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引
作為一種高效潔凈的能源載體，氫能的廣泛應用一直被寄予厚望。
2020年6月10日，德國聯邦內閣在經過長達半年的內部辯論后終于達成共識，批準并出臺了具有里程碑意義的《德國國家氫能戰(zhàn)略》（Die Nationale Wasswestoffstrategie)。
該項戰(zhàn)略中的 三十八項具體措施為 德國的氫能源技術轉型做出了重要的指引，它凸顯了德國政府大力支持和發(fā)展?jié)崈舳文茉吹膲阎拘坌暮透哒斑h矚，同時也預示著曾經制約氫燃料電池技術的氫能產業(yè)鏈也即將迎來變革。
《德國國家氫能戰(zhàn)略》的出臺，可謂意義深遠。它不但進一步確保了德國在氫能源技術的開發(fā)和出口方面可以繼續(xù)發(fā)揮國際先驅的領導作用，同時也為德國本土氫能市場的建設與歐盟的經濟復蘇計劃之間找到平衡。
《德國國家氫能戰(zhàn)略》的最大亮點，在于明確地指出 ：只有以可再生能源為基礎的氫氣（綠氫）才是可持續(xù)的，這甚至還包含了氫基合成燃料（合成甲烷，煤油，甲醇和氨）——這是全世界的首個國家氫能戰(zhàn)略，超越了氫本身，并涵蓋了廣義的動力燃料范疇。
壹
戰(zhàn)略的背景和意義
長久以來， 來自可再生能源的電力，和更高的能源效率，是未來能源轉型的兩個重要支柱。
在氣候保護決心日益增強，以及 德國頒布的棄核和退出煤電戰(zhàn)略的背景下，德國正迫切地尋找石油和天然氣等化石燃料環(huán)境友好的長期替代方案，從而成功實現能源轉型。
長久以來，在德國這樣的工業(yè)國家，氣態(tài)和液態(tài)能源是能源系統(tǒng)的重要組成部分。面向未來，在某些工業(yè)和運輸領域中，氣態(tài)和液態(tài)能源仍將是必不可少的。
而氫作為能量轉換的重要關鍵元素，充滿了潛力，有許多可能的用途。
借助接棒歐盟輪值主席國的契機，德國積極地推動歐盟委員會，在歐盟委員會日之前發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》和《歐盟能源系統(tǒng)整合策略》——其目的也很明確，就是要將氫能源整合到歐盟的綜合能源系統(tǒng)中，并且交通運輸部門首當其沖。
近日，德國聯邦經濟事務部長彼得·阿爾特邁爾（Peter Altmaier）也宣告了《德國國家氫能戰(zhàn)略》，在發(fā)布會上， 彼得·阿爾特邁爾慷慨激昂的表示：
“今天，我們必須為德國確立，在氫技術領域世界第一的道路。”
這項氫能戰(zhàn)略在德國政府內部，討論了長達半年之久。之所以用了如此之長的時間，其核心點就在于：到底要使用何種途徑生產氫能，才最符合德國環(huán)境和氫能產業(yè)發(fā)展的利益。
氫能說起來簡單，但還是會被大眾誤讀。因此，在政策討論之前，按照氫氣的來源，非常有必要分清綠氫，灰氫，藍氫的三個概念之間的異同。
盡管氫氣的燃燒本身不產生二氧化碳，但是，純氫在自然中并不獨立存在，全球目前的氫氣產量中，近99%的氫氣制造仍然高度依賴天然氣和煤等化石燃料，其中來自天然氣的氫氣產量占到76%。按照生產來源：
使用可再生能源電解水得到的氫氣，是零排放的，也被稱為“ 綠氫 ”；
以化石能源為原料，通過蒸汽甲烷重整（SMR）或自熱重整（ATR）等方法制造的氫氣，被稱為“ 灰氫 ”。灰氫的 成本較低，但是碳強度較高。
在甲烷蒸汽重整與自熱重整制氫過程中增加碳捕捉和貯存環(huán)節(jié)(CCS: Carbon Capture an Storage)， 這樣制出的氫氣被稱為“ 藍氫 ”。藍氫 可以降低碳排放量，但無法消除所有碳排。
盡管布魯塞爾和柏林，相繼提出了歐盟和德國的氫能戰(zhàn)略，但兩者在某些方面卻有所不同：
對于短期和中期的氫氣需求，歐盟希望轉換現有的生產設施，在所謂的“碳捕集與封存”過程中，二氧化碳將被分離并封存，以減少二氧化碳的排放。
但是，德國現在已經徹底放棄了這條路。在1月底提出的德國“國家氫能戰(zhàn)略”草案中，還有關于“藍氫”的討論，包括CCS解決方案。但是，6月份批準的最終版本中，已經開始主推“綠色”氫氣了——主要來自使用綠色電力運行的電解工廠。
從長遠來看， 德國政府認為只有以可再生能源為基礎的氫氣（綠氫）才能維持能源轉型的可持續(xù)發(fā)展。德國的目標是使用綠氫以支持快速的市場擴張，并建立相應的價值鏈。
德國政府還預測，全球和歐洲氫市場也將在未來十年內高速發(fā)展。通過生產對氣候友好的氫氣，可以在舍棄液體或氣體能源的情況下顯著減少CO2排放。
例如，氫可以用作化學和鋼鐵工業(yè)中的原材料或用作燃料電池中的燃料。每當無法直接使用可再生能源發(fā)電時，氫氣都能提供幫助。此外，還可以通過使用可再生電力和水生產“綠色”氫氣（電解過程）來存儲和運輸可再生能源等等...
貳
氫價值鏈
氫是一種用途廣泛的能源載體，既可作為合成燃料的基礎，又可作為存儲可再生能源的媒介。那么，氫的使用在什么領域有意義，在哪些領域沒有呢？ 關于未來能源世界的爭論，比如缺乏可再生能源的存儲可能性，能源網絡的發(fā)展的降本潛力再到有爭議的電動汽車的替代品- 氫燃料電池， 越來越多地揭示了Power-To-X技術的潛力。
氫成為了能源行業(yè)耦合的基本要素，在不能直接利用可再生能源發(fā)電的地區(qū)，綠氫及Power-To-X技術為脫碳開辟了新途徑。
不過，要使氫成為脫碳戰(zhàn)略的核心組成部分，整個價值鏈——技術，生產，存儲，基礎設施和使用，包括物流和基礎設施的重要方面，必須予以考慮。
柏林頒布的戰(zhàn)略就表示：“德國在整個價值鏈中都有潛力。”——這包括工業(yè)和運輸部門，例如航空，航運或長途運輸。
從這項戰(zhàn)略當中，我們看到，德國正希望與其他歐盟成員國和國際伙伴一起聯手，塑造全球氫氣市場。其初衷在于：
除了氣候保護外，氫技術還涉及許多的具體工作，和有利可圖的全球市場。氫及其合成次級產品在未來將在全球范圍內扮演更重要的角色。
氫能既提供了產業(yè)政策的增長潛力，也提供了支持德國和歐洲經濟應對后疫情時期的機會。
德國《國家氫能戰(zhàn)略》的頒布，是為氫氣的生產和使用開拓市場，即實現所謂的市場加速。為了確保這一目標成功，該戰(zhàn)略承諾將采用投資支持，運營成本減免，能源政策框架和二氧化碳定價等適當組合形式來共同促進行業(yè)發(fā)展。
眾所周知，研發(fā)和技術出口一直是德國工業(yè)和汽車界的制勝法寶，在動力電池丟失陣地的今天，今后必須要找到新的能源技術的制高點，從而建立新的護城河并引領潮流并保持領先地位。 這樣一來，就可以在全球的氫市場繼續(xù)降低開發(fā)和使用氫技術的成本，同時增強和維持德國公司的競爭力。
一旦解決了產業(yè)上游制氫的成本和效率問題，創(chuàng)新性的氫能應用就能大顯身手。
更具體地說，2024年，德國將提供4.45億歐元的資金用于工業(yè)中的氫氣使用。
此外，德國剛剛決定將投資90億歐元作為一項全面刺激計劃的一部分—— 70億將用來壯大整個氫價值鏈， 20億歐元專用于氫氣的“國際合作”：
德國宣布與北非摩洛哥建立合作伙伴關系——在那里將建造一個采用德國技術的電解廠——聯邦政府希望借此機會擴大德國電解槽機和其他氫技術的出口。
除了與非洲國家建立伙伴關系外，歐洲還計劃建立歐洲伙伴關系。 例如：由清潔技術公司Sunfire牽頭的一個財團希望在挪威生產合成煤油，這是制氫的副產品。 與葡萄牙和西班牙等歐洲最陽光國家的合作也箭在弦上。
此外，在電解（可獲取不含CO2的綠色氫氣）或燃料電池的開發(fā)和生產方面，德國公司在氫能領域一直堅持創(chuàng)新，并取得了一系列成功。德國也期望在這方面給予助力：
在研發(fā)領域，到2022年，德國每年將提供1億歐元資金用于支持能源轉型實驗室 （BMWi創(chuàng)意大賽）。目前許多實驗室正在研究氫技術。此外，德國也將進一步擴展面向應用的研究項目：例如“ Metha-Cycle”——這個研究小組目前正在實際測試一種用于處理綠氫的新系統(tǒng)。
然而，即便德國氫能戰(zhàn)略的最重要目標之一，是發(fā)展并確保全國無CO2綠色氫的供應。但迄今為止，綠氫生產仍非常昂貴，并且只能在較小的規(guī)模上生產。
為了長期安全地大規(guī)模存儲氫氣，遠距離運輸和分配氫氣，仍然缺少基礎設施。因此，德國將不得不進口大量的無二氧化碳和二氧化碳中性氫。市場預計，到2030年，預計氫需求量約為90到110太瓦小時（TWh）。
為了供應國內市場，到2030年，德國將建設總發(fā)電量高達5吉瓦（GW）的綠色氫發(fā)電廠，包括海上和陸上所需的能源——這個雄心勃勃的目標對應于20兆瓦時（TWh）的可再生能源對電力的額外需求。
為了滿足剩余這些需求，特別是在歐盟，需要可靠的合作伙伴來生產和運輸氫以及進口氫。這也為擴大歐盟內部能源市場以及與陽光充足，多風的發(fā)展中國家（在可再生能源領域具有巨大潛力）開展合作提供了機會。德國可以從中進口有價值的綠色氫，以增加自己的產量。
在這些大動作之下，天然氣基礎設施也將不得不隨之改變——而這些都從屬于國家氫戰(zhàn)略的主題范圍。
叁
氫能戰(zhàn)略與汽車產業(yè)
氫燃料電池一直以來都是汽車行業(yè)替代動力的討論熱點，有一部分觀點認為，氫燃料電池甚至是最終的汽車動力技術的解決方案。能源變局下，以二次能源作為載體的汽車（動力電池，氫燃料電池等）成為了必然會出現的產物。傳統(tǒng)汽車如果以汽油為燃料，就只能燒汽油，柴油車只能燒柴油。但使用二次能源的交通工具可以使用任何一種類型的燃料，不管是煤炭，石油，天然氣、風能，太陽能，還是其他能發(fā)電的一次能源都可以。一切只取決于當時當地哪種能源最具成本效應。
因此，德國《國家氫能戰(zhàn)略》一部分措施也不可避免的涉及到了汽車產業(yè)，其要點包括:
1. 繼續(xù)目前的支持項目，擴大可替代燃料汽車、卡車、公交、車隊的補貼力度；
2. 補貼汽車清潔能源的研發(fā)；
3. 繼續(xù)推廣德國氫能示范區(qū)項目；
4. 加大加氫站在內的基礎設施建設和相關標準建立；
5. 支持建立有競爭力的燃料電池系統(tǒng)供應鏈以及相關驗證研發(fā)機構；
6. 城鎮(zhèn)交通中清潔能源的目標導向；
7. 施行以碳排放為基礎的卡車稅費；
8. 促進氫燃料電池汽車相關標準國際統(tǒng)一（如充氫標準，氫氣質量，校準，氫燃料汽車準入等）
交通部門受到了極大的關注，有跡象表明它可能是氫能最早應用的領域之一，尤其是在公共汽車，重型卡車和火車上。目前，氫燃料電池在德國已經用于區(qū)域列車。
此外，歐洲的車企和供應商也紛紛布局，正在轉向燃料電池的重型卡車的研發(fā)。歐洲最大的兩家商用車制造商戴姆勒與沃爾沃集團在此前宣布將在年底之前成立股比50：50的合資公司，共同研發(fā)燃料電池商用車。
全球最大的Tier1博世集團也重金投入商用車重卡氫燃料電池研發(fā)和零部件，除了為北美重卡明星初創(chuàng)企業(yè)尼古拉供應燃料電池組件之外，同時也與瑞典的Powercell展開合作，計劃在2022年之前開啟燃料電池系統(tǒng)及零部件的量產。
再來看加氫站的建設規(guī)劃。
截至2019年底，全球共有432個正在運營的加氫站 （其中330個是面向大眾開放的）, 其中歐洲有177個，亞洲有178個（其中日本有114個，韓國有33個，在中國，有27個加氫站幾乎專門為公共汽車或卡車加氫），在美國，2019年僅加開了8個加氫站，而在阿拉伯地區(qū)只有1個。
自2007年以來，德國政府一直在通過氫與燃料電池技術國家創(chuàng)新計劃（NIP）來促進加氫站技術的擴展。
截至2020年2月，德國共有87個加氫站，其中H2 Mobility 聯盟及其合作伙伴運營的有76個（注: 2015年，H2 Mobility聯盟成立，背后的企業(yè)除了戴姆勒之外，還有法國液化空氣集團、林德、OMV、殼牌和道達爾）。僅在2019年一年，德國就增建了22個加氫站。2019年11月的意向書指出，H2 Mobility公司計劃在未來兩年內開設多達30個加氫站。
加氫站的規(guī)模也將越來越大——在現在每天加氫40至50輛的基礎上提高三倍。此外還計劃在選定的地點為商用車加氫。 專家估計，目前在德國建造一個加氫站的成本約為一百萬歐元。
聯邦運輸和數字基礎設施部（BMVI）和H2 Mobility宣布，繼續(xù)擴大氫氣基礎設施，計劃2020年建成100個加氫站，到2021年，德國將有130個加氫站投入運營。
新的加氫站將在氫需求最大的地區(qū)建造，但是沒有提供進一步的具體位置信息。
肆
歐盟能源系統(tǒng)整合策略
三大支柱及三個階段
回到歐盟和德國戰(zhàn)略的文本，即德國一手促成的《歐盟氫能戰(zhàn)略》和《歐盟能源系統(tǒng)整合戰(zhàn)略》，這兩個戰(zhàn)略為歐盟提出了一個新的清潔能源一體化投資議程，并與歐盟委員會的下一代歐盟復蘇計劃和《歐洲綠色協議》相得益彰，最終可能起到一石二鳥的連鎖激勵作用并達成以下目標：
占歐盟溫室氣體排放量75％的能源系統(tǒng)必須從根本上重建，在2050年之前實現氣候中和。
根據委員會的說法，計劃中的投資也可以為新冠危機后的經濟復蘇提供重要動力。
《歐盟能源系統(tǒng)整合戰(zhàn)略》的核心是交通，工業(yè)，電力和建筑領域的耦合，到目前為止，這些行業(yè)始終遵循自己行業(yè)的內部規(guī)則，各自為戰(zhàn)。
為了解決這個長期的痛點，現在歐盟為向綠色能源過渡搭建了整體框架，旨在讓不同的能源生產載體、基礎設施及消費行業(yè)彼此關聯，實現統(tǒng)一規(guī)劃和運營，以提高效率并降低成本。
這包括三大支柱：
第一，一個以能效為核心的更易于“循環(huán)”的能源系統(tǒng)，更有效地利用本地能源，同時最大程度實現當地工廠、數據中心等排放出的廢熱以及由生物廢物或廢水處理廠產生的能源的再利用。
第二，在消費終端領域大力推進電氣化，簡而言之就是“出行的電動化”，具體地說，“除了擴大太陽能和風能外，還有一個由電動汽車充電站組成的100萬個充電網絡”應算在可見的成果之中，甚至在之前的報告中提到終極目標是全歐盟建設約200萬個充電站。另外智能充電解決方案和V2G技術被稱為“必要保證”，以減少對網絡容量的昂貴投資。
第三，對于難以實現電氣化的領域，則用可再生氫能、可持續(xù)生物燃料和沼氣替代。為此，委員會打算提出一種新的分類和認證制度，以便能夠對可再生和低碳燃料進行此類標記。
因此，氫在“綜合能源系統(tǒng)”中有其自己舉足輕重的作用。能源的利用形式，并不能孤立地看，只有橫向的耦合和綜合利用才是真正的出路。電池技術，結合氫儲能，加上可再生能源和甚至天然氣的合理利用，會帶來極佳的綜合效益。
在歐盟的《歐盟氫能戰(zhàn)略》計劃中，“氫能源略”作為“能源一體化戰(zhàn)略”的關鍵，將為工業(yè)生產、交通運輸等領域實現去碳化。該戰(zhàn)略旨在通過投資，監(jiān)管，市場創(chuàng)建以及研究和創(chuàng)新等一系列措施來幫助將這種潛力轉化為現實。
歐盟將氫能戰(zhàn)略分為三個階段共30年的“ 三步走”計劃：
第一階段（2020-2024年）
歐盟將在境內建造一批單個功率達100MW的綠氫電解設備，約相當于每小時1.7噸的制氫能力。2024年前，全歐的綠氫制備總功率將達到6GW，綠氫年產量超過100萬噸。
目前歐盟的氫氣年產量雖高達980萬噸，但其中只有不到10%是綠氫。雖然最終目的是生產來自風能和太陽能的可再生綠氫，但是考慮現狀委員會意識到短期內不可能做到這一點，“需要其他形式的低碳氫以快速減少排放并支持可行市場的發(fā)展”。
與此同時作為過渡，所有藍氫設備將全面完成碳捕捉和儲存設施的安裝，以達到從低碳過度到零碳目的。
第二階段（2025-2030年）
在繼續(xù)加大綠氫制備產能的基礎上，建成多個所謂“氫谷”（Hydrogen Valleys）的地區(qū)性制氫產業(yè)中心——這可以通過規(guī)模效應以較低廉的價格為人口聚集區(qū)供氫，且這些氫谷也是未來泛歐氫能網絡的骨架。
預計到2030年，歐盟的綠氫年產能將超過1000萬噸，綠氫制備總功率達到40 GW。歐盟的氫能市場規(guī)模將從如今的20億歐元上升至1400億歐元，并創(chuàng)造14萬個相關就業(yè)崗位。
第三階段（2030-2050年）
重點是氫能在能源密集產業(yè)的大規(guī)模應用，典型代表是鋼鐵行業(yè)和物流運輸行業(yè)。前者除了使用氫氣的直接還原計劃外，當前沒有任何可行的方法可以減排；后者受限于動力電池無法輕量化的劣勢，唯有使用燃料電池才能徹底替代現有的柴油動力系統(tǒng)。
在交通運輸領域，歐盟計劃規(guī)定在城市公交車，商業(yè)車隊（例如出租車）和“鐵路網的特殊部分”中使用氫氣，而且也提到了重型卡車，除此之外在（內陸）船舶上使用氫氣也是在考慮范圍內的，并且很快就會變得更具吸引力。
前不久，歐洲議會環(huán)境委員會投票通過，將海上運輸產生的二氧化碳排放納入歐盟排放交易體系。這是一個明確的信號——也旨在促進航運業(yè)的脫碳。
結
波士頓咨詢集團（BCG）的專家在之前的一項研究中表示：“綠色氫氣除了其真正發(fā)展的潛力以外，目前還存在危險的炒作。”
因此，研究作者認為，對氫能這項非常有前景的技術，不應投入數十億美元用于建立氫能社會的愿景，投資應該專注于具有經濟意義的應用領域，它們首先是工業(yè)、重型貨車以及航空、航運領域。
如今，德國《國家氫能戰(zhàn)略》，《歐盟氫能戰(zhàn)略》和《歐盟能源系統(tǒng)整合戰(zhàn)略》的相繼出臺，無疑為氫能的可持續(xù)發(fā)展提供了方向和有力保證, 被視為歐盟未來能源領域重要藍圖之一，也是歐盟在新冠疫情后經濟刺激計劃中的重要一環(huán)。
2050年，如果達到全歐盟碳中和、氫能將滿足全歐盟24%的能源需求、創(chuàng)造至少540萬個就業(yè)崗位。
然而，僅有能源戰(zhàn)略計劃是不夠的。
歐盟和德國還必須著力于加強區(qū)域內能源基礎設施互聯，不斷完善能源市場體系，追求內部能源市場貿易自由和效率。為此，歐盟委員會在能源計劃發(fā)布當天，還宣布成立了歐洲清潔氫能聯盟——該聯盟由相關產業(yè)領導者、民間機構、國家、地區(qū)官員、歐洲投資銀行共同構成。
另外，還需要大批企業(yè)家和投資人的參與和支持。BCG專家預測，如果政治和工業(yè)集中在這些領域，那么2050年綠色氫氣市場可能會增長到1萬億美元。
可見，不僅是各國政府要考慮利用氫氣來實現2050氣候目標，全球企業(yè)也在重新定位自己，以在無化石燃料的未來發(fā)揮自己的作用。
歐盟和德國氫能戰(zhàn)略和發(fā)展計劃正式通過后，系統(tǒng)建設涉及的不僅是能源，更是相關技術集成，連帶其他行業(yè)的技術革新。
趨勢和政策都支持使用完全用取之不盡的可再生能源如太陽能風能等 （注：太陽能風能等發(fā)電目前已經達到德國用電的56%！）來生產氫能，從而擺脫越來越枯竭并污染環(huán)境的化石能源（石油天然氣等）。
如果使用綠色氫氣是可行的方案之一，那么它就不可能與其他技術方案之間進行簡單的比較——因為這種比較是一個融合效率，可用性和靈活性相互作用的綜合問題，我們應該拒絕任何限制應用的可能性。不要忘了，綠色氫氣本身也是多功能的。
如今，歐洲氫能技術新興企業(yè)已經如雨后春筍出現，過去一直只有技術而無市場的歐洲氫能發(fā)展局面將迅速改觀——這才是一場真正徹底的能源巨變。
完
特邀撰稿：胡靜文
作者微信：Huluwade
作者簡介：現就職于德國斯圖加特某世界頂級汽車供應商動力總成前瞻研發(fā)部門，負責技術戰(zhàn)略轉型和新能源系統(tǒng)構架以及技術方案集成等。
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