前言：提供無(wú)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(guò)使用可再生電力或核能來(lái)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(chǔ)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(jiǎn)而言之，氫能發(fā)展對(duì)歐盟在2050年前實(shí)現(xiàn)無(wú)碳計(jì)劃發(fā)揮著重要作用。

1.應(yīng)優(yōu)先啟動(dòng)工業(yè)氫經(jīng)濟(jì)布局

歐盟的目標(biāo)是在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。當(dāng)今社會(huì)中用能密度不同的各個(gè)領(lǐng)域 - 工業(yè)，交通運(yùn)輸，農(nóng)業(yè)，住宅應(yīng)用 –要么由電子(電)，要么由分子(通過(guò)燃煤不同類型的燃料產(chǎn)生熱能)提供驅(qū)動(dòng)力。目前，在降低電力生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放方面采取了幾個(gè)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(wèn)題的，正如大多數(shù)模型預(yù)測(cè)的那樣，分子將繼續(xù)在為我們的經(jīng)濟(jì)提供能源方面發(fā)揮重要作用。

提供無(wú)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(guò)使用可再生電力或核能來(lái)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(chǔ)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(jiǎn)而言之，氫氣對(duì)歐盟在2050年前實(shí)現(xiàn)無(wú)碳計(jì)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(jì)領(lǐng)域具有多種潛在應(yīng)用。它可以幫助我們對(duì)運(yùn)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(shí)施脫碳。本報(bào)告重點(diǎn)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(jì)的發(fā)展應(yīng)優(yōu)先啟動(dòng)的原因有兩個(gè)：

首先，并非所有工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程都可以用電來(lái)驅(qū)動(dòng)，還有很多需要碳中性能源載體來(lái)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(fèi)領(lǐng)域。我們的分析和案例研究(見第2章)展示了氫氣廣泛的應(yīng)用，例如使用氫氣為工業(yè)過(guò)程提供能量(如高溫加熱)。在所有這些應(yīng)用中，氫作為無(wú)碳替代物，在取代碳基工藝方面有巨大潛力。

第二個(gè)原因是工業(yè)活動(dòng)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(shí)現(xiàn)規(guī)模化、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(dòng)氫的使用。與交通運(yùn)輸或住宅用途相比，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)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(shí)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(guò)蒸汽甲烷重整(SMR)產(chǎn)生。隨著時(shí)間的推移，制氫面臨的挑戰(zhàn)將是實(shí)現(xiàn)無(wú)碳或碳中性(綠色或藍(lán)色氫)的技術(shù)來(lái)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(guò)電解產(chǎn)生氫氣或通過(guò)碳的回收利用來(lái)產(chǎn)生可用作合成燃料的合成氣。

許多此類無(wú)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(guò)技術(shù)驗(yàn)證，正在實(shí)施小規(guī)模的試驗(yàn);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(jì)效益。換句話說(shuō)，這些技術(shù)屬于經(jīng)濟(jì)學(xué)家所謂的技術(shù)曲線的“死亡之谷”階段。

我們針對(duì)把電解作為SMR無(wú)碳替代品的經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行了建模研究(見第3章)，結(jié)果表明電解在2030年左右可能具有經(jīng)濟(jì)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(yáng)能光伏發(fā)電驚人的成本降低速度相比，這個(gè)假設(shè)是合理的。

無(wú)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(zhǎng)的時(shí)間周期。預(yù)計(jì)到2050年，我們?nèi)孕枰罅恳苑肿有问酱嬖诘哪芰枯d體，雖然我們?cè)O(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(shí)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(shí)現(xiàn)綠色氫，我們需要立馬采取行動(dòng)。

3. 藍(lán)色氫可以減少排放，推動(dòng)建立氫能經(jīng)濟(jì)

本報(bào)告認(rèn)為，到2050年實(shí)現(xiàn)無(wú)碳經(jīng)濟(jì)很可能需要以氫為基礎(chǔ)的技術(shù)，工業(yè)應(yīng)用是啟動(dòng)氫經(jīng)濟(jì)的“主戰(zhàn)場(chǎng)”。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?yàn)樗饕獊?lái)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(shí)間。

通過(guò)捕獲和儲(chǔ)存制造過(guò)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(chǔ)存(CCS)的SMR，已接近商業(yè)應(yīng)用水平。如果碳交易(ETS)價(jià)格上漲到30歐元/噸左右，并且可以建成適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸和儲(chǔ)存設(shè)施，藍(lán)色氫氣可能在未來(lái)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(guò)程碳中性，可以幫助以及時(shí)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(jì)做好準(zhǔn)備。如果從灰色到藍(lán)色的過(guò)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(jì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈，如開發(fā)氫運(yùn)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(diǎn)尤為重要。

以此來(lái)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(guò)渡，它具有額外的好處 - 如果做得恰當(dāng) - 可以加速社會(huì)向綠色氫氣的過(guò)渡。然而，為了使藍(lán)色氫氣生產(chǎn)變得切合實(shí)際，政府必須明確其社會(huì)可接受性，制定運(yùn)輸和儲(chǔ)存價(jià)格體系，并在必要的時(shí)候?qū)⑵浼{入支持低碳技術(shù)發(fā)展的財(cái)政計(jì)劃。

4. 政府需要及時(shí)推動(dòng)氫能市場(chǎng)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(見第4章)。第一個(gè)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(jià)過(guò)高的問(wèn)題。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，二氧化碳的負(fù)外部性在能源市場(chǎng)的價(jià)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(dòng)二氧化碳減排的重要舉措之一，會(huì)產(chǎn)生明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)收益，但這在能源市場(chǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(chǎng)拉動(dòng)不足。

為了消除這一障礙，政策制定者應(yīng)確保碳交易價(jià)格充分反映碳排放的負(fù)外部性。建立一個(gè)穩(wěn)定的歐洲排放交易體系(ETS)至關(guān)重要，同時(shí)還應(yīng)引導(dǎo)形成合理的價(jià)格軌跡。由于擔(dān)心扭曲其工業(yè)部門的公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，并避免向國(guó)際能源市場(chǎng)發(fā)送扭曲的價(jià)格信號(hào)，各國(guó)政府對(duì)引入碳定價(jià)形式猶豫不決。此外，應(yīng)認(rèn)識(shí)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(chǎng)的方式，建立綠色或可再生氫氣市場(chǎng)。

第二個(gè)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(shì)，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(jìng)爭(zhēng)。然而，正如歷史上的許多例子所表明的那樣，臨時(shí)幫助特定技術(shù)跨越“死亡之谷”有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(yàn)表明，旨在增加裝機(jī)容量和規(guī)模的有針對(duì)性的政策可以大幅加快降低成本的步伐。最后，政府因?yàn)檫x擇輸家而損壞名譽(yù)的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，因?yàn)榈?050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(shí)間內(nèi)尋求公共財(cái)政支持是十分有必要的，尤其借助穩(wěn)定的財(cái)政支持開展項(xiàng)目示范。公共機(jī)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(shí)現(xiàn)承諾，同時(shí)與社會(huì)資本共同分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)和回報(bào)。

5.制定有效的行動(dòng)計(jì)劃，促進(jìn)共同協(xié)作并降低不確定性風(fēng)險(xiǎn)

工業(yè)氫能投資的第三個(gè)障礙是商業(yè)案例中關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)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(gè)例子是關(guān)于氫運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)管和所有權(quán)的不確定性。整體而言，在實(shí)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(guó)家層面協(xié)作的明確發(fā)展目標(biāo)和行動(dòng)計(jì)劃。這種戰(zhàn)略將進(jìn)一步明確各國(guó)的承諾，從而降低與工業(yè)氫能投資相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，該戰(zhàn)略應(yīng)提出監(jiān)管和所有權(quán)模式。運(yùn)輸和存儲(chǔ)相配套的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可能遭遇市場(chǎng)推動(dòng)困難的問(wèn)題。因此，該戰(zhàn)略還應(yīng)包括當(dāng)局打算如何應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題的指導(dǎo)方針。

第四個(gè)障礙是缺乏協(xié)調(diào)。案例研究表明，氫能項(xiàng)目通常涉及多個(gè)利益相關(guān)者，有時(shí)甚至是非常不同的利益相關(guān)者，并且往往涉及到相對(duì)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(diǎn)，例如在空間規(guī)劃政策中。另一個(gè)需要協(xié)調(diào)的領(lǐng)域是歐盟成員國(guó)之間。成員國(guó)政策與碳交易定價(jià)、財(cái)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(wú)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(xiǎn)。這在以歐洲為代表的、工業(yè)活動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的全球市場(chǎng)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(gè)公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，在這個(gè)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(bào)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(jì)。為碳中性經(jīng)濟(jì)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。