碳替代物，在取代碳基工藝方面有巨大潛力。

 

       第二個原因是工業(yè)活動有利于氫能在其他領(lǐng)域快速發(fā)展。宣稱氫是最有前途的基于分子的能量載體是一回事，實現(xiàn)規(guī)�；�、低成本的生產(chǎn)是另一回事。能夠真正降低氫氣生產(chǎn)成本所需的氫能規(guī)模是很大的。在工業(yè)應(yīng)用中，少量較大體量的公司生產(chǎn)較大份額的氫氣，它們足以影響和并推動氫的使用。與交通運輸或住宅用途相比，這是一個優(yōu)勢。一般來說，運輸和家用領(lǐng)域的利益相關(guān)者格局更加分散。最后，各行各業(yè)中已經(jīng)擁有大量與氫相關(guān)的專業(yè)知識和基礎(chǔ)設(shè)施。

 

      2.許多工業(yè)氫應(yīng)用目前正面臨著“死亡之谷”

 

       工業(yè)中產(chǎn)生的氫氣目前主要還是碳基(灰氫)，通常通過蒸汽甲烷重整(SMR)產(chǎn)生。隨著時間的推移，制氫面臨的挑戰(zhàn)將是實現(xiàn)無碳或碳中性(綠色或藍(lán)色氫)的技術(shù)來替代這些方法。這些技術(shù)的具體包括使用可再生電力通過電解產(chǎn)生氫氣或通過碳的回收利用來產(chǎn)生可用作合成燃料的合成氣。

 

       許多此類無碳或碳中性技術(shù)仍處于技術(shù)成熟的早期階段。它們已經(jīng)經(jīng)過技術(shù)驗證，正在實施小規(guī)模的試驗;目前，亟需這些技術(shù)以更大的規(guī)模推廣應(yīng)用，這樣才有助于降低生產(chǎn)成本，并產(chǎn)生經(jīng)濟效益。換句話說，這些技術(shù)屬于經(jīng)濟學(xué)家所謂的技術(shù)曲線的“死亡之谷”階段。

 

       我們針對把電解作為SMR無碳替代品的經(jīng)濟可行性進(jìn)行了建模研究，結(jié)果表明電解在2030年左右可能具有經(jīng)濟可行性。這是基于采取雄心勃勃的成本削減策略的假設(shè)得到的，與海上風(fēng)電或太陽能光伏發(fā)電驚人的成本降低速度相比，這個假設(shè)是合理的。

 

       無論如何，大規(guī)模部署綠色氫氣的積極商業(yè)案例目前很少。降低成本和技術(shù)進(jìn)步需要較長的時間周期。預(yù)計到2050年，我們?nèi)孕枰�大量以分子形式存在的能量載體，雖然我們設(shè)立了雄心勃勃的2050年碳中和目標(biāo)，但按照目前的發(fā)展路線，我們很難實現(xiàn)目標(biāo)。為了確保從2030年開始大規(guī)模推廣碳中性氫應(yīng)用，并在2050年之前實現(xiàn)綠色氫，我們需要立馬采取行動。

 

      3.藍(lán)色氫可以減少排放，推動建立氫能經(jīng)濟

 

       本報告認(rèn)為，到2050年實現(xiàn)無碳經(jīng)濟很可能需要以氫為基礎(chǔ)的技術(shù)，工業(yè)應(yīng)用是啟動氫經(jīng)濟的“主戰(zhàn)場”。然而，目前工業(yè)生產(chǎn)中制取的大部分氫氣并不是二氧化碳中性的，因為它主要來源于化石燃料(形成的是灰色氫氣)。綠色氫氣大規(guī)模上取代灰色氫氣至少還需要十年以上的時間。

   
       通過捕獲和儲存制造過程中排放的二氧化碳而獲得的藍(lán)色氫氣提供了一種更快地減少排放的方法。我們的模型研究表明，帶有碳捕獲和儲存(CCS)的SMR，已接近商業(yè)應(yīng)用水平。如果碳交易(ETS)價格上漲到30歐元/噸左右，并且可以建成適當(dāng)?shù)倪\輸和儲存設(shè)施，藍(lán)色氫氣可能在未來幾年而不是幾十年內(nèi)成為一種可行的選擇。

 

       因此，使用CCS使基于SMR的氫氣生產(chǎn)過程碳中性，可以幫助以及時和具有成本效益的方式顯著減少工業(yè)碳排放。同樣重要的是，藍(lán)氫有助于為綠色氫經(jīng)濟做好準(zhǔn)備。如果從灰色到藍(lán)色的過渡允許生產(chǎn)和使用更多的氫，那么可以建立工業(yè)氫經(jīng)濟的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈，如開發(fā)氫運輸網(wǎng)絡(luò)(管道，港口，船舶等)。鑒于不同工業(yè)部門之間的協(xié)同和共生相互聯(lián)系的復(fù)雜性，這一點尤為重要。

 

       以此來看，藍(lán)色氫氣不是綠色氫氣的替代品，而是一種必要的技術(shù)過渡，它具有額外的好處 - 如果做得恰當(dāng) - 可以加速社會向綠色氫氣的過渡。然而，為了使藍(lán)色氫氣生產(chǎn)變得切合實際，政府必須明確其社會可接受性，制定運輸和儲存價格體系，并在必要的時候?qū)⑵浼{入支持低碳技術(shù)發(fā)展的財政計劃。

 

      4.政府需要及時推動氫能市場和技術(shù)的進(jìn)步

 

       我們分析了氫能在投資方面存在的障礙。第一個障礙是，與大多數(shù)其他形式的能源相比，藍(lán)色氫能和綠色氫能都存在定價過高的問題。從經(jīng)濟角度來看，二氧化碳的負(fù)外部性在能源市場的價格方面體現(xiàn)不足。向綠色氫能轉(zhuǎn)型以及可再生能源的發(fā)展是推動二氧化碳減排的重要舉措之一，會產(chǎn)生明顯的社會經(jīng)濟收益，但這在能源市場和社會經(jīng)濟中并沒有得到充分的貨幣化，導(dǎo)致藍(lán)色和綠色氫能的市場拉動不足。

 

       為了消除這一障礙，政策制定者應(yīng)確保碳交易價格充分反映碳排放的負(fù)外部性。建立一個穩(wěn)定的歐洲排放交易體系(ETS)至關(guān)重要，同時還應(yīng)引導(dǎo)形成合理的價格軌跡。由于擔(dān)心扭曲其工業(yè)部門的公平競爭環(huán)境，并避免向國際能源市場發(fā)送扭曲的價格信號，各國政府對引入碳定價形式猶豫不決。此外，應(yīng)認(rèn)識到綠色或可再生氫良好的附加效應(yīng)。政策制定者可以考慮以類似于刺激綠色電力市場的方式，建立綠色或可再生氫氣市場。

 

       第二個障礙是綠色氫能技術(shù)目前正面臨技術(shù)曲線中的“死亡之谷”困境。我們認(rèn)為氫應(yīng)用最終應(yīng)該充分發(fā)揮其優(yōu)勢，與其他涉及分子能量載體和純電力的替代技術(shù)解決方案競爭。然而，正如歷史上的許多例子所表明的那樣，臨時幫助特定技術(shù)跨越“死亡之谷”有很好的社會經(jīng)濟論據(jù)。一方面，學(xué)習(xí)和創(chuàng)新有很大的積極外部因素 - 海上風(fēng)電的經(jīng)驗表明，旨在增加裝機容量和規(guī)模的有針對性的政策可以大幅加快降低成本的步伐。最后，政府因為選擇輸家而損壞名譽的風(fēng)險相對較小，因為到2050年碳中和的目標(biāo)十分明確，而且工業(yè)氫的替代品很少。

 

       鑒于這些因素，顯然在一段時間內(nèi)尋求公共財政支持是十分有必要的，尤其借助穩(wěn)定的財政支持開展項目示范。公共機構(gòu)也可以采用共同投資主體的方式(例如PPP模式等)。這將有助于當(dāng)局實現(xiàn)承諾，同時與社會資本共同分擔(dān)風(fēng)險和回報。

 

      5.制定有效的行動計劃，促進(jìn)共同協(xié)作并降低不確定性風(fēng)險

 

       工業(yè)氫能投資的第三個障礙是商業(yè)案例中關(guān)鍵驅(qū)動因素的不確定性。在很大程度上，這些不確定性與政府干預(yù)有關(guān)。一個例子是關(guān)于氫運輸?shù)谋O(jiān)管和所有權(quán)的不確定性。整體而言，在實現(xiàn)2050碳減排目標(biāo)的承諾以及基于分子能量載體脫碳的速度等方面，仍然存在不確定性。

 

       減少此類不確定性的方法之一就是起草氫能發(fā)展戰(zhàn)略，具體研究和闡述超國家層面協(xié)作的明確發(fā)展目標(biāo)和行動計劃。這種戰(zhàn)略將進(jìn)一步明確各國的承諾，從而降低與工業(yè)氫能投資相關(guān)的風(fēng)險。此外，該戰(zhàn)略應(yīng)提出監(jiān)管和所有權(quán)模式。運輸和存儲相配套的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可能遭遇市場推動困難的問題。因此，該戰(zhàn)略還應(yīng)包括當(dāng)局打算如何應(yīng)對這些問題的指導(dǎo)方針。

 

       第四個障礙是缺乏協(xié)調(diào)。案例研究表明，氫能項目通常涉及多個利益相關(guān)者，有時甚至是非常不同的利益相關(guān)者，并且往往涉及到相對復(fù)雜的、有關(guān)聯(lián)的供應(yīng)鏈，這些供應(yīng)鏈根據(jù)具體情況而定。政府可以幫助協(xié)調(diào)這一點，例如在空間規(guī)劃政策中。另一個需要協(xié)調(diào)的領(lǐng)域是歐盟成員國之間。成員國政策與碳交易定價、財政政策或基礎(chǔ)設(shè)施使用相關(guān)的差異可能導(dǎo)致效率低下甚至無效，例如存在僅僅使得碳排放在空間上重新分布而不是減少的風(fēng)險。這在以歐洲為代表的、工業(yè)活動競爭激烈的全球市場中尤為重要。能源和產(chǎn)業(yè)政策應(yīng)協(xié)調(diào)一致，以創(chuàng)造一個公平的競爭環(huán)境，在這個領(lǐng)域中選擇最佳技術(shù)并應(yīng)用于最有意義的地區(qū)。

 

       如果這些條件滿足，本報告中涉及的證據(jù)表明，到2050年，有望在歐洲西北部開創(chuàng)繁榮的碳中性經(jīng)濟。為碳中性經(jīng)濟提供燃料所需的能源結(jié)構(gòu)最終將由分子和電子組成。氫能將沿著從灰色到藍(lán)色再到綠色的路徑，成為發(fā)揮碳中性分子作用最富成效的技術(shù)方案。