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亞太地區(qū)作為世界上主要的能源消費地區(qū)，在能源領域面臨著嚴峻的形勢，一方面迫切需要能源來促進經(jīng)濟發(fā)展，另一方面又面臨著全球碳減排的壓力。
2015年，亞太地區(qū)所有國家和其他國家簽署了《巴黎協(xié)定》。巴黎協(xié)議旨在減少溫室氣體排放和限制全球平均氣溫上升不超過2°C高于工業(yè)化前水平,并試圖保持低于1.5°C來實現(xiàn)這些目標,全球化石燃料經(jīng)濟的轉型是必要的,這一轉變必須通過尋找可持續(xù)的綠色替代品來實現(xiàn)。
從低碳或無碳能源中產生的氫，特別是綠色氫，是這種能源轉型的潛在關鍵因素。隨著政府和商業(yè)的大力支持，以及技術的進步，清潔氫能源在亞太地區(qū)的發(fā)展前景廣闊。然而，在氫能經(jīng)濟真正成熟并在亞太地區(qū)站穩(wěn)腳跟之前，仍有許多重大挑戰(zhàn)需要克服。從短期來看，氫作為清潔能源的進一步開發(fā)必須面對和克服新冠肺炎帶來的經(jīng)濟不確定性;從長遠來看，行業(yè)參與者和政府需要促進氫經(jīng)濟的供需雙方，并平衡雙方，以提高氫開發(fā)的整體商業(yè)可行性。
氫有五種顏色
氫可以通過不同的方法產生，每一種方法都涉及不同濃度的碳。基于此，工業(yè)上常用的“顏色編碼”系統(tǒng)對不同的生產方法進行分類。廣義上講，氫可分為棕色、灰色、藍色、綠色和粉紅色。
棕色
棕色氫是煤氣化產生的，稱為合成氣，其中包括氫。在生產過程中會產生二氧化碳和一氧化碳，這是相對污染的。到目前為止，中國是世界上最大的氫生產國，其中大部分是棕色氫。
灰色
灰色制氫法是最常用的制氫方法。在生產過程中，灰色氫是通過燃燒化石燃料產生的，比如天然氣。灰氫燃燒產生的氫是由天然氣的蒸汽重組產生的，即天然氣與蒸汽在高溫下反應生成一氧化碳和氫氣。這個過程類似于棕色氫氣的生產，是能源密集型和不環(huán)保的。
藍色
藍色氫氣的生產過程與灰色和棕色氫氣的生產過程相同，但使用了碳捕獲和存儲(CCS)技術來捕獲和存儲相關的二氧化碳。然而，由于需要支持碳捕獲和存儲基礎設施，藍色氫的生產成本高于棕色和灰色氫。藍色氫被認為是綠色氫生產道路上的一個過渡步驟。
綠色
綠色氫是電解產生的氫，這一過程本質上是用電將水分子分解成氫和氧。如果電解使用的電是由可再生能源產生的，那么電解過程中就不會產生碳副產品，從減少碳排放的角度來看，電解是一種理想的清潔制氫方式。
粉紅色
核電制氫或工業(yè)預熱制氫被稱為“粉氫”，到目前為止，不僅英國、美國、加拿大、俄羅斯等國家已經(jīng)開始嘗試“粉氫”。
生產清潔氫(藍色或綠色氫)的主要挑戰(zhàn)之一是生產成本。與傳統(tǒng)能源相比，大規(guī)模生產清潔的氫來替代傳統(tǒng)化石燃料將是非常昂貴的。鼓勵廣泛使用氫能的關鍵是不斷降低與生產清潔氫能相關的基礎設施和技術的成本。除電解槽成本外，可再生能源發(fā)電成本也是影響綠色制氫最終成本的重要因素。由于技術和設計的改進，電解池的成本一直在下降。近年來，風能和太陽能的生產成本大幅下降，尤其是在風能資源豐富的國家。隨著規(guī)模經(jīng)濟的發(fā)展，清潔制氫的規(guī)模越大，其生產成本就越有可能下降，無論是碳捕獲和儲存基礎設施的成本，還是電解槽技術的成本或其他成本。
雖然氫氣的緩解效益已得到公認，但如果它要對溫室氣體排放產生重大影響，并達到《巴黎協(xié)定》的排放目標，就需要使其在商業(yè)上負擔得起，并具有與化石燃料相比的成本競爭力。如下所述，可再生能源成本的降低、綠色氫生產的進步和氫生產的擴大將有助于提高氫生產的商業(yè)可行性。與此同時，政府可以采取政策干預，提高碳密集型燃料的成本(例如，通過碳稅或排放交易計劃)或降低氫生產成本(例如，通過綠色能源補貼)。從長遠來看，綠色氫本身就具有成本競爭力，這種干預措施還有助于在成本方面公平競爭，并促進持續(xù)的投資和技術發(fā)展。
亞太地區(qū)的氫政策有何不同?
該地區(qū)將繼續(xù)嚴重依賴化石燃料。盡管近期因新冠肺炎疫情而導致能源需求下降，但從長期來看，亞洲的總體能源需求將繼續(xù)增長。為了履行《巴黎協(xié)定》的承諾，一些地區(qū)已經(jīng)開始推進減少溫室氣體排放和局部環(huán)境污染的進程。亞太國家氫政策制定現(xiàn)狀、氫生產和氫利用潛力綜述如下。
中國
2020年9月，中國國家主席習近平在聯(lián)合國大會上宣布，中國承諾到2060年實現(xiàn)碳中和，這意味著中國對化石燃料的使用將發(fā)生重大轉變，預計氫能將在其中發(fā)揮重要作用。中國增加了對氫能的投資，并宣布了擴大氫能使用的措施，特別是在交通運輸方面。根據(jù)國務院2020年10月20日發(fā)布的《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》，中國將重點擴大氫在重型汽車運輸中的使用，并發(fā)展相關基礎設施，支持氫在該領域的使用。2016年至2019年，中國的氫燃料加氣站數(shù)量每年翻一番。為了推廣氫燃料電池汽車的使用，中國也在不斷出臺新的補貼政策。2020年，《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》也首次將氫列為一種能源。盡管征求意見的草案沒有包含太多關于氫的信息，但它是在中國經(jīng)濟發(fā)展中獲得綠色燃料認可的重要一步。
東南亞國家聯(lián)盟(東盟)
雖然許多東盟國家的氫能開發(fā)還處于起步階段，但一些國家已經(jīng)初步采取了一些促進氫能產業(yè)發(fā)展的措施。人們日益認識到，氫能在減少該地區(qū)對化石燃料的依賴方面具有巨大潛力。2020年，新加坡政府宣布了一項約4900萬新元(約3600萬美元)的低碳能源研究資助計劃，旨在支持低碳技術的研究和開發(fā)，包括氫。同年，新加坡多家企業(yè)與日本企業(yè)簽署了一系列協(xié)議，探索氫作為綠色能源的進口和利用。文萊還采取了初步步驟探索氫的生產和運輸——去年，文萊的第一個試點加氫工廠(由先進的氫鏈技術開發(fā)協(xié)會運營)向日本運輸了4.7噸氫，這是氫供應鏈示范項目的一部分。
日本
公布的日本經(jīng)濟,貿易和工業(yè)氫能源的基本戰(zhàn)略,2017年,日本政府宣布計劃實現(xiàn)氫社會通過建立一個商業(yè)氫燃料供應鏈,擴大使用固定燃料電池和燃料電池汽車(“流量控制閥”),促進氫發(fā)電。除了氫能源基本戰(zhàn)略，日本還發(fā)布了新的氫和燃料電池戰(zhàn)略路線圖[10]，設定了與氫技術利用有關的新目標和實現(xiàn)這些目標的措施。日本在氫技術研究經(jīng)費方面處于世界領先地位。截至2021年3月，日本政府已向氫領域提供總額700億日元(約6.5億美元)的預算支持。由于缺乏可再生資源，日本也被列為亞洲最大的綠色氫潛在進口國之一。
韓國
2019年1月發(fā)表的“氫經(jīng)濟路線圖”，旨在讓韓國站在全球氫轉型的最前沿。《氫經(jīng)濟路線圖》制定了政府的計劃，以增加氫的生產和使用，并促進氫技術，特別是燃料電池技術的可持續(xù)發(fā)展。此外，韓國的氫經(jīng)濟路線圖還設定了到2040年為止生產620萬輛燃料電池電動汽車(FCEV)和至少建造1200個加油站的目標。韓國企業(yè)也對政府的計劃給予了大力支持。作為“FCEV遠景2030”計劃的一部分，現(xiàn)代汽車計劃投資約7.6萬億韓元(約67億美元)用于氫相關的研發(fā)和設備擴建。韓國政府表示，氫是促進經(jīng)濟增長、改善能源安全、減少環(huán)境污染的關鍵手段。
澳大利亞
澳大利亞于2019年11月發(fā)布了國家氫戰(zhàn)略。澳大利亞的目標是到2030年成為氫能國家，特別是通過碳捕獲和儲存生產藍色和綠色的氫，并生產大量可再生資源供當?shù)叵M和海外出口。
此外，許多州政府也發(fā)布了類似的發(fā)展意向[16]。澳大利亞目前至少有12個用于生產、運輸或出口和消費的氫項目在建或在建，其中包括運營項目和測試新技術和生產流程的“試點項目”。“氫供應鏈”項目最近開始了大規(guī)模的商業(yè)化生產、液化和出口，使用了世界上第一艘液氫運輸船——Suiso Frontier[17]。另一個感興趣的項目是位于西澳大利亞皮爾巴拉地區(qū)的亞洲可再生能源中心，該中心在2020年被澳大利亞政府指定為“重大項目”。亞洲可再生能源中心將利用約15GW的風能和太陽能生產綠色氫氣，并出口到亞洲各消費中心。澳大利亞將自己定位為未來向亞洲消費者出口綠色氫的主要國家，因為政府努力通過對行業(yè)的支持，將氫生產成本保持在2美元/公斤以下。
氫的具體用途是什么?
氫有許多用途，并已在許多領域使用多年。今天，氫最常用于工業(yè)應用，如煉油，作為化學和肥料生產的試劑，以及塑料、織物和染料的生產。如果要實現(xiàn)氫作為脫碳工具的潛力，就必須鼓勵它作為運輸和發(fā)電的燃料來源，以及作為能源儲存的手段，在這些地方，氫的使用和勢頭都在增加。
雖然還處于初期階段，但交通運輸被認為是氫開發(fā)的主要領域。亞太地區(qū)有許多承諾，從政府到私人實體，支持在交通運輸中使用氫作為主要排放源。雖然電池電動汽車目前是短途小型汽車的首選低碳選擇，但重型車輛運輸部門已被認定為氫燃料電池汽車的一個有前途的領域，越來越多的汽車制造商正在尋求投資氫應用。中國、日本和韓國都有明確的目標來促進氫燃料電池汽車的使用。根據(jù)日本的氫能源基本戰(zhàn)略，日本的目標是到2025年擁有20萬輛氫燃料電池汽車;到2030年將擁有80萬輛氫燃料電池汽車，到2025年將氫燃料站的數(shù)量增加到320個。除了在道路車輛運輸方面的應用，氫還可以用作火箭燃料，也可以用作航空燃料和船用燃料，特別是考慮到國際海事組織《2020年全球船用燃料硫限制實施計劃》的規(guī)定。2020年1月1日起，全球船用燃料含硫量不得超過0.50% m/m。
在電力和供暖方面，計劃逐步用氫氣取代天然氣。管道注氫已經(jīng)成為許多國家氫戰(zhàn)略的一部分，也是更廣泛的脫碳戰(zhàn)略的關鍵支柱。最初的計劃是將低濃度的氫氣和天然氣混合到管道中，以避免對網(wǎng)絡的重大變化;如果使用高濃度氫氣，可能需要對網(wǎng)絡進行改造，如用聚合物管替換鋼管或更換壓縮機。一些新的、更先進的燃氣輪機已經(jīng)能夠使用50%或更多的氫的混合物運行，主要的燃氣輪機制造商正在開發(fā)可以使用100%的氫的渦輪機。雖然氫要完全取代天然氣還有很長的路要走，但用氫取代天然氣將是減少化石燃料使用和邁向低碳經(jīng)濟的重要一步。
氫作為一種能源儲存手段可以與可再生能源項目一起進行，以解決依賴可再生能源的缺點。通過生產綠色氫在電解電池的可再生能源,風能或太陽能發(fā)電項目可以存儲和運輸領域的高產量和低需求較低的地區(qū)生產和更高的需求,或者只是存儲期間的低消費高峰時使用的能源需求。當然，為了儲存能量而生產氫氣會有一些經(jīng)濟成本和能源損失。然而，可再生能源成本的下降也提高了氫氣作為一種長期、季節(jié)性和可運輸?shù)木G色能源的經(jīng)濟可行性。目前利用氫作為當?shù)貎Υ婺芰康氖侄慰赡苁亲顚嶋H和最有前途的用途，也是發(fā)展氫的長途/跨界運輸?shù)囊粋€階段。
在氫供應方面，亞太地區(qū)有潛力從可再生資源豐富的地區(qū)向亞洲高需求的中心出口清潔的氫。如前所述，澳大利亞可能是清潔氫的潛在出口國之一，因為它地理位置近，基礎設施完善，可再生資源豐富。新西蘭也公開表示有意開發(fā)其氫氣出口潛力。新西蘭絕大多數(shù)電力來自可再生能源，新西蘭政府傾向于支持綠色氫項目，比如由一家日本基金和另一家日本公司合資開發(fā)的新西蘭地熱制氫試點設施。如上所述，文萊已經(jīng)向日本運送了一批氫氣。由于土地資源的限制，文萊更多地通過燃燒天然氣生產氫氣，而不是通過風能或太陽能等可再生能源，但發(fā)展碳捕獲和存儲基礎設施將是實現(xiàn)藍色氫氣生產的關鍵。總的來說，雖然氫的生產和出口能否達到商業(yè)規(guī)模還有待觀察，但亞太地區(qū)有幾個潛在的候選國可以向該地區(qū)的客戶提供綠色或藍色的氫。
氫面臨五項挑戰(zhàn)
盡管氫能前景廣闊，但要將其廣泛應用于清潔燃料的開發(fā)仍是一個重大挑戰(zhàn)。
藍色和綠色氫的生產成本比化石燃料更高。目前，綠色氫的生產成本約為2.5-6.8美元/ kg，藍色氫為1.4-2.4美元/ kg[18]。如果要在價格上與化石燃料相比更具競爭力，綠色氫的生產成本可能需要降至每公斤2美元。降低綠色制氫成本的關鍵是降低可再生能源的生產成本和電解設備的價格。太陽能和風能的成本近年來急劇下降，而且預計還會繼續(xù)下降。就藍色氫而言，要想在成本上具有競爭力，碳捕獲和存儲技術的成本也需要降低。目前正在開發(fā)各種碳捕獲和存儲項目，以便在關鍵商業(yè)環(huán)境中使用碳捕獲和存儲技術[21]。
對于需要電力供應(而不是國產電力)的項目，管理電解槽以滿足下游需求通常需要穩(wěn)定的采購安排。如果與分銷商達成這樣的協(xié)議，“整合”部分的供應將進一步增加成本，而“部分整合”部分則增加了復雜性，因為供應商希望盡可能以更高的市場價格向電網(wǎng)輸送電力。這些項目和市場狀況可能會鼓勵具有強大電力投資能力或能夠獲得這些投資的投資者參與，而不是沒有垂直整合并尋求更穩(wěn)定回報的基礎設施投資者。
同時，政府越來越支持氫的使用和使用。政府的支持以補貼和投資的形式出現(xiàn)，這將以碳稅和排放交易計劃的形式增加化石燃料的成本，同時使氫的生產和使用更加經(jīng)濟。中國、日本和韓國等亞洲國家也實施了各種形式的排放交易計劃。2019年，新加坡成為東南亞首個征收碳稅的國家。在開發(fā)初期，政府對氫技術和基礎設施的政策和財政支持將是使氫在商業(yè)上與化石燃料競爭的關鍵。氫補貼計劃還應與其他環(huán)境激勵計劃(如與碳定價或碳捕獲和儲存有關的計劃)協(xié)調，以確保有效和有針對性地實現(xiàn)預期的政策成果。
氫能運輸(特別是長途運輸)是氫能最終運輸成本的重要組成部分。對于長途運輸，最可行的方法是將氫液化或轉化為氨，然后用專門的船只運輸。兩種方法在轉化和運輸過程中都有一定的能量消耗和氫損失。例如，在氫轉化為氨的過程中，氫和氮轉化為氨需要能量能量;液氨到達運輸目的地后，需經(jīng)過化學處理，再轉化為氣態(tài)氨。因此，控制和降低氫氣的運輸成本將是推動清潔氫氣長距離運輸?shù)年P鍵。
更廣泛地使用氫氣也需要在基礎設施調度方面加大投資。雖然一些現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)可以接受有限濃度的氫，但要接受更高濃度的氫或純氫的注入，往往需要對現(xiàn)有的管道基礎設施進行改造。同樣，在加油基礎設施方面，現(xiàn)有的基礎設施不足以驅動和支持燃料電池汽車的大幅增長。燃料電池汽車的成本已經(jīng)遠遠高于傳統(tǒng)的內燃機汽車，如果沒有氫燃料站，氫燃料電池汽車的需求不太可能大幅增加。從商業(yè)角度來看，除非有需求，人們可能不會投資基礎設施，但沒有需求，需求就不會實現(xiàn)。因此，投資者需要著眼長遠，而政府在為這些基礎設施投資提供資金和政策支持方面也應發(fā)揮作用。
氫經(jīng)濟的發(fā)展需要一個明確和全面的監(jiān)管框架。例如，需要實施具體的操作、環(huán)境、安全和技術標準，以確保氫的利用、運輸和儲存標準是一致的。特別是，氫的跨境運輸仍處于起步階段，有關運輸?shù)姆梢?guī)定的一致性和明確性將促進氫項目的增長和發(fā)展。一些國家已經(jīng)出臺了氫使用和國內安全標準的預備法律(韓國國會于2020年1月通過了《氫經(jīng)濟促進和氫安全管理法》)。制訂詳細的規(guī)則和條例，特別是在氫貿易和運輸?shù)目鐕绻苤祁I域，仍然需要大量的工作。
從長遠來看，氫出口項目的規(guī)模化和真正的發(fā)展需要一個完整的氫商業(yè)和運營價值鏈，涉及上述因素，這也需要價值鏈中的各個環(huán)節(jié)(生產、儲存、運輸、進口和下游配送)相互協(xié)調，或者至少是部分協(xié)調的。由于氫價值鏈的復雜性和成本考慮，氫的跨境出口可能還需要長期承銷協(xié)議的支持，這也可以為項目開發(fā)提供資金和安全的現(xiàn)金流。
氫經(jīng)濟長期成功發(fā)展的基礎是氫市場營銷、交易和運輸市場的深度和液態(tài)發(fā)展。市場特征，如適當?shù)亩▋r機制、測量和確定質量規(guī)范的做法以及氫的統(tǒng)一標簽和跟蹤方法(例如，“綠色”或“藍色”氫的認證)都很重要。對清潔能源生產的氫進行靈活、可靠和可追溯的認證，將是加速全球氫部署和減少碳排放的關鍵。歐洲和澳大利亞等一些市場已經(jīng)提出了一些綠色氫認證和原產地保證計劃。然而，這些計劃仍處于起步階段，它們是否能得到實施，以及如何在關鍵規(guī)模上成功地開發(fā)、測試和部署，還有待觀察。
氫氣的發(fā)展路徑可以參考液化天然氣工業(yè)的發(fā)展路徑。天然氣工業(yè)最初相對本地和依賴于物理管道運輸，但通過來源液化、目的地再氣化和連接兩地的長途船舶運輸，天然氣工業(yè)將其產品轉變?yōu)槿蛏唐贰Ｔ撔袠I(yè)依賴于為資本密集型的基礎設施項目融資，以及來自長期買賣合同的數(shù)十億美元收入。在定價方面，液化天然氣行業(yè)的買賣合同制定了日本原油雞尾酒(“JCC”)等定價指數(shù)，最近還制定了日本-韓國市場(Japan - Korea Marker)等定價指數(shù)，并隨著時間的推移逐漸成為一種更具流動性和靈活性的交易商品。事實上，氫氣和液化天然氣之間的聯(lián)系一直存在，我們知道，一些液化天然氣終端在規(guī)劃時考慮到了氫氣規(guī)模。
綜上所述，氫在能源脫碳方面具有潛在優(yōu)勢，但氫的大規(guī)模商業(yè)化還有很長的路要走。盡管如此，考慮到氫氣生產成本的下降以及政府和市場投資者對氫氣項目的大力支持，氫的使用前景還是很光明的。
亞太地區(qū)是清潔制氫潛力巨大的地區(qū)，潛在需求和消費能力巨大，向國際氫經(jīng)濟轉型前景廣闊。在早期階段，強有力的政府支持和前瞻性的商業(yè)投入對促進廣泛使用氫的趨勢至關重要。從長遠來看，要想成為化石燃料的替代品，氫技術、商業(yè)供應和生產鏈也需要具有商業(yè)可行性和成本競爭力。
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