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氫（H2）作為重要載體，幫助我們的社會從化石燃料中解放出來，并向高效的新型能源進(jìn)行轉(zhuǎn)型。氫具有高的能量密度，可用于各種規(guī)模的移動、固定或工業(yè)應(yīng)用。全世界越來越多的國家（如中國、德國、日本、韓國、澳大利亞、美國）意識到了氫的重要作用。在強(qiáng)大的財(cái)政支持下，這些國家正在為推動氫及燃料電池技術(shù)的發(fā)展制定強(qiáng)有力的路線。
法國氫能的發(fā)展現(xiàn)狀
在這一進(jìn)程中，法國是重要的參與者。自2015年 8月頒布《綠色增長能源轉(zhuǎn)型法》以及2015年12月巴黎主辦第21屆聯(lián)合國氣候變化大會（COP21）以來，法國已表現(xiàn)出對減少溫室氣體排放的強(qiáng)烈愿望。其中引人關(guān)注的是，這些舉措促成了2018年6月國家氫能計(jì)劃（NHP）的出臺，該計(jì)劃設(shè)定了三個(gè)主要目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)工業(yè)級脫碳制氫、氫能交通運(yùn)輸和提高電力系統(tǒng)的靈活性，以及天然氣網(wǎng)絡(luò)脫碳。截至2019年，NHP已投入 1億歐元，用于開發(fā)至少26座加氫站和380輛燃料電池電動汽車（FCEV）。上述目標(biāo)已被納入法國多年能源計(jì)劃和《能源與氣候法》，目標(biāo)是到2028年達(dá)到400座加氫站、20 000輛FCEV、800輛重型車輛及脫碳?xì)湔脊I(yè)氫的比例為20%。
與歐盟（EU）的宏偉目標(biāo)一致，法國擁有推進(jìn)低碳排放氫系統(tǒng)的主要資產(chǎn)。其得益于大規(guī)模脫碳發(fā)電以及大型制氫工業(yè)。到2050年，法國的低碳足跡氫可滿足其最終能源需求的20%，并使每年二氧化碳（CO2）排放量減少約5500萬噸，相當(dāng)于法國氣候計(jì)劃（2017年）目標(biāo)與目前歐盟參考方案[歐盟監(jiān)管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（RTS）方案]之間差距的三分之一[1]。
在國家層面，氫能系統(tǒng)的研究資金主要集中在 2005—2012年間法國國家科研署（ANR）的國家行動計(jì)劃（PAH）[2]，其次是HPAC? （? Hydrogen and fuel cells ）低技術(shù)就緒水平（TRL）項(xiàng)目，以及生態(tài)轉(zhuǎn)型機(jī)構(gòu)（ADEME）和FUI? （? Support for collaborative projects of competitiveness clusters）示范項(xiàng)目。分配給這些項(xiàng)目的資金（7年間ANR共提供1.23億歐元）也用于法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）及原子能和替代能源委員會（CEA）中的研究工作，這使法國的科研成果及專利申請數(shù)量大幅增加。這種有針對性的資金扶持為工業(yè)部門的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，涌現(xiàn)出一批致力于制氫、儲存和轉(zhuǎn)化研究的企業(yè)。如今，法國通過在相關(guān)領(lǐng)域積累的專家意見以及主要研究參與者的貢獻(xiàn)（主要集中在CNRS FRH2和CEA實(shí)驗(yàn)室）向著目標(biāo)邁進(jìn)。此外，法國還設(shè)立了研究項(xiàng)目合約“法國氫倡議”（IFHy），其核心是實(shí)現(xiàn)公共研究與產(chǎn)業(yè)之間的對接。IFHy的目標(biāo)是發(fā)展并協(xié)調(diào)公有和私有的合作關(guān)系，以確?？蒲信c產(chǎn)品商業(yè)開發(fā)之間的連續(xù)性，積極參與法國氫產(chǎn)業(yè)的成型及發(fā)展，促進(jìn)法國工業(yè)的成長。
2020年9月，法國政府宣布啟動法國發(fā)展脫碳?xì)涞膰覒?zhàn)略。該戰(zhàn)略（將在2021—2030年期間實(shí)施）將獲得70億歐元的投資，實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)首要目標(biāo)：①通過大力發(fā)展法國的電解產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)脫碳；②利用脫碳?xì)溟_發(fā)重型交通工具；③支持研究、創(chuàng)新及技能發(fā)展，以促進(jìn)未來應(yīng)用（圖1）。在以上三個(gè)首要目標(biāo)中，針對最后一項(xiàng)，研究人員設(shè)想了多個(gè)目標(biāo)，包括在能源網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展氫能，確定工業(yè)新用途以減少二氧化碳排放，發(fā)展氫動力重型交通工具（飛機(jī)和船舶），以及提出未來以氫為基礎(chǔ)的設(shè)施概念。為加速這一首要研究計(jì)劃的實(shí)施，該戰(zhàn)略將支持氫領(lǐng)域的研發(fā)（R&D）工作，并保持其在國際上的前沿地位，因?yàn)榉▏谶@一領(lǐng)域擁有領(lǐng)先的研究基地。
圖1. 對2020—2023年法國發(fā)展脫碳?xì)鋰覒?zhàn)略預(yù)算的分配（總計(jì) 34億歐元）。
德國氫能的發(fā)展現(xiàn)狀
德國也是這一領(lǐng)域的重要參與者。德國提出了《2030年氣候行動計(jì)劃》，其目標(biāo)是到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。為使德國成為溫室氣體中立國并履行COP21《巴黎協(xié)定》的國際承諾，氫已被確定為一種脫碳選擇。德國政府認(rèn)為只有通過可再生能源制氫（即清潔的綠色氫）才是可持續(xù)的。
雖然德國的研究經(jīng)費(fèi)對所有的課題均保持開放態(tài)度，但氫技術(shù)引起了聯(lián)邦政府的額外重視。2006— 2016年，德國批準(zhǔn)了大約7億歐元的資金用于支持國家氫能及燃料電池技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃，在此基礎(chǔ)上，2016— 2026年間，德國將投入14億歐元。此外，聯(lián)邦政府正在利用能源研究計(jì)劃所提供的資金，打造一個(gè)卓越的研究場所?[3]。
自2019年新冠病毒肺炎大流行以來，德國加強(qiáng)了對能源轉(zhuǎn)型和綠色氫項(xiàng)目的扶持力度。2020年6月，德國聯(lián)邦政府實(shí)施了《國家氫能戰(zhàn)略》，并成立了國家氫能委員會，通過項(xiàng)目提案和實(shí)施氫戰(zhàn)略的行動建議，向國務(wù)秘書委員會提供咨詢和支持[4]。計(jì)劃的目標(biāo)包括：確立氫能作為替代能源，使氫成為工業(yè)部門可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)原料，開發(fā)國內(nèi)市場并建立國際市場，加強(qiáng)德國工業(yè)發(fā)展，并最終使氫能利用具有經(jīng)濟(jì)可行性[5]。
在該項(xiàng)計(jì)劃中，交通運(yùn)輸、工業(yè)和建筑行業(yè)得到了特別支持。針對交通運(yùn)輸行業(yè)，德國為刺激該市場，提供了36億歐元用于電動汽車或氣候友好型汽車的購置補(bǔ)貼。此外，為鼓勵(lì)投資，德國將提供45億歐元用于建設(shè)電動燃料設(shè)施以及燃料加注的基礎(chǔ)設(shè)施。對于航空和航海部門，德國已投資5000萬歐元用于開發(fā)混合電力和氫動力飛機(jī)及船舶。針對工業(yè)，德國已提出了從傳統(tǒng)化石燃料向氫能轉(zhuǎn)變的各種方法。針對建筑業(yè)，德國自2016 年開始實(shí)施能效激勵(lì)計(jì)劃，2020—2024年期間，將繼續(xù)提供7億歐元的資金。
研究是能源政策的戰(zhàn)略基礎(chǔ)。2020—2023年，能源與氣候基金將提供3.1億歐元用于綠色氫的基礎(chǔ)研究，并計(jì)劃在此期間追加提供兩億歐元用于加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究。此外，2020—2023年期間將提供6億歐元，用于建立針對能源轉(zhuǎn)型倡議的監(jiān)管沙盒，此舉將有助于加快技術(shù)和創(chuàng)新從實(shí)驗(yàn)室向市場的轉(zhuǎn)移。德國將提供超過10億歐元用于技術(shù)和大型工業(yè)設(shè)施的投資（作為德國脫碳計(jì)劃的一部分），將在2020—2023年期間利用氫對這些設(shè)施的制造工藝實(shí)現(xiàn)脫碳處理。此外，還有一些項(xiàng)目致力于推廣氫在制造業(yè)中的應(yīng)用，以及杜絕材料工業(yè)中的碳排放。這些計(jì)劃的目的是鼓勵(lì)業(yè)界積極投資于氫解決方案。2020年6月3日，聯(lián)盟委員會通過了一項(xiàng)“未來計(jì)劃” （package for the future），將額外追加70億歐元用于加快德國氫技術(shù)的市場推廣，以及20億歐元用于培養(yǎng)國際伙伴關(guān)系。
2015年年初，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部啟動了能源轉(zhuǎn)型研究及創(chuàng)新平臺?；谠撈脚_的框架，Kopernikus項(xiàng)目是德國在能源轉(zhuǎn)型領(lǐng)域最大的研究計(jì)劃之一 [6]。該項(xiàng)目由四個(gè)核心組成，每一核心都有各自的目標(biāo)：ENSURE用于開發(fā)未來電網(wǎng)；P2X用于研究將來自可再生資源的二氧化碳、水和電轉(zhuǎn)化為氣體、燃料、化學(xué)品和塑料；SynErgie用于研究如何使能源密集型工業(yè)流程更加靈活，以適應(yīng)可再生能源的可用性；第四個(gè)核心Ariadne [7]作為科學(xué)與社會之間的聯(lián)合學(xué)習(xí)過程，用于分析從單個(gè)產(chǎn)業(yè)到全局層面，政策措施將如何發(fā)揮作用。
氫能在歐盟的發(fā)展現(xiàn)狀
放眼整個(gè)歐洲大陸，歐盟出臺的政策強(qiáng)力支持實(shí)施氫能系統(tǒng)，并將其作為實(shí)現(xiàn)《歐洲綠色協(xié)議》[8]和歐洲清潔能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵手段之一。氫能系統(tǒng)的實(shí)施符合 COP21《巴黎協(xié)定》的要求，有助于歐盟在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)[9]。不僅如此，其目標(biāo)是限制歐洲對烴類的使用，并為歐盟的經(jīng)濟(jì)增長作出貢獻(xiàn)?？紤]到歐盟在可再生能源技術(shù)方面的領(lǐng)導(dǎo)地位，服務(wù)于眾多工業(yè)部門及其他終端用途的氫價(jià)值鏈的興起會帶來最高100萬個(gè)相關(guān)的工作崗位。
早在21世紀(jì)初，歐盟委員會（EC）就已確定需要建立一個(gè)高效戰(zhàn)略，以發(fā)展2020—2050年間以氫為導(dǎo)向的能源經(jīng)濟(jì)[10]。根據(jù)第六框架計(jì)劃（FP6; 2002— 2006），歐盟已投入3億歐元用于氫能的研究項(xiàng)目。此外， 2004 年1月，歐盟啟動了歐洲氫能及燃料電池平臺。通過該公共平臺，歐盟致力于促進(jìn)商業(yè)可行的氫能及燃料電池應(yīng)用，并啟動相關(guān)的氫基礎(chǔ)設(shè)施。該舉措為2008年建立燃料電池暨氫能聯(lián)合企業(yè)（FCH-JU）伙伴關(guān)系奠定基礎(chǔ)[11]。
如今，F(xiàn)CH-JU是歐洲支持氫能研究和技術(shù)開發(fā)（RTD）的最重要手段。這是一種公私合作伙伴關(guān)系，由三名成員組成：歐洲共同體（EC）、歐洲氫能研究所以及歐洲氫能組織[12]，分別代表公共機(jī)構(gòu)、研究團(tuán)體和行業(yè)合作伙伴（圖2）。能夠合理協(xié)調(diào)公共和私人利益是歐盟部署氫經(jīng)濟(jì)的必要條件。2008年，首個(gè)FCH-JU RTD項(xiàng)目啟動，2007—2013年期間的總預(yù)算額為9.47億歐元，其中包括對持續(xù)運(yùn)行至2017年的RTD項(xiàng)目的支持。歐洲共同體通過FP7研究項(xiàng)目提供了一半的預(yù)算，其余部分由行業(yè)法人通過實(shí)物捐助的形式承擔(dān)[13]。在歐盟“地平線2020”計(jì)劃（2014—2020）運(yùn)行下，第二個(gè)FCH-2-JU RTD項(xiàng)目的預(yù)算額增加到13.3億歐元，其中一半由私人成員承擔(dān)[14]。FCH-2-JU項(xiàng)目的核心目標(biāo)如圖3所示。
圖2. 燃料電池暨氫能聯(lián)合企業(yè)（FCH-JU）公私合作伙伴關(guān)系。
圖3. FCH-JU計(jì)劃的核心目標(biāo)[15]。
為在2027年之前促進(jìn)歐洲的科學(xué)倡議，一項(xiàng)名為 “歐洲地平線”（Horizon Europe）的新型歐盟研究及創(chuàng)新計(jì)劃將于2021年生效，該計(jì)劃預(yù)算為1000億歐元。該計(jì)劃將提供一整套方法用于進(jìn)行運(yùn)輸活動，包括電池、清潔氫、低碳煉鋼、循環(huán)生物基產(chǎn)業(yè)以及建筑環(huán)境。在氫能方面，作為FCH-2-JU計(jì)劃的延續(xù)，一個(gè)名為“歐洲清潔氫”的新型伙伴關(guān)系[16]正在構(gòu)建中。該伙伴關(guān)系對于實(shí)施歐盟委員會于2020年7月發(fā)布的歐洲路線圖將發(fā)揮關(guān)鍵作用。這個(gè)路線圖定名為“歐洲氣候中立氫戰(zhàn)略”（A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe） [8]，是基于2019年發(fā)布的一份報(bào)告[17]提出的。其以整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈為基礎(chǔ)，建立了從生產(chǎn)到運(yùn)輸、工業(yè)、能源和供熱應(yīng)用的路線過程，同時(shí)考慮了相關(guān)技能和交叉問題（即法規(guī)、安全、教育和培訓(xùn)、社會經(jīng)濟(jì)研究等）。
歐洲氫能路線圖的最終目標(biāo)是開發(fā)以風(fēng)能和太陽能為主的可再生能源制備清潔氫。在進(jìn)行這一制備之前，需要考慮清潔氫的成本，清潔氫的成本（2.5~5.5 歐元·kg–1）目前過于昂貴，通過化石燃料制氫的成本為1.5歐元·kg–1。此外，中間解決方案，如化石氫結(jié)合相應(yīng)的碳捕集與封存，成本約為2歐元·kg–1。在這一背景下，歐洲路線圖定義了三個(gè)階段：① 2020— 2024年，將部署6 GW可再生氫電解槽，用于化工行業(yè)及重型運(yùn)輸行業(yè)（公共汽車及卡車）的現(xiàn)場制氫；② 2025—2030年，電解槽裝置規(guī)模將增加至40 GW，主要用于新出現(xiàn)的市場（即煉鋼、鐵路和海運(yùn)）、加氫站、每日或季節(jié)性儲能、電網(wǎng)均衡、本地制氫網(wǎng)絡(luò)，并為住宅和商業(yè)建筑供熱；③ 2030—2050年，將大規(guī)模發(fā)展電力生產(chǎn)，其中四分之一的可再生電力用于制清潔氫。
為實(shí)現(xiàn)這一路線圖的目標(biāo)，需要額外的投資。例如，2020—2030年期間，電解制氫及其運(yùn)輸、分配、儲存以及加氫站建設(shè)將獲得大約1000億歐元的支持。伴隨而來的是巨大的投入（大約3000億歐元）用于利用太陽能和風(fēng)能生產(chǎn)清潔電力。這些投資將得到歐洲清潔氫聯(lián)盟（European Clean Hydrogen Alliance）的支持[18]，該聯(lián)盟匯集了產(chǎn)業(yè)、國家和地方公共當(dāng)局（LPA）、民間社團(tuán)及其他利益相關(guān)者。
歐洲路線圖還確定了在以下兩個(gè)層面開展國際合作的必要性：第一，與鄰國（即西歐和北非國家）接洽，推動在清潔氫方面的合作，促進(jìn)清潔能源轉(zhuǎn)型，并鼓勵(lì)可持續(xù)增長和發(fā)展；第二，與全球行動者合作，制定國際標(biāo)準(zhǔn)，確立通用的定義和方法。后者將通過國際機(jī)構(gòu)進(jìn)行，如國際氫能經(jīng)濟(jì)和燃料電池伙伴計(jì)劃（IPHE） [19]、國際能源署（IEA）和國際可再生能源署（IRENA），以及20國集團(tuán)（G20）的合作。
綜上所述，在歐盟的支持下，法國和德國正從國家層面做出巨大投入，推動在氫能源轉(zhuǎn)型領(lǐng)域開展研究和創(chuàng)新。這些路線圖和計(jì)劃的目標(biāo)是采用尖端技術(shù)，為未來數(shù)個(gè)世紀(jì)造福人類的無碳世界鋪平道路。
