前言：提供無碳分子能源的技術路線是有限的。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，藍色氫氣可以由化石燃料制得，并將二氧化碳副產品捕獲和儲存(碳中性)。這使得諸如合成氣、生物甲醇、氨等產品可以用碳中性氫作為生產原料。簡而言之，氫能發展對歐盟在2050年前實現無碳計劃發揮著重要作用。

 

      1.應優先啟動工業氫經濟布局

 

       歐盟的目標是在2050年實現碳中和。當今社會中用能密度不同的各個領域 - 工業，交通運輸，農業，住宅應用 –要么由電子(電)，要么由分子(通過燃煤不同類型的燃料產生熱能)提供驅動力。目前，在降低電力生產過程中的碳排放方面采取了幾個重要措施，但分子的生產依然高度依賴于化石燃料。這是有問題的，正如大多數模型預測的那樣，分子將繼續在為我們的經濟提供能源方面發揮重要作用。

 

       提供無碳分子能源的技術路線是有限的。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，藍色氫氣可以由化石燃料制得，并將二氧化碳副產品捕獲和儲存(碳中性)。這使得諸如合成氣、生物甲醇、氨等產品可以用碳中性氫作為生產原料。簡而言之，氫氣對歐盟在2050年前實現無碳計劃發揮著重要作用。

 

       氫是一種能源載體，在許多不同的經濟領域具有多種潛在應用。它可以幫助我們對運輸，住宅環境(特別是供暖)和工業生產等領域消耗的能源的生產實施脫碳。本報告重點關注工業應用，并得出相關結論，認為工業氫經濟的發展應優先啟動的原因有兩個：

 

       首先，并非所有工業生產過程都可以用電來驅動，還有很多需要碳中性能源載體來使得工業生產完全脫碳。氫氣只是可用于此目的的極少數物質之一。此外，氫及其衍生物已經成為許多行業的關鍵原料，特別是在化工生產和煉化方面。到目前為止，工業應用是氫氣的最大消費領域。我們的分析和案例研究展示了氫氣廣泛的應用，例如使用氫氣為工業過程提供能量(如高溫加熱)。在所有這些應用中，氫作為無碳替代物，在取代碳基工藝方面有巨大潛力。

 

       第二個原因是工業活動有利于氫能在其他領域快速發展。宣稱氫是最有前途的基于分子的能量載體是一回事，實現規模化、低成本的生產是另一回事。能夠真正降低氫氣生產成本所需的氫能規模是很大的。在工業應用中，少量較大體量的公司生產較大份額的氫氣，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，這是一個優勢。一般來說，運輸和家用領域的利益相關者格局更加分散。最后，各行各業中已經擁有大量與氫相關的專業知識和基礎設施。

 

      2.許多工業氫應用目前正面臨著“死亡之谷”

 

       工業中產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)產生。隨著時間的推移，制氫面臨的挑戰將是實現無碳或碳中性(綠色或藍色氫)的技術來替代這些方法。這些技術的具體包括使用可再生電力通過電解產生氫氣或通過碳的回收利用來產生可用作合成燃料的合成氣。

 

       許多此類無碳或碳中性技術仍處于技術成熟的早期階段。它們已經經過技術驗證，正在實施小規模的試驗;目前，亟需這些技術以更大的規模推廣應用，這樣才有助于降低生產成本，并產生經濟效益。換句話說，這些技術屬于經濟學家所謂的技術曲線的“死亡之谷”階段。

 

       我們針對把電解作為SMR無碳替代品的經濟可行性進行了建模研究，結果表明電解在2030年左右可能具有經濟可行性。這是基于采取雄心勃勃的成本削減策略的假設得到的，與海上風電或太陽能光伏發電驚人的成本降低速度相比，這個假設是合理的。

 

       無論如何，大規模部署綠色氫氣的積極商業案例目前很少。降低成本和技術進步需要較長的時間周期。預計到2050年，我們仍需要大量以分子形式存在的能量載體，雖然我們設立了雄心勃勃的2050年碳中和目標，但按照目前的發展路線，我們很難實現目標。為了確保從2030年開始大規模推廣碳中性氫應用，并在2050年之前實現綠色氫，我們需要立馬采取行動。

 

      3.藍色氫可以減少排放，推動建立氫能經濟

 

       本報告認為，到2050年實現無碳經濟很可能需要以氫為基礎的技術，工業應用是啟動氫經濟的“主戰場”。然而，目前工業生產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，已接近商業應用水平。如果碳交易(ETS)價格上漲到30歐元/噸左右，并且可以建成適當的運輸和儲存設施，藍色氫氣可能在未來幾年而不是幾十年內成為一種可行的選擇。

 

       因此，使用CCS使基于SMR的氫氣生產過程碳中性，可以幫助以及時和具有成本效益的方式顯著減少工業碳排放。同樣重要的是，藍氫有助于為綠色氫經濟做好準備。如果從灰色到藍色的過渡允許生產和使用更多的氫，那么可以建立工業氫經濟的關鍵基礎設施和供應鏈，如開發氫運輸網絡(管道，港口，船舶等)。鑒于不同工業部門之間的協同和共生相互聯系的復雜性，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過渡，它具有額外的好處 - 如果做得恰當 - 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，并在必要的時候將其納入支持低碳技術發展的財政計劃。

 

      4.政府需要及時推動氫能市場和技術的進步

 

       我們分析了氫能在投資方面存在的障礙。第一個障礙是，與大多數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。從經濟角度來看，二氧化碳的負外部性在能源市場的價格方面體現不足。向綠色氫能轉型以及可再生能源的發展是推動二氧化碳減排的重要舉措之一，會產生明顯的社會經濟收益，但這在能源市場和社會經濟中并沒有得到充分的貨幣化，導致藍色和綠色氫能的市場拉動不足。

 

       為了消除這一障礙，政策制定者應確保碳交易價格充分反映碳排放的負外部性。建立一個穩定的歐洲排放交易體系(ETS)至關重要，同時還應引導形成合理的價格軌跡。由于擔心扭曲其工業部門的公平競爭環境，并避免向國際能源市場發送扭曲的價格信號，各國政府對引入碳定價形式猶豫不決。此外，應認識到綠色或可再生氫良好的附加效應。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目前正面臨技術曲線中的“死亡之谷”困境。我們認為氫應用最終應該充分發揮其優勢，與其他涉及分子能量載體和純電力的替代技術解決方案競爭。然而，正如歷史上的許多例子所表明的那樣，臨時幫助特定技術跨越“死亡之谷”有很好的社會經濟論據。一方面，學習和創新有很大的積極外部因素 - 海上風電的經驗表明，旨在增加裝機容量和規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險相對較小，因為到2050年碳中和的目標十分明確，而且工業氫的替代品很少。

 

       鑒于這些因素，顯然在一段時間內尋求公共財政支持是十分有必要的，尤其借助穩定的財政支持開展項目示范。公共機構也可以采用共同投資主體的方式(例如PPP模式等)。這將有助于當局實現承諾，同時與社會資本共同分擔風險和回報。

 

      5.制定有效的行動計劃，促進共同協作并降低不確定性風險

 

       工業氫能投資的第三個障礙是商業案例中關鍵驅動因素的不確定性。在很大程度上，這些不確定性與政府干預有關。一個例子是關于氫運輸的監管和所有權的不確定性。整體而言，在實現2050碳減排目標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展戰略，具體研究和闡述超國家層面協作的明確發展目標和行動計劃。這種戰略將進一步明確各國的承諾，從而降低與工業氫能投資相關的風險。此外，該戰略應提出監管和所有權模式。運輸和存儲相配套的基礎設施建設可能遭遇市場推動困難的問題。因此，該戰略還應包括當局打算如何應對這些問題的指導方針。

 

       第四個障礙是缺乏協調。案例研究表明，氫能項目通常涉及多個利益相關者，有時甚至是非常不同的利益相關者，并且往往涉及到相對復雜的、有關聯的供應鏈，這些供應鏈根據具體情況而定。政府可以幫助協調這一點，例如在空間規劃政策中。另一個需要協調的領域是歐盟成員國之間。成員國政策與碳交易定價、財政政策或基礎設施使用相關的差異可能導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險。這在以歐洲為代表的、工業活動競爭激烈的全球市場中尤為重要。能源和產業政策應協調一致，以創造一個公平的競爭環境，在這個領域中選擇最佳技術并應用于最有意義的地區。

 

       如果這些條件滿足，本報告中涉及的證據表明，到2050年，有望在歐洲西北部開創繁榮的碳中性經濟。為碳中性經濟提供燃料所需的能源結構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，成為發揮碳中性分子作用最富成效的技術方案。