本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽。
到2019年,至少有15個國家和歐洲聯盟在推廣氫氣,並制定了支持政策(除標準化進程或國家戰略外)。這些政策直接或間接地促進了氫氣在各種終端用途中的使用。然而,由於以前的重點是氫氣的陸上運輸用途,大約三分之二的政策是針對運輸部門的。大多數國家將FCEV與電池電動車納入其零排放汽車政策中。這使FCEV有機會從對零排放汽車的激勵措施中獲益,而不需要專門促進氫氣使用的政策。
然而,過去兩年是綠色氫氣政策改變規則的時刻,世界各地對氫氣的興趣不斷上升。許多國家(包括奧地利、澳大利亞、加拿大、智利、法國、德國、義大利、摩洛哥、荷蘭、挪威、葡萄牙和西班牙,以及歐盟)宣布、起草或公布了國家氫戰略和COVID-19後的回收方案,其中包括對清潔氫的支持措施。
這種變化不僅是數量上的(承諾額度達數十億美元),而且是質量上的:這些新戰略的重點已從以前對運輸中氫氣使用的關注轉移到產業和產品的差異化和未來競爭力上。
隨著綠色氫能技術的滲透率提高和成本下降,政策也必須相應地發生變化。本報告使用了政策階段的概念,以反映隨著綠色氫氣的增加,政策需求的演變。以下是三個基本階段和每個階段的總體階段性目標。
第一階段:技術準備。在這一階段,綠色氫氣是一種小眾技術,除了示範項目外,幾乎沒有其他用途;多為現場生產,基礎設施建設有限。擴大使用的最大障礙是成本。決策者的主要作用是鼓勵和加快電解器的進一步部署。可以通過長期的信號來實現這一點,例如對淨零排放的承諾,為私營部門提供確定性,並改善綠色氫氣的商業案例。
然而,同樣重要的是有助於縮小投資和運營成本差距的短期政策。這些政策包括研究和開發資金、風險緩解政策以及共同資助大型原型和示範項目,以降低資本成本。此外,仍處於示範階段的最終用途可能需要有專門的任務驅動的創新計劃,有明確的時間表,並與私營部門合作,以加速其商業化。在這一階段還應該建立支持性的治理體系和準則,確保綠色氫氣的增長是可持續的。
第二階段:市場滲透。在這一階段,一些應用已經開始運作,能夠證明綠色氫氣的作用和成本。通過邊幹邊學,擴大這些技術的規模,積累經驗,可以降低成本,有助於縮小盈利差距。這一階段也開始看到應用之間的協同效應,增加氫氣需求,實現生產和基礎設施的規模經濟。這些協同作用可以發生在產業集群、氫谷(如城市)或樞紐(如港口)。
工業用戶可以推動發展專門的 "綠色氫氣走廊",將產生低成本可再生能源的區域與需求中心連接起來。這種基礎設施大多不是從頭開始開發的,而是從現有的天然氣網絡和電網中重新利用的。在這一階段建立了第一條氫氣(或其衍生產品)的國際貿易路線,多個生產者和使用者的存在導致了真正的全球氫氣市場的建立。隨著綠色氫氣使用量的增加,必須確保有足夠的可再生發電能力,使綠色氫氣生產不至於取代更高效的直接電氣化。
第三階段:市場增長。在這一階段,綠色氫氣成為一種眾所周知的、被廣泛使用的能源載體,並即將充分發揮其潛力。無論是在供應方面還是在終端用途方面,它都已經具備了競爭力。大多數應用不再需要直接的激勵措施,私人資本已經取代了政府支持來推動氫氣的發展。在將氫轉換為其他能源載體方面具有充分的靈活性,使得根據每個地區的具體條件使用最方便的替代品成為可能。電力系統已經實現了低碳化,大部分天然氣基礎設施已被重新用於運輸純氫。
目前,綠色氫氣在大多數行業都處於第一階段。一些地區可能在特定的行業或用途上比較先進,而在其他領域仍不成熟。例如,加州在FCEV部署方面走在前面,但沒有大規模的電解產業,而德國則專注於將天然氣基礎設施轉換為氫氣。這些案例說明了各個國家的進展情況參差不齊,而且每個國家不一定要在一開始就關注綠色氫氣的所有終端用途。