引

作为一种高效洁净的能源载体，氢能的广泛应用一直被寄予厚望。

2020年6月10日，德国联邦内阁在经过长达半年的内部辩论后终于达成共识，批准并出台了具有里程碑意义的《德国国家氢能战略》（Die Nationale Wasswestoffstrategie)。

　　该项战略中的 三十八项具体措施为 德国的氢能源技术转型做出了重要的指引，它凸显了德国政府大力支持和发展洁净二次能源的壮志雄心和高瞻远瞩，同时也预示着曾经制约氢燃料电池技术的氢能产业链也即将迎来变革。

　　《德国国家氢能战略》的出台，可谓意义深远。它不但进一步确保了德国在氢能源技术的开发和出口方面可以继续发挥国际先驱的领导作用，同时也为德国本土氢能市场的建设与欧盟的经济复苏计划之间找到平衡。

　　《德国国家氢能战略》的最大亮点，在于明确地指出 ：只有以可再生能源为基础的氢气（绿氢）才是可持续的，这甚至还包含了氢基合成燃料（合成甲烷，煤油，甲醇和氨）——这是全世界的首个国家氢能战略，超越了氢本身，并涵盖了广义的动力燃料范畴。

　　壹

　　战略的背景和意义

　　长久以来， 来自可再生能源的电力，和更高的能源效率，是未来能源转型的两个重要支柱。

　　在气候保护决心日益增强，以及 德国颁布的弃核和退出煤电战略的背景下，德国正迫切地寻找石油和天然气等化石燃料环境友好的长期替代方案，从而成功实现能源转型。

　　长久以来，在德国这样的工业国家，气态和液态能源是能源系统的重要组成部分。面向未来，在某些工业和运输领域中，气态和液态能源仍将是必不可少的。

　　而氢作为能量转换的重要关键元素，充满了潜力，有许多可能的用途。

　　借助接棒欧盟轮值主席国的契机，德国积极地推动欧盟委员会，在欧盟委员会日之前发布了《欧盟氢能战略》和《欧盟能源系统整合策略》——其目的也很明确，就是要将氢能源整合到欧盟的综合能源系统中，并且交通运输部门首当其冲。

　　近日，德国联邦经济事务部长彼得·阿尔特迈尔（Peter Altmaier）也宣告了《德国国家氢能战略》，在发布会上， 彼得·阿尔特迈尔慷慨激昂的表示：

　　“今天，我们必须为德国确立，在氢技术领域世界第一的道路。”

　　这项氢能战略在德国政府内部，讨论了长达半年之久。之所以用了如此之长的时间，其核心点就在于：到底要使用何种途径生产氢能，才最符合德国环境和氢能产业发展的利益。

　　氢能说起来简单，但还是会被大众误读。因此，在政策讨论之前，按照氢气的来源，非常有必要分清绿氢，灰氢，蓝氢的三个概念之间的异同。

　　尽管氢气的燃烧本身不产生二氧化碳，但是，纯氢在自然中并不独立存在，全球目前的氢气产量中，近99%的氢气制造仍然高度依赖天然气和煤等化石燃料，其中来自天然气的氢气产量占到76%。按照生产来源：

　　使用可再生能源电解水得到的氢气，是零排放的，也被称为“ 绿氢 ”；

　　以化石能源为原料，通过蒸汽甲烷重整（SMR）或自热重整（ATR）等方法制造的氢气，被称为“ 灰氢 ”。灰氢的 成本较低，但是碳强度较高。

　　在甲烷蒸汽重整与自热重整制氢过程中增加碳捕捉和贮存环节(CCS: Carbon Capture an Storage)， 这样制出的氢气被称为“ 蓝氢 ”。蓝氢 可以降低碳排放量，但无法消除所有碳排。

　　尽管布鲁塞尔和柏林，相继提出了欧盟和德国的氢能战略，但两者在某些方面却有所不同：

　　对于短期和中期的氢气需求，欧盟希望转换现有的生产设施，在所谓的“碳捕集与封存”过程中，二氧化碳将被分离并封存，以减少二氧化碳的排放。

　　但是，德国现在已经彻底放弃了这条路。在1月底提出的德国“国家氢能战略”草案中，还有关于“蓝氢”的讨论，包括CCS解决方案。但是，6月份批准的最终版本中，已经开始主推“绿色”氢气了——主要来自使用绿色电力运行的电解工厂。

　　从长远来看， 德国政府认为只有以可再生能源为基础的氢气（绿氢）才能维持能源转型的可持续发展。德国的目标是使用绿氢以支持快速的市场扩张，并建立相应的价值链。

　　德国政府还预测，全球和欧洲氢市场也将在未来十年内高速发展。通过生产对气候友好的氢气，可以在舍弃液体或气体能源的情况下显著减少CO2排放。

　　例如，氢可以用作化学和钢铁工业中的原材料或用作燃料电池中的燃料。每当无法直接使用可再生能源发电时，氢气都能提供帮助。此外，还可以通过使用可再生电力和水生产“绿色”氢气（电解过程）来存储和运输可再生能源等等...

　　贰

　　氢价值链

　　氢是一种用途广泛的能源载体，既可作为合成燃料的基础，又可作为存储可再生能源的媒介。那么，氢的使用在什么领域有意义，在哪些领域没有呢？　　关于未来能源世界的争论，比如缺乏可再生能源的存储可能性，能源网络的发展的降本潜力再到有争议的电动汽车的替代品- 氢燃料电池， 越来越多地揭示了Power-To-X技术的潜力。

　　氢成为了能源行业耦合的基本要素，在不能直接利用可再生能源发电的地区，绿氢及Power-To-X技术为脱碳开辟了新途径。

　　不过，要使氢成为脱碳战略的核心组成部分，整个价值链——技术，生产，存储，基础设施和使用，包括物流和基础设施的重要方面，必须予以考虑。

　　柏林颁布的战略就表示：“德国在整个价值链中都有潜力。”——这包括工业和运输部门，例如航空，航运或长途运输。

　　从这项战略当中，我们看到，德国正希望与其他欧盟成员国和国际伙伴一起联手，塑造全球氢气市场。其初衷在于：

　　除了气候保护外，氢技术还涉及许多的具体工作，和有利可图的全球市场。氢及其合成次级产品在未来将在全球范围内扮演更重要的角色。

　　氢能既提供了产业政策的增长潜力，也提供了支持德国和欧洲经济应对后疫情时期的机会。

　　德国《国家氢能战略》的颁布，是为氢气的生产和使用开拓市场，即实现所谓的市场加速。为了确保这一目标成功，该战略承诺将采用投资支持，运营成本减免，能源政策框架和二氧化碳定价等适当组合形式来共同促进行业发展。

　　众所周知，研发和技术出口一直是德国工业和汽车界的制胜法宝，在动力电池丢失阵地的今天，今后必须要找到新的能源技术的制高点，从而建立新的护城河并引领潮流并保持领先地位。 这样一来，就可以在全球的氢市场继续降低开发和使用氢技术的成本，同时增强和维持德国公司的竞争力。

　　一旦解决了产业上游制氢的成本和效率问题，创新性的氢能应用就能大显身手。

　　更具体地说，2024年，德国将提供4.45亿欧元的资金用于工业中的氢气使用。

　　此外，德国刚刚决定将投资90亿欧元作为一项全面刺激计划的一部分—— 70亿将用来壮大整个氢价值链， 20亿欧元专用于氢气的“国际合作”：

　　德国宣布与北非摩洛哥建立合作伙伴关系——在那里将建造一个采用德国技术的电解厂——联邦政府希望借此机会扩大德国电解槽机和其他氢技术的出口。

　　除了与非洲国家建立伙伴关系外，欧洲还计划建立欧洲伙伴关系。 例如：由清洁技术公司Sunfire牵头的一个财团希望在挪威生产合成煤油，这是制氢的副产品。 与葡萄牙和西班牙等欧洲最阳光国家的合作也箭在弦上。

　　此外，在电解（可获取不含CO2的绿色氢气）或燃料电池的开发和生产方面，德国公司在氢能领域一直坚持创新，并取得了一系列成功。德国也期望在这方面给予助力：

　　在研发领域，到2022年，德国每年将提供1亿欧元资金用于支持能源转型实验室 （BMWi创意大赛）。目前许多实验室正在研究氢技术。此外，德国也将进一步扩展面向应用的研究项目：例如“ Metha-Cycle”——这个研究小组目前正在实际测试一种用于处理绿氢的新系统。

　　然而，即便德国氢能战略的最重要目标之一，是发展并确保全国无CO2绿色氢的供应。但迄今为止，绿氢生产仍非常昂贵，并且只能在较小的规模上生产。

　　为了长期安全地大规模存储氢气，远距离运输和分配氢气，仍然缺少基础设施。因此，德国将不得不进口大量的无二氧化碳和二氧化碳中性氢。市场预计，到2030年，预计氢需求量约为90到110太瓦小时（TWh）。

　　为了供应国内市场，到2030年，德国将建设总发电量高达5吉瓦（GW）的绿色氢发电厂，包括海上和陆上所需的能源——这个雄心勃勃的目标对应于20兆瓦时（TWh）的可再生能源对电力的额外需求。

　　为了满足剩余这些需求，特别是在欧盟，需要可靠的合作伙伴来生产和运输氢以及进口氢。这也为扩大欧盟内部能源市场以及与阳光充足，多风的发展中国家（在可再生能源领域具有巨大潜力）开展合作提供了机会。德国可以从中进口有价值的绿色氢，以增加自己的产量。

　　在这些大动作之下，天然气基础设施也将不得不随之改变——而这些都从属于国家氢战略的主题范围。

　　叁

　　氢能战略与汽车产业

　　氢燃料电池一直以来都是汽车行业替代动力的讨论热点，有一部分观点认为，氢燃料电池甚至是最终的汽车动力技术的解决方案。能源变局下，以二次能源作为载体的汽车（动力电池，氢燃料电池等）成为了必然会出现的产物。传统汽车如果以汽油为燃料，就只能烧汽油，柴油车只能烧柴油。但使用二次能源的交通工具可以使用任何一种类型的燃料，不管是煤炭，石油，天然气、风能，太阳能，还是其他能发电的一次能源都可以。一切只取决于当时当地哪种能源最具成本效应。

　　因此，德国《国家氢能战略》一部分措施也不可避免的涉及到了汽车产业，其要点包括:

　　1. 继续目前的支持项目，扩大可替代燃料汽车、卡车、公交、车队的补贴力度；

　　2. 补贴汽车清洁能源的研发；

　　3. 继续推广德国氢能示范区项目；

　　4. 加大加氢站在内的基础设施建设和相关标准建立；

　　5. 支持建立有竞争力的燃料电池系统供应链以及相关验证研发机构；

　　6. 城镇交通中清洁能源的目标导向；

　　7. 施行以碳排放为基础的卡车税费；

　　8. 促进氢燃料电池汽车相关标准国际统一（如充氢标准，氢气质量，校准，氢燃料汽车准入等）

　　交通部门受到了极大的关注，有迹象表明它可能是氢能最早应用的领域之一，尤其是在公共汽车，重型卡车和火车上。目前，氢燃料电池在德国已经用于区域列车。

　　此外，欧洲的车企和供应商也纷纷布局，正在转向燃料电池的重型卡车的研发。欧洲最大的两家商用车制造商戴姆勒与沃尔沃集团在此前宣布将在年底之前成立股比50：50的合资公司，共同研发燃料电池商用车。

　　全球最大的Tier1博世集团也重金投入商用车重卡氢燃料电池研发和零部件，除了为北美重卡明星初创企业尼古拉供应燃料电池组件之外，同时也与瑞典的Powercell展开合作，计划在2022年之前开启燃料电池系统及零部件的量产。

　　再来看加氢站的建设规划。

　　截至2019年底，全球共有432个正在运营的加氢站 （其中330个是面向大众开放的）, 其中欧洲有177个，亚洲有178个（其中日本有114个，韩国有33个，在中国，有27个加氢站几乎专门为公共汽车或卡车加氢），在美国，2019年仅加开了8个加氢站，而在阿拉伯地区只有1个。

　　自2007年以来，德国政府一直在通过氢与燃料电池技术国家创新计划（NIP）来促进加氢站技术的扩展。

　　截至2020年2月，德国共有87个加氢站，其中H2 Mobility 联盟及其合作伙伴运营的有76个（注: 2015年，H2 Mobility联盟成立，背后的企业除了戴姆勒之外，还有法国液化空气集团、林德、OMV、壳牌和道达尔）。仅在2019年一年，德国就增建了22个加氢站。2019年11月的意向书指出，H2 Mobility公司计划在未来两年内开设多达30个加氢站。

　　加氢站的规模也将越来越大——在现在每天加氢40至50辆的基础上提高三倍。此外还计划在选定的地点为商用车加氢。 专家估计，目前在德国建造一个加氢站的成本约为一百万欧元。

　　联邦运输和数字基础设施部（BMVI）和H2 Mobility宣布，继续扩大氢气基础设施，计划2020年建成100个加氢站，到2021年，德国将有130个加氢站投入运营。

　　新的加氢站将在氢需求最大的地区建造，但是没有提供进一步的具体位置信息。

　　肆

　　欧盟能源系统整合策略

　　三大支柱及三个阶段

　　回到欧盟和德国战略的文本，即德国一手促成的《欧盟氢能战略》和《欧盟能源系统整合战略》，这两个战略为欧盟提出了一个新的清洁能源一体化投资议程，并与欧盟委员会的下一代欧盟复苏计划和《欧洲绿色协议》相得益彰，最终可能起到一石二鸟的连锁激励作用并达成以下目标：

　　占欧盟温室气体排放量75％的能源系统必须从根本上重建，在2050年之前实现气候中和。

　　根据委员会的说法，计划中的投资也可以为新冠危机后的经济复苏提供重要动力。

　　《欧盟能源系统整合战略》的核心是交通，工业，电力和建筑领域的耦合，到目前为止，这些行业始终遵循自己行业的内部规则，各自为战。

　　为了解决这个长期的痛点，现在欧盟为向绿色能源过渡搭建了整体框架，旨在让不同的能源生产载体、基础设施及消费行业彼此关联，实现统一规划和运营，以提高效率并降低成本。

　　这包括三大支柱：

　　第一，一个以能效为核心的更易于“循环”的能源系统，更有效地利用本地能源，同时最大程度实现当地工厂、数据中心等排放出的废热以及由生物废物或废水处理厂产生的能源的再利用。

　　第二，在消费终端领域大力推进电气化，简而言之就是“出行的电动化”，具体地说，“除了扩大太阳能和风能外，还有一个由电动汽车充电站组成的100万个充电网络”应算在可见的成果之中，甚至在之前的报告中提到终极目标是全欧盟建设约200万个充电站。另外智能充电解决方案和V2G技术被称为“必要保证”，以减少对网络容量的昂贵投资。

　　第三，对于难以实现电气化的领域，则用可再生氢能、可持续生物燃料和沼气替代。为此，委员会打算提出一种新的分类和认证制度，以便能够对可再生和低碳燃料进行此类标记。

　　因此，氢在“综合能源系统”中有其自己举足轻重的作用。能源的利用形式，并不能孤立地看，只有横向的耦合和综合利用才是真正的出路。电池技术，结合氢储能，加上可再生能源和甚至天然气的合理利用，会带来极佳的综合效益。

　　在欧盟的《欧盟氢能战略》计划中，“氢能源略”作为“能源一体化战略”的关键，将为工业生产、交通运输等领域实现去碳化。该战略旨在通过投资，监管，市场创建以及研究和创新等一系列措施来帮助将这种潜力转化为现实。

　　欧盟将氢能战略分为三个阶段共30年的“ 三步走”计划：

　　第一阶段（2020-2024年）

　　欧盟将在境内建造一批单个功率达100MW的绿氢电解设备，约相当于每小时1.7吨的制氢能力。2024年前，全欧的绿氢制备总功率将达到6GW，绿氢年产量超过100万吨。

　　目前欧盟的氢气年产量虽高达980万吨，但其中只有不到10%是绿氢。虽然最终目的是生产来自风能和太阳能的可再生绿氢，但是考虑现状委员会意识到短期内不可能做到这一点，“需要其他形式的低碳氢以快速减少排放并支持可行市场的发展”。

　　与此同时作为过渡，所有蓝氢设备将全面完成碳捕捉和储存设施的安装，以达到从低碳过度到零碳目的。

　　第二阶段（2025-2030年）

　　在继续加大绿氢制备产能的基础上，建成多个所谓“氢谷”（Hydrogen Valleys）的地区性制氢产业中心——这可以通过规模效应以较低廉的价格为人口聚集区供氢，且这些氢谷也是未来泛欧氢能网络的骨架。

　　预计到2030年，欧盟的绿氢年产能将超过1000万吨，绿氢制备总功率达到40 GW。欧盟的氢能市场规模将从如今的20亿欧元上升至1400亿欧元，并创造14万个相关就业岗位。

　　第三阶段（2030-2050年）

　　重点是氢能在能源密集产业的大规模应用，典型代表是钢铁行业和物流运输行业。前者除了使用氢气的直接还原计划外，当前没有任何可行的方法可以减排；后者受限于动力电池无法轻量化的劣势，唯有使用燃料电池才能彻底替代现有的柴油动力系统。

　　在交通运输领域，欧盟计划规定在城市公交车，商业车队（例如出租车）和“铁路网的特殊部分”中使用氢气，而且也提到了重型卡车，除此之外在（内陆）船舶上使用氢气也是在考虑范围内的，并且很快就会变得更具吸引力。

　　前不久，欧洲议会环境委员会投票通过，将海上运输产生的二氧化碳排放纳入欧盟排放交易体系。这是一个明确的信号——也旨在促进航运业的脱碳。

　　结

　　波士顿咨询集团（BCG）的专家在之前的一项研究中表示：“绿色氢气除了其真正发展的潜力以外，目前还存在危险的炒作。”

　　因此，研究作者认为，对氢能这项非常有前景的技术，不应投入数十亿美元用于建立氢能社会的愿景，投资应该专注于具有经济意义的应用领域，它们首先是工业、重型货车以及航空、航运领域。

　　如今，德国《国家氢能战略》，《欧盟氢能战略》和《欧盟能源系统整合战略》的相继出台，无疑为氢能的可持续发展提供了方向和有力保证, 被视为欧盟未来能源领域重要蓝图之一，也是欧盟在新冠疫情后经济刺激计划中的重要一环。

　　2050年，如果达到全欧盟碳中和、氢能将满足全欧盟24%的能源需求、创造至少540万个就业岗位。

　　然而，仅有能源战略计划是不够的。

　　欧盟和德国还必须着力于加强区域内能源基础设施互联，不断完善能源市场体系，追求内部能源市场贸易自由和效率。为此，欧盟委员会在能源计划发布当天，还宣布成立了欧洲清洁氢能联盟——该联盟由相关产业领导者、民间机构、国家、地区官员、欧洲投资银行共同构成。

　　另外，还需要大批企业家和投资人的参与和支持。BCG专家预测，如果政治和工业集中在这些领域，那么2050年绿色氢气市场可能会增长到1万亿美元。

　　可见，不仅是各国政府要考虑利用氢气来实现2050气候目标，全球企业也在重新定位自己，以在无化石燃料的未来发挥自己的作用。

　　欧盟和德国氢能战略和发展计划正式通过后，系统建设涉及的不仅是能源，更是相关技术集成，连带其他行业的技术革新。

　　趋势和政策都支持使用完全用取之不尽的可再生能源如太阳能风能等 （注：太阳能风能等发电目前已经达到德国用电的56%！）来生产氢能，从而摆脱越来越枯竭并污染环境的化石能源（石油天然气等）。

　　如果使用绿色氢气是可行的方案之一，那么它就不可能与其他技术方案之间进行简单的比较——因为这种比较是一个融合效率，可用性和灵活性相互作用的综合问题，我们应该拒绝任何限制应用的可能性。不要忘了，绿色氢气本身也是多功能的。

　　如今，欧洲氢能技术新兴企业已经如雨后春笋出现，过去一直只有技术而无市场的欧洲氢能发展局面将迅速改观——这才是一场真正彻底的能源巨变。

　　完

　　特邀撰稿：胡静文

　　作者微信：Huluwade

　　作者简介：现就职于德国斯图加特某世界顶级汽车供应商动力总成前瞻研发部门，负责技术战略转型和新能源系统构架以及技术方案集成等。

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