文/陸穎，上海科學技術情報研究所，科技中國
2019年11月6日，美國燃料電池和氫能協(xié)會(FCHEA)在2019燃料電池國際研討會暨能源展上發(fā)布了《美國氫能經(jīng)濟路線圖——減排及驅動氫能在全美實現(xiàn)增長》。該路線圖根據(jù)20家公司和組織的意見編寫而成。路線圖期望美國的決策者和工業(yè)界共同努力并采取正確步驟，在氫能經(jīng)濟的迅速興起和發(fā)展進程中，不斷壯大相關產(chǎn)業(yè)活動，從而鞏固美國在全球能源領域的領導地位。
一、長期掌握全球能源技術領導地位的戰(zhàn)略意圖
《美國氫能經(jīng)濟路線圖——減排及驅動氫能在全美實現(xiàn)增長》從產(chǎn)業(yè)界視角出發(fā)，在共享和開發(fā)經(jīng)濟模型以及有關未來能源需求和環(huán)境期望的數(shù)據(jù)基礎上，勾畫的“建立跨市場和應用的伙伴關系，長久把持全球能源技術主導權”的發(fā)展圖景。路線圖的編制成員主要為20家能源、運輸、燃料電池制造和電力行業(yè)的全球領先公司。同時，麥肯錫公司為之提供了分析支持，美國電力研究院(EPRI)提供了科學觀察和技術支持。美國能源部國家實驗室和國家可再生能源實驗室的技術專家提供了分析和審查支持。
二、美國的氫能經(jīng)濟愿景
根據(jù)估算，到2050年，氫能將滿足美國終端能源需求的14%，相當于每年超過2468太瓦時。
競爭激烈的氫工業(yè)將加強美國在能源方面的領導地位。美國現(xiàn)在是全球最大的天然氣和石油生產(chǎn)國，出口到超過35個國家。隨著世界各國尋求發(fā)展氫能從而減少碳排放，美國有機會加強和發(fā)展其能源領導地位并在該領域創(chuàng)造就業(yè)機會。
強勁的氫工業(yè)將增強美國經(jīng)濟。氫工業(yè)的不斷發(fā)展，為美國公民創(chuàng)造了就業(yè)機會，為美國企業(yè)創(chuàng)造了收入。通過向希望發(fā)展氫能基礎設施的地區(qū)出口技術，例如歐洲、中國、日本、韓國和澳大利亞，這些在氫價值鏈中運營的業(yè)務也將得到增長。到2030年，美國氫能經(jīng)濟每年可產(chǎn)生約1400億美元的收入，并在整個氫價值鏈中提供70萬個工作崗位。到2050年，它可以通過每年創(chuàng)造約7500億美元的收入和累計340萬個就業(yè)機會來推動經(jīng)濟增長。
通過利用國內(nèi)能源資源和提高能源彈性，氫能將有助于維護美國的國家能源安全。氫生產(chǎn)將利用豐富的可再生資源、天然氣和碳儲備，并使核工業(yè)具有競爭力。
氫能帶來重大的環(huán)境和健康效益。除了降低碳排放量之外，用作車用燃料的氫還完全消除了排氣管微粒、氮氧化物和硫氧化物的排放，改善了區(qū)域空氣質(zhì)量，同時減少了溫室氣體排放。
氫能更好地整合低碳電力資源。隨著氫能在交通運輸、工業(yè)原料、備用電源及電力系統(tǒng)等領域的規(guī)模化應用，全美氫需求量將快速拉升。所有這些應用所需的氫到2030年可能達到1700萬噸，到2050年達到6300萬噸。
三、美國氫能經(jīng)濟的實現(xiàn)路線
美國將需要迅速采取行動，必須通過進一步投資和減少監(jiān)管壁壘，促進研究與開發(fā)的公共政策來提高競爭力，以繼續(xù)在這個不斷發(fā)展的行業(yè)中保持領先地位。美國氫能經(jīng)濟發(fā)展路線分為以下四個階段：
(一)2020年至2022年：立即采取后續(xù)措施
在最初的兩到三年中，目的是在更多的州和聯(lián)邦一級確定可靠且技術中立的脫碳目標。這些目標將作為具體政策和監(jiān)管行動的指南，包括更新法規(guī)和標準。公眾激勵措施和標準可以消解初期市場啟動時的壁壘，將更成熟的氫解決方案推向市場，提高公眾意識和接受度，并繼續(xù)試點氫的其他用途。該階段專注于在前期用戶市場中的早期商業(yè)可行應用，例如在全美范圍內(nèi)推廣燃料電池叉車，在加利福尼亞州進一步部署輕型和重型車輛。這些早期應用要求采取多種激勵措施來減少進入壁壘，并通過市場機制來擴大規(guī)模。
在此階段，不斷擴大成熟的應用領域(例如叉車)和接近收支平衡的應用領域(例如備用電源解決方案)。在運輸業(yè)中，將重點發(fā)展燃料補給基礎設施，以支持推廣燃料電池電動汽車(FCEV)，并開始在乘用車和燃料補給站看到第二代產(chǎn)品。推動市場需求的增長，使之匹配運輸業(yè)中既有的氫生產(chǎn)設施的產(chǎn)能和分銷能級。其他應用的試點，例如燃氣網(wǎng)絡中使用混合氣體，則為廣泛利用氫能做準備。
目前，美國的氫需求總量約為1100萬噸，道路上的FCEV只有7600輛。到2022年底，美國所有細分市場的氫需求總量將增長到1200萬噸。全美的道路上行駛FCEV約3萬輛。此外，在有足夠的市場需求的情況下，還將會有5萬輛FCEV物料搬運工具。
(二)2023年至2025年：規(guī)?；脑缙陔A段
到2025年，實現(xiàn)氫的大規(guī)模生產(chǎn)，在成本降低的同時，使用氫能的地域范圍也不斷擴大，不再局限于起步較早的州。這需要明確的監(jiān)管準則來協(xié)調(diào)市場參與者并吸引投資。早期市場的政策激勵措施開始從直接支持過渡到可擴展的市場機制。
在此階段，建設首批大規(guī)模制氫設施。這些設施通過使用可再生能源進行水電解、可再生天然氣或碳捕捉與儲存技術來實現(xiàn)氫的制取。隨著制氫規(guī)模的擴大，與氫有關的設備(尤其是汽車燃料電池生產(chǎn)和燃料站設備)同步擴大規(guī)模，從而降低成本、提升性能。中型和重型燃料電池電動卡車以及新型輕型FCEV品牌和型號將投放市場。服務于中型和重型車輛的第二代高通量加氫站，提高了初期市場用戶對氫動力商用車的接受度和利用率。
對于建筑物供暖，起步較早的州開始將少量的氫氣混合到供暖管道中，從而推動氫的大規(guī)模生產(chǎn)。在運輸方面，這些州將在現(xiàn)有車隊和試驗站的基礎上擴大輕型乘用車加氫基礎設施的覆蓋面和容量。在其他州跟進的過程中，制定加氫基礎設施的推廣計劃。在需求密集的頻繁路線上，部署中長途卡車所需的加氫設施。此外，氫燃料電池的用途從新建的數(shù)據(jù)中心和電信塔擴展到建筑物的備用發(fā)電。此時的氫能市場開始轉為使用低碳氫作為工業(yè)原料。
到2025年，全美各種應用的氫總需求量將達到1300萬噸，道路上行駛共計15萬輛輕、中、重型FCEV，同時還有12.5萬輛FCEV物料搬運工具。
(三)2026年至2030年：多元化
2026年至2030年階段的發(fā)展特點在于多樣化，在全美范圍內(nèi)擴大基礎設施。各種制氫途徑被廣泛使用，電解氫生產(chǎn)的規(guī)模持續(xù)擴大，開始與電網(wǎng)和可再生能源生產(chǎn)建立密切關聯(lián)。建立第一條氫氣傳輸管道，通過季節(jié)性并網(wǎng)和存儲進一步降低成本。
在運輸領域，隨著重型、高通量的加氫站基礎設施聯(lián)結成區(qū)域網(wǎng)絡進而覆蓋全美，中長途氫動力卡車的運輸規(guī)模將不斷擴大。此時，美國大多數(shù)州都已落實了氫經(jīng)濟路線圖，建立布局廣泛的加氫基礎設施，激活整個FCEV市場。
在產(chǎn)業(yè)領域，氨、甲醇和石化產(chǎn)品的生產(chǎn)已過渡到使用低碳氫的模式。通過大規(guī)模制氫，降低了所有部門的生產(chǎn)成本。航空業(yè)和航運業(yè)對脫碳型燃料的需求不斷增長，氫基合成燃料在這兩個產(chǎn)業(yè)中的供應規(guī)模持續(xù)擴大。
到2030年底，全美各種應用的氫總需求量將突破1700萬噸，售出的FCEV將達到120萬輛，在物料搬運中有30萬輛FCEV搬運工具。同時，全美有4300個加氫站投入運營。隨著制氫成本的降低和基礎設施的到位，各類制氫解決方案開始競爭。氫經(jīng)濟吸引投資，進一步用于氫能的開發(fā)和推廣。到2030年，年度投資額預計達到80億美元。
(四)2030年后：在美國廣泛推廣
2030年之后，氫能將在美國各地區(qū)、各行業(yè)大規(guī)模部署。在大多數(shù)的應用中，通過充分的外部性定價，讓氫能與化石燃料替代品實現(xiàn)成本均等，之后讓此前的支持性政策逐步退出。
利用碳捕捉與儲存技術對基于化石燃料的制氫設備進行改進，讓各種低成本的低碳制氫方式開展公開競爭?？缧袠I(yè)擴大氫能的使用，在進一步降低成本、改善性能的同時，激發(fā)行業(yè)間的協(xié)同效應。低碳制氫設施的全美廣泛布局，氫氣輸送管道網(wǎng)絡和大型加氫設施網(wǎng)絡的成型，鞏固了美國氫經(jīng)濟的骨干基礎設施網(wǎng)絡。推出不同型號的FCEV來滿足客戶的多樣化需求。從而讓原本難以實現(xiàn)脫碳的工業(yè)部門顯著減少溫室氣體排放，建筑也廣泛實現(xiàn)低碳化乃至脫碳，有更多的零排放汽車上路。
除了為本國市場制造和生產(chǎn)外，向歐洲和亞洲出口氫和技術，同樣也為美國經(jīng)濟增添了活力。到2050年，美國氫能行業(yè)的總收入每年可能達到7500億美元，包括了FCEV在內(nèi)的所有設備的銷售和6300萬噸的氫需求量。
四、氫能經(jīng)濟的前進之路
實現(xiàn)此路線圖，需要產(chǎn)業(yè)部門、投資者和政策制定者的共同努力。要釋放美國氫工業(yè)的潛力，需采取以下九項行動：(1)設定可靠的、技術中立的脫碳目標;(2)建立公共激勵機制，以消弭初期市場啟動中的障礙;(3)支持基礎設施建設;(4)跨部門擴大氫能的使用，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟;(5)在政府采購中添加基于氫能的選擇;(6)支持研究、開發(fā)、示范和部署;(7)協(xié)調(diào)技術規(guī)范和安全標準;(8)支持外展和員工發(fā)展;(9)審查能源部門法規(guī)，以確保兼顧氫能。
