在實(shí)現(xiàn)碳中和的道路上，全世界都意識(shí)到了氫能發(fā)展的潛力，歐洲也不例外。8月17日，英國(guó)商業(yè)、能源與產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部（BEIS）發(fā)布《英國(guó)國(guó)家氫能戰(zhàn)略》，提出到2030年，英國(guó)將成為全球氫能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，擁有5GW的氫生產(chǎn)能力，可替代天然氣，為300萬(wàn)戶(hù)英國(guó)家庭提供電力。該戰(zhàn)略預(yù)計(jì)，到2050年，英國(guó)約20%—35%的能源消費(fèi)來(lái)自于氫，這一比例大大高于全球平均水平（10%）。
在歐洲，看好氫能發(fā)展的不止是英國(guó)。早在去年6月，德國(guó)就對(duì)外公布了《德國(guó)國(guó)家氫能戰(zhàn)略》，意欲借助氫能早日實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。特別值得一提的是，該戰(zhàn)略明確了綠氫是未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)。德國(guó)的目標(biāo)是2030年前將電解水綠氫產(chǎn)能提高至5GW，2040年達(dá)到10GW。而使用碳捕獲和儲(chǔ)存(CCS)的天然氣制氫（藍(lán)氫）在德國(guó)極具爭(zhēng)議，只能“在過(guò)渡性基礎(chǔ)上”使用。
就在德國(guó)推出國(guó)家氫能戰(zhàn)略的一個(gè)月后，歐盟委員會(huì)在7月8日推出了歐盟層面的氫能戰(zhàn)略。歐盟戰(zhàn)略同樣把綠氫作為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)，并設(shè)定目標(biāo)要在2030年前讓歐盟境內(nèi)的電解水綠氫產(chǎn)能達(dá)到40GW。除了化學(xué)工業(yè)，氫氣也將用于鋼鐵工業(yè)和交通運(yùn)輸。使用綠色氫作為長(zhǎng)期儲(chǔ)能也將是至關(guān)重要的。
可以看出，歐盟內(nèi)部對(duì)綠氫的發(fā)展寄予厚望。德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)部長(zhǎng)彼得·阿爾特邁爾（PeterAltmaier）對(duì)外宣稱(chēng)：“我們必須為德國(guó)確立，在氫技術(shù)領(lǐng)域世界第一的道路。”歐洲各國(guó)已經(jīng)紛紛開(kāi)始著手布局氫能產(chǎn)業(yè)，力圖成為相關(guān)氫能技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，并且將氫能源的發(fā)展納入其經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇計(jì)劃的一部分。
“明天的石油”
作為歐洲第一大經(jīng)濟(jì)體，德國(guó)政府發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的路徑很清晰——使用綠氫，支持市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，并建立相應(yīng)的價(jià)值鏈?！熬G氫是明天的石油。靈活的能源載體對(duì)于能源轉(zhuǎn)型必不可少，并為我們開(kāi)辟了新的市場(chǎng)?！钡聡?guó)教育及研究部對(duì)外表示，“我們必須抓住獨(dú)特的機(jī)會(huì)，利用我們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)成為全球能源轉(zhuǎn)型的供應(yīng)商。”
發(fā)展氫能已經(jīng)成為歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇計(jì)劃的一部分。德國(guó)決定將投資90億歐元發(fā)展氫能，其中70億將用來(lái)壯大整個(gè)氫價(jià)值鏈，20億歐元專(zhuān)用于氫的“國(guó)際合作”。
在近期《德國(guó)商報(bào)》舉辦的數(shù)字能源行業(yè)會(huì)議上，彼得·阿爾特邁爾表示，到2030年，德國(guó)實(shí)現(xiàn)5GW的綠色氫生產(chǎn)能力將是“現(xiàn)實(shí)的”。但是，這顯然不足以滿(mǎn)足預(yù)計(jì)的需求。這就是為什么需要一個(gè)運(yùn)作良好的制氫網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)該國(guó)的雄心壯志。
通過(guò)提高效率和直接用清潔電力代替化石燃料，可以避免當(dāng)前溫室氣體排放的很大一部分。但是在許多活動(dòng)中這種方法不起作用。例如，目前還沒(méi)有能夠?yàn)榇笮惋w機(jī)和船舶提供動(dòng)力的電池技術(shù)。這一戰(zhàn)略在許多工業(yè)部門(mén)也將失敗——例如，化工或煉鋼，因?yàn)楫?dāng)前的過(guò)程不可避免產(chǎn)生二氧化碳排放，所以需要全新的生產(chǎn)方法及流程。在這里，電解槽中制造的綠色氫已成為實(shí)現(xiàn)碳中和所需深度減排的主要候選者。
德國(guó)重工業(yè)已經(jīng)在其長(zhǎng)期脫碳計(jì)劃中大力押注綠氫。許多能源密集型德國(guó)公司，如化工集團(tuán)巴斯夫(BASF)或鋼鐵制造商蒂森克虜伯(ThyssenKruppAG)，已經(jīng)制定了大幅減排的詳細(xì)計(jì)劃，但缺乏可行的商業(yè)模式來(lái)實(shí)施這些計(jì)劃——不僅因?yàn)榫G氫仍然太貴，還需要大量投資使其能夠大規(guī)模使用。
但是，這些行業(yè)的許多公司已經(jīng)啟動(dòng)了試點(diǎn)項(xiàng)目來(lái)測(cè)試綠氫技術(shù)。例如，鋼鐵制造商薩爾茨吉特(Salzgitter)提議使用氫來(lái)制造碳中和鋼，但它表示無(wú)法實(shí)現(xiàn)其計(jì)劃，因?yàn)樗鼈儗⒒ㄙM(fèi)數(shù)十億歐元——在不改進(jìn)最終產(chǎn)品的情況下，鋼會(huì)變得更加昂貴。行業(yè)專(zhuān)家表示，政府必須找到一種方法使該技術(shù)具有商業(yè)可行性——例如通過(guò)投資補(bǔ)貼以及廉價(jià)且豐富的可再生能源電力。
化工制造商也是如此。該行業(yè)在一項(xiàng)研究中表示，到2050年，如果額外投資約450億歐元，它可能會(huì)在很大程度上實(shí)現(xiàn)溫室氣體中和。但從2030年代中期開(kāi)始，每年將需要超過(guò)600太瓦時(shí)(TWh)的電力——超過(guò)德國(guó)目前的全部電力生產(chǎn)——主要用于生產(chǎn)氫和其他可再生燃料。鋼鐵行業(yè)還宣布將需要大量可再生電力來(lái)實(shí)現(xiàn)脫碳。這些數(shù)字表明，德國(guó)將不得不進(jìn)口其未來(lái)綠氫需求的大部分，無(wú)法用可再生能源生產(chǎn)足夠數(shù)量的燃料。
隨著新冠疫情對(duì)全球經(jīng)濟(jì)造成影響，國(guó)家的支持變得更加緊迫。畢竟，隨著各大公司利潤(rùn)的下降，它們對(duì)昂貴、低排放項(xiàng)目的興趣也會(huì)減弱。但這場(chǎng)危機(jī)也提供了機(jī)會(huì)，以“綠色刺激”計(jì)劃的形式，低排放氫能項(xiàng)目將被納入政府使經(jīng)濟(jì)重回正軌的投資一部分。
成本壓力
為了尋求全球綠色氫能的領(lǐng)導(dǎo)地位，德國(guó)啟動(dòng)了三個(gè)旗艦綠氫示范項(xiàng)目。在征求意見(jiàn)后，該國(guó)研究部表示將提供總計(jì)約7億歐元的資金支持這些項(xiàng)目?！癏2Giga”致力于使電解槽的批量生產(chǎn)具有競(jìng)爭(zhēng)力并最大限度地減少生產(chǎn)錯(cuò)誤；“H2Mare”將研究使用海上離網(wǎng)風(fēng)力渦輪機(jī)生產(chǎn)氫氣和下游產(chǎn)品，如甲烷、氨和燃料，以最大限度地降低成本；“TransHyDE”致力于研究短距離、中距離和長(zhǎng)距離的氫傳輸。
綠氫由電解槽產(chǎn)生，電解槽使用可再生電力和水來(lái)生產(chǎn)氫和氧。有兩個(gè)主要成本要素，電解槽安裝的資本成本(capex)和運(yùn)行、維護(hù)成本(opex)。而其中最大的運(yùn)營(yíng)成本（大約95%）是電力成本。電解槽制造商估計(jì)資本支出/運(yùn)營(yíng)支出比例約為20/80（一年內(nèi)滿(mǎn)負(fù)荷的利用率為40%）。這意味著80%的成本歸因于運(yùn)營(yíng)支出和電力，20%歸因于資本支出。
現(xiàn)在，大部分氫氣都由天然氣生產(chǎn)，成本為1.4歐元/公斤，如果添加二氧化碳成本約為每噸50歐元，則為1.80歐元/公斤。增加碳捕獲和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，以避免75%的CO?排放，將增加化石能源制氫成本，約為2.2歐元/公斤。相比之下，可再生能源制氫的成本在3.4—6.6歐元/公斤之間。因此，化石能源制氫和綠氫之間的平均成本差距約為3歐元/公斤。
雖然對(duì)未來(lái)全球可再生氫生產(chǎn)能力的估計(jì)在33GW到90GW之間，但項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商預(yù)計(jì)在沒(méi)有政策支持的情況下，綠氫沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性?？稍偕茉粗茪涞某杀局饕Q于：(1)可再生電力的成本；(2)電解槽的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，或所謂的容量系數(shù)；(3)電解槽系統(tǒng)成本。
可再生電力是最大的成本組成部分，已經(jīng)有望變得更便宜。從2010年到2019年，公用事業(yè)規(guī)模太陽(yáng)能光伏發(fā)電、海上風(fēng)電和陸上風(fēng)電的成本（LCOE）分別下降了82%、47%和39%。這些趨勢(shì)預(yù)計(jì)將持續(xù)下去。
而電解槽需要相當(dāng)大的投資成本。將這些成本分?jǐn)偟奖M可能多的年度運(yùn)行小時(shí)數(shù)上，可以降低總體制氫成本。以620歐元/千瓦的電解槽系統(tǒng)成本計(jì)算，每年需要超過(guò)5400小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間才能使生產(chǎn)成本低2歐元/公斤，如果二氧化碳的價(jià)格為50歐元/噸，那么在使用化石能源制氫的情況下，無(wú)論有沒(méi)有碳捕獲，都可以達(dá)到收支平衡?？紤]到規(guī)模經(jīng)濟(jì)，電解槽的成本將下降。目前全球電解槽的產(chǎn)量約為每年135MW，其中最大的制造商年產(chǎn)量約為10-20MW。增加生產(chǎn)規(guī)模通常會(huì)降低單位生產(chǎn)的成本。每年1GW產(chǎn)能，也就說(shuō)產(chǎn)量增加50到100倍，將釋放可觀的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
同樣，將電解廠(chǎng)的規(guī)模從1MW增加到100MW或更高將大大降低成本。增加可再生氫將需要額外的政策支持。雖然可再生電力已經(jīng)走上降低成本的軌道，但電解槽系統(tǒng)成本也需要降低。更便宜的電解槽將通過(guò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)，然而，可預(yù)測(cè)和穩(wěn)定的氫氣需求是電解槽制造商擴(kuò)大生產(chǎn)和改進(jìn)技術(shù)的先決條件。
由此可見(jiàn)，綠氫仍然比具有碳捕獲和儲(chǔ)存(CCS)的藍(lán)氫貴2-3倍。最大的成本驅(qū)動(dòng)因素是用于將水分解為氫氣和氧氣的電力。然而，對(duì)于具有競(jìng)爭(zhēng)力的綠氫生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，低電力成本本身是不夠的。如果綠色氫要與基于化石燃料的低碳替代品競(jìng)爭(zhēng)，還需要降低電解設(shè)施的投資成本。
正如歐盟委員會(huì)發(fā)布的2020年氫戰(zhàn)略所言，今天，即使是創(chuàng)記錄的碳價(jià)背景下，可再生氫生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。簡(jiǎn)而言之：市場(chǎng)上對(duì)完全脫碳?xì)錄](méi)有過(guò)多的需求，預(yù)計(jì)這種需求也不會(huì)在這十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
即使二氧化碳價(jià)格為100—200歐元/噸，歐盟排放交易體系也不會(huì)充分激勵(lì)可再生氫的生產(chǎn)，因此需要額外的政策支持。彼得·阿爾特邁爾承認(rèn)，不可能在德國(guó)用可再生能源生產(chǎn)足夠的氫氣，必須從風(fēng)能和太陽(yáng)能密集型國(guó)家建立進(jìn)口產(chǎn)業(yè)，以實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放目標(biāo)。
盡管?chē)@綠色氫氣大肆宣傳，但去年國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(Irena)的一份報(bào)告稱(chēng)，由于生產(chǎn)成本的原因，這種燃料“不應(yīng)被視為靈丹妙藥”。因?yàn)榈聡?guó)政府完全致力于一種變體，即綠色氫，給自己帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)，德國(guó)一位能源專(zhuān)家警告道。藍(lán)色氫可以為越來(lái)越多地用于綠色氫的氫基礎(chǔ)設(shè)施鋪平道路。“不利用這個(gè)機(jī)會(huì)是有風(fēng)險(xiǎn)的”。
