前言：提供無碳分子能源的技術(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。綠色氫氣可以通過使用可再生電力或核能來生產(chǎn)，藍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。簡而言之，氫能發(fā)展對歐盟在2050年前實現(xiàn)無碳計劃發(fā)揮著重要作用。

1.應(yīng)優(yōu)先啟動工業(yè)氫經(jīng)濟布局

歐盟的目標(biāo)是在2050年實現(xiàn)碳中和。當(dāng)今社會中用能密度不同的各個領(lǐng)域 - 工業(yè)，交通運輸，農(nóng)業(yè)，住宅應(yīng)用 –要么由電子(電)，要么由分子(通過燃煤不同類型的燃料產(chǎn)生熱能)提供驅(qū)動力。目前，在降低電力生產(chǎn)過程中的碳排放方面采取了幾個重要措施，但分子的生產(chǎn)依然高度依賴于化石燃料。這是有問題的，正如大多數(shù)模型預(yù)測的那樣，分子將繼續(xù)在為我們的經(jīng)濟提供能源方面發(fā)揮重要作用。

提供無碳分子能源的技術(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。綠色氫氣可以通過使用可再生電力或核能來生產(chǎn)，藍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。簡而言之，氫氣對歐盟在2050年前實現(xiàn)無碳計劃發(fā)揮著重要作用。

氫是一種能源載體，在許多不同的經(jīng)濟領(lǐng)域具有多種潛在應(yīng)用。它可以幫助我們對運輸，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)實施脫碳。本報告重點關(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)濟的發(fā)展應(yīng)優(yōu)先啟動的原因有兩個：

首先，并非所有工業(yè)生產(chǎn)過程都可以用電來驅(qū)動，還有很多需要碳中性能源載體來使得工業(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)過程提供能量(如高溫加熱)。在所有這些應(yīng)用中，氫作為無碳替代物，在取代碳基工藝方面有巨大潛力。

第二個原因是工業(yè)活動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氫的使用。與交通運輸或住宅用途相比，這是一個優(yōu)勢。一般來說，運輸和家用領(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)，通常通過蒸汽甲烷重整(SMR)產(chǎn)生。隨著時間的推移，制氫面臨的挑戰(zhàn)將是實現(xiàn)無碳或碳中性(綠色或藍色氫)的技術(shù)來替代這些方法。這些技術(shù)的具體包括使用可再生電力通過電解產(chǎn)生氫氣或通過碳的回收利用來產(chǎn)生可用作合成燃料的合成氣。

許多此類無碳或碳中性技術(shù)仍處于技術(shù)成熟的早期階段。它們已經(jīng)經(jīng)過技術(shù)驗證，正在實施小規(guī)模的試驗;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)濟效益。換句話說，這些技術(shù)屬于經(jīng)濟學(xué)家所謂的技術(shù)曲線的“死亡之谷”階段。

我們針對把電解作為SMR無碳替代品的經(jīng)濟可行性進行了建模研究(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)電或太陽能光伏發(fā)電驚人的成本降低速度相比，這個假設(shè)是合理的。

無論如何，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)進步需要較長的時間周期。預(yù)計到2050年，我們?nèi)孕枰罅恳苑肿有问酱嬖诘哪芰枯d體，雖然我們設(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年之前實現(xiàn)綠色氫，我們需要立馬采取行動。

3. 藍色氫可以減少排放，推動建立氫能經(jīng)濟

本報告認(rèn)為，到2050年實現(xiàn)無碳經(jīng)濟很可能需要以氫為基礎(chǔ)的技術(shù)，工業(yè)應(yīng)用是啟動氫經(jīng)濟的“主戰(zhàn)場”。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，因為它主要來源于化石燃料(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間。

通過捕獲和儲存制造過程中排放的二氧化碳而獲得的藍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，帶有碳捕獲和儲存(CCS)的SMR，已接近商業(yè)應(yīng)用水平。如果碳交易(ETS)價格上漲到30歐元/噸左右，并且可以建成適當(dāng)?shù)倪\輸和儲存設(shè)施，藍色氫氣可能在未來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)過程碳中性，可以幫助以及時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，藍氫有助于為綠色氫經(jīng)濟做好準(zhǔn)備。如果從灰色到藍色的過渡允許生產(chǎn)和使用更多的氫，那么可以建立工業(yè)氫經(jīng)濟的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈，如開發(fā)氫運輸網(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，這一點尤為重要。

以此來看，藍色氫氣不是綠色氫氣的替代品，而是一種必要的技術(shù)過渡，它具有額外的好處 - 如果做得恰當(dāng) - 可以加速社會向綠色氫氣的過渡。然而，為了使藍色氫氣生產(chǎn)變得切合實際，政府必須明確其社會可接受性，制定運輸和儲存價格體系，并在必要的時候?qū)⑵浼{入支持低碳技術(shù)發(fā)展的財政計劃。

4. 政府需要及時推動氫能市場和技術(shù)的進步

我們分析了氫能在投資方面存在的障礙(見第4章)。第一個障礙是，與大多數(shù)其他形式的能源相比，藍色氫能和綠色氫能都存在定價過高的問題。從經(jīng)濟角度來看，二氧化碳的負(fù)外部性在能源市場的價格方面體現(xiàn)不足。向綠色氫能轉(zhuǎn)型以及可再生能源的發(fā)展是推動二氧化碳減排的重要舉措之一，會產(chǎn)生明顯的社會經(jīng)濟收益，但這在能源市場和社會經(jīng)濟中并沒有得到充分的貨幣化，導(dǎo)致藍色和綠色氫能的市場拉動不足。

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

第二個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，與其他涉及分子能量載體和純電力的替代技術(shù)解決方案競爭。然而，正如歷史上的許多例子所表明的那樣，臨時幫助特定技術(shù)跨越“死亡之谷”有很好的社會經(jīng)濟論據(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)驗表明，旨在增加裝機容量和規(guī)模的有針對性的政策可以大幅加快降低成本的步伐。最后，政府因為選擇輸家而損壞名譽的風(fēng)險相對較小，因為到2050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，顯然在一段時間內(nèi)尋求公共財政支持是十分有必要的，尤其借助穩(wěn)定的財政支持開展項目示范。公共機構(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)局實現(xiàn)承諾，同時與社會資本共同分擔(dān)風(fēng)險和回報。

5.制定有效的行動計劃，促進共同協(xié)作并降低不確定性風(fēng)險

工業(yè)氫能投資的第三個障礙是商業(yè)案例中關(guān)鍵驅(qū)動因素的不確定性。在很大程度上，這些不確定性與政府干預(yù)有關(guān)。一個例子是關(guān)于氫運輸?shù)谋O(jiān)管和所有權(quán)的不確定性。整體而言，在實現(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家層面協(xié)作的明確發(fā)展目標(biāo)和行動計劃。這種戰(zhàn)略將進一步明確各國的承諾，從而降低與工業(yè)氫能投資相關(guān)的風(fēng)險。此外，該戰(zhàn)略應(yīng)提出監(jiān)管和所有權(quán)模式。運輸和存儲相配套的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可能遭遇市場推動困難的問題。因此，該戰(zhàn)略還應(yīng)包括當(dāng)局打算如何應(yīng)對這些問題的指導(dǎo)方針。

第四個障礙是缺乏協(xié)調(diào)。案例研究表明，氫能項目通常涉及多個利益相關(guān)者，有時甚至是非常不同的利益相關(guān)者，并且往往涉及到相對復(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，例如在空間規(guī)劃政策中。另一個需要協(xié)調(diào)的領(lǐng)域是歐盟成員國之間。成員國政策與碳交易定價、財政政策或基礎(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。這在以歐洲為代表的、工業(yè)活動競爭激烈的全球市場中尤為重要。能源和產(chǎn)業(yè)政策應(yīng)協(xié)調(diào)一致，以創(chuàng)造一個公平的競爭環(huán)境，在這個領(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。為碳中性經(jīng)濟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。