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  2020年7月8日,欧盟委员会推出《气候中性的欧洲氢能战略》,准备大力促进氢能特别是可再生能源制氢产业的发展以及氢能的广泛应用。当前,气候变化问题和经济发展模式转型问题受到世界各国越来越多的关注,氢能是一种被环保主义者给予厚望的能源,各国发展氢能产业的动力充足。作为全球主要经济体和应对气候变化最为积极的国际行为体,欧盟不仅将氢能看作实现“碳中和”控制气候变化和发展新能源的目标,而且把氢能作为实现经济结构性转型、为后疫情时代注入发展动能的重要路径之一,并试图通过这一新兴产业增强竞争力,力争成为该领域全球的引领力量。欧盟发展氢能既面临诸多机遇,也有不可忽视的挑战。

   1 欧洲应用氢能的探索历程

  自氢元素被发现以来,人类一直在探索氢的应用情景。18世纪末,法国化学家吉通?德?诺尔沃就建议大量制造氢气用于充气球,1794年,法国巴黎制造出第一台氢气制造机。1874年,法国小说家儒勒?凡尔纳借《神秘岛》中人物之口,畅想氢能应用场景:“未来代替煤炭的将是水,水中提取的氢和氧将是取之不尽的光和热,其能量密度将远远超过煤”189。20世纪20年代,欧洲和北美出现了商业化制氢气。1923年,英国科学家约翰?伯登?桑德森?霍尔丹在剑桥大学做了一次报告194,预判氢能将成为未来的主要燃料,并描绘了一幅4个世纪后英国将以可再生能源电解制造氢,满足交通、取暖、工业用能的图景,与当前利用氢能推动能源转型的设想极为相似。20世纪30~40年代,英国和德国探索氢能在飞艇、汽车、卡车、机车、潜水艇、鱼雷等方面作为混合燃料的应用。

  20世纪70年代后,随着石油危机对西方经济的严重冲击,西方国家普遍在探索替代能源以减少对石油的进口依赖,尽可能削减油气资源消费,而氢能成为重点研究领域之一。20世纪70年代,欧共体投入氢能的科研经费达7200万~8400万美元。20世纪90年代,随着气候变化问题进入人们视野,欧洲国家政府、企业和社会对氢能开发利用的动力更加强烈。1992年,比利时试验了世界第一辆氢燃料公共汽车。1998年,壳牌公司成立了独立的氢能开发部门。1999年2月,冰岛宣布要建设世界第一个氢经济国家,壳牌公司、戴姆勒公司和挪威油气化工企业海德鲁公司共同与冰岛的企业、研究机构和政府合作,通过氢能利用推动国家能源转型。

  进入21世纪,随着欧洲一体化发展,欧盟加强对气候和能源问题的关注,对发展氢能不断提出支持性政策。2002-2006年,欧盟在“第六研发框架”(FP6)支持下,建立了“欧洲氢能和燃料电池技术平台”,集合利益相关方,研究科研议程、分布战略、实施计划等问题,并发布战略报告。2007年,欧盟委员会提出“欧洲战略能源技术计划”(SETPLAN),将燃料电池和氢能作为重点支持的关键技术领域。2008年5月,欧盟理事会通过决议,建立“欧洲氢能和燃料电池事业联合体”,创立由欧盟委员会、产业协会、企业等共同组成的产业合作机制,推动氢能和燃料电池产业发展、应用,部署技术研发。

  2014年5月,欧盟理事会再次通过决议,决定延续对“欧洲氢能和燃料电池事业联合体”的支持至2024年底,并聚焦于“能源和交通行业的应用”,以及削减相关市场壁垒。同期,欧盟发起“国家补助规则现代化倡议”,提出设立“欧洲共同利益重要项目”(IPCEIs),对事关欧盟未来经济和科技竞争力的关键技术、基础设施项目,在欧盟层面给予公共支持。相关产业界呼吁,欧盟应在未来5~10年,向与氢能相关的“欧洲共同利益重要项目”注入50亿~600亿欧元。欧洲的氢能研发应用不断取得突破,2018年6月,世界第一辆氢动力列车在德国北部试运行。

   2 欧盟提出新“氢能战略”

  近年来,欧洲对能源转型和气候变化的关注度不断加大,并与其产业政策和经济政策紧密结合,氢能因能量密度高、清洁的突出特点,受到日益广泛的关注。欧盟内部发展氢能的呼声也越来越高,企业、学界、智库、议会等均呼吁对氢能产业加大投入。2019年12月,新一届欧盟委员会提出了《欧洲绿色协定》,推进欧盟能源和经济向可持续、绿色、低碳方向发展,以实现2050年达到“碳中和”气候目标。《欧洲绿色协定》提及氢能发展对于欧盟实现气候和能源目标的重要作用,建议欧盟加强氢能领域政策规划和产业扶持政策。协定提出后,欧盟按照规划的政策步骤在各领域细化落实。2020年7月,欧盟委员会正式发布了《气候中性的欧洲氢能战略》政策文件,还宣布建立欧盟氢能产业联盟。欧盟加大了氢能产业的推进步伐,拟从以下方面推进氢能的发展。

  其一,制定了欧盟发展氢能的路线图。欧盟计划分“三步走”推进氢能发展:第一步2024年,欧盟应将可再生电力的电解槽制氢产能提升至每年6吉瓦,产量达到100万吨/年;第二步2030年,将氢产能提升至40吉瓦,产量达到1000万吨/年,成为“欧洲能源系统的固有组成部分”;第三步2030年之后,争取实现将可再生能源制氢即“绿氢”,大规模部署在各个难以实现脱碳化发展的行业之中。欧盟呼吁各成员国将氢能列入国家能源与气候发展的中长期目标规划。目前,已经有26个成员国加入欧盟牵头成立的“氢能倡议”,14个成员国将氢能列入国家替代化石能源的政策框架。

  其二,建立产业发展联盟。在欧盟推进气候和能源转型的政策框架中,建立由企业、成员国和地区政府、非政府组织、学界等组成的产业联盟,作为推动发展相关产业的重要平台。例如在汽车电池行业,2017年10月,欧盟委员会提出建立欧洲电池联盟(EBA)倡议,目前已经有260家科研机构及企业加入欧洲电池联盟,以培育欧洲的电池行业竞争力乃至超级企业。欧盟还发布成立“氢能联盟”倡议,欧盟和“氢能联盟”将共同规划一批“欧洲共同利益重要项目”,带动产业发展和产业链整合和强化。“氢能联盟”拟推动280家企业参与制氢电解槽的相关产业链,并推进实施1吉瓦规模的电解槽项目。

  其三,加大政策扶植力度。在欧盟的产业政策中,一直注重构建一个完善、适合企业正常竞争的欧洲单一市场,营造支持产业发展的环境,促进市场成熟,帮助企业渡过“创新死亡之谷”,将新技术、新领域转化为新产业。在氢能战略中,欧盟也制定了一系列产业扶植的做法。在市场监管方面,欧盟要通过规则和碳交易配额等市场手段,帮助“绿氢”缩小与化石能源制氢的成本差距。在国家补助政策上,欧盟将在2021年制定有关氢能发展的国家补助政策框架,规定各产业使用氢能的最低消费比例,保证氢能获得足够的市场需求,鼓励和扩大氢能应用。在减排和环保政策上,欧盟将对碳排放交易机制(ETS)中有关氢能以及制氢方法的概念进行界定,改革相关标准,使化石燃料制氢受到碳排放交易机制的成本约束。在投资领域,欧盟近期准备力推可再生融资项目分类标准改革,引导投资者加大对“绿氢”等绿色项目的支持。欧盟诸多公共投资机制,包括新冠肺炎疫情后推动经济发展的恢复基金、多年期预算框架下的区域发展基金、团结基金、投资欧盟(investEU)等,均将加大对氢能项目的支持力度。《欧洲绿色协定》框架下,对依赖化石能源产业的经济社会转型“公正过渡机制”投资计划,也将氢能作为重点支持领域。在科研方面,欧盟2014-2020年期的“地平线2020”投资计划,支持设立了燃料电池和氢能联合项目,重点领域包括氢能合成航空燃料、氢动力航空电池、氢能航空发动机研发等领域。2020年后,欧盟科研支持计划“地平线欧洲”将加大对氢能的科研支持。

  其四,加大基础设施投入。应用氢能须在生产、分流、运输、使用等方面大幅增加基础设施投入,形成一体化的融合网络(见图1),同时对现有基础设施进行换代升级改造。在制造业领域,欧盟提出应将电解制氢槽建在炼油厂、钢铁厂和化工厂的周边,以提供燃料和炼化原料,利用可再生能源发电制氢,促进这些行业绿色低碳发展。在交通领域,为氢燃料电池公交汽车和卡车建设更多加氢站,并围绕加氢站部署电解槽产能,在港口和机场等交通枢纽布局氢能制造及辅助基础设施。此外,构建更多氢气骨干管网,推动氢气远距离传输,服务于氢能贸易。目前,法国与德国天然气管网运营商开始讨论建设欧洲首条跨境纯氢气运输管线。德国、奥地利、法国、荷兰、比利时和卢森堡的能源部长曾共同强调加大对于氢气运输基础设施的投资。

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  其五,加强国际合作。欧盟认为其发展氢能的成功与否,不仅取决于内部的产业和市场发展状况,而且需要借助国际合作和依托国际市场。欧盟将探索与非洲特别是北非地区合作发展可再生能源和制氢行业的可能性,推动周边邻国发展电解氢产能,2024年实现制氢产能达到40吉瓦的目标并向欧盟出口。在投融资方面,欧盟将通过其主导的多边投资机构或开发银行,支持周边国家“绿氢”建设,其中,“西巴尔干投资促进框架”将是重要抓手。在国际机制层面,欧盟要成为氢能技术标准的国际领导者,将推动与国际伙伴就氢能发展达成更广泛的协议,并建设“基于规则的氢能市场”,防范潜在的贸易扭曲和市场壁垒。

  3 欧盟发展氢能的主要考虑

  欧盟大力推动氢能发展,体现了欧盟希望将可持续发展与当前经济转型相结合,在新兴产业领域抢占先机等重要考量,也是面临新冠肺炎疫情严重冲击,推进疫情后经济复苏,转变产业结构和发展动能的重要举措。

  3.1氢能作为新兴产业有巨大发展潜力

  随着全球对可持续发展和新发展模式的关注,欧盟作为发达经济体率先进入后工业化社会,各国对于开发氢能,推进能源结构向低碳绿色转型的愿望强烈,实际产能也不断扩大。国际能源署(IEA)的数据显示,全球对于氢能的需求已从1975年的1820万吨上升到2018年的7390万吨(见图2),增长超过3倍。《气候中性的欧洲氢能战略》预测,2030年,全球新增电解氢的产能将达到8.2吉瓦,其中57%将建于欧洲,加入国际氢能理事会的企业数从2017年的13家增至81家。彭博新能源财经预计,至2050年,以低碳方式生产的氢能将满足全球24%的能源需求,年销售额达到2400亿~7000亿美元。国际氢能委员会则预测,到2050年,全球范围内,氢能占全部能源消费的比重将提高到18%,氢经济市场规模将达到2.5万亿美元。在此背景下,企业跟风而动。近年来,法国Engie、德国意昂(E.on)、意大利Enel、奥地利最大电力供应商维邦公司(Verbund)等欧洲主要能源企业,沃尔沃、戴姆勒等汽车企业,以及西门子等电气企业,均提出要开启或扩大氢能等可再生能源业务,减少传统化石能源业务所占比例,以顺应欧洲和全球能源转型的趋势。

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  3.2氢能具有较大的经济拉动潜力

  面对新冠肺炎疫情带来的前所未有的经济危机,欧盟委员会预计,2020年,欧盟27国经济将衰退8.3%,法国、意大利、西班牙将分别衰退10.6%、11.2%和10.9%,失业率、政府债务比、赤字率等均大幅上升。事实上,欧盟在2018年已经出现了较大的经济下行压力,其不仅受制于货币政策刺激红利消退、全球贸易保护风潮上升、英国“脱欧”不确定性带来巨大商业和投资意愿消退等问题,更是由于欧盟产业竞争力出现相对下降趋势,缺乏新兴产业对经济的拉动作用,经济结构长期面临“内卷化”①趋势,难以形成新动力。

  氢能将可能给交通、工业、建筑等领域用能带来巨大转变,并有希望带动欧盟能源体系的基础设施投资和就业,被欧盟寄予较大期望。欧盟委员会预计,可再生能源的投资周期一般为25年,相关投资对经济起到巨大促进作用。2030年,欧盟将在电解槽领域新增240亿~420亿欧元投资,2050年这一领域新增投资将达到1800亿~4700亿欧元。由于氢能生产对传输、贮存等行业的发展有所拉动,欧盟委员会预计,2030年,氢能将带动欧盟可再生能源发电达到80吉瓦~120吉瓦水平,同时拉动氢能运输和储存行业650亿欧元投资。还有预测认为,2050年,欧盟对可再生能源生产氢能的需求将达到每年330太瓦时~350太瓦时,用于生产氢气所需的海上风电专用装机容量将达到70吉瓦~75吉瓦。在此背景下,氢能产业有望帮助欧盟增加100万个就业岗位。2020年6月,国际能源署发布的报告指出,尽管氢能、电池等多种能源技术无法在短期内创造大量就业,从长期看将是值得投资的领域。欧盟委员会气候委员迪德里希?萨姆松表示,欧盟将在疫情期间加速对能源系统的公共投入,促进欧盟加快进入氢经济时代,氢能的规模化使用甚至快于疫情前发展速度。

  3.3氢能成为产业竞争抢占的先机

  虽然氢能距离大规模商业应用仍较为遥远,但美国、日本、韩国、中国乃至中东国家均重视氢能的基础技术储备和商业化应用探索,以求在未来能源转型中占得一席之地。美、日、韩20世纪70年代石油危机以后就开始了氢能研究,近年来,全球能源转型进程加快,各国也开始了氢能领域的竞争。近年,英国、澳大利亚以及日本等陆续宣布了氢能战略,中国、日本、澳大利亚等国相继推出氨燃料电池研发项目,兆瓦级电解水制氢项目已在日本、加拿大等国落地。2020年7月,沙特阿拉伯和美国空气产品公司(AirProducts)达成了“投建巨型绿色制氢工厂”的合作,预计总投资达70亿美元,将形成装机4吉瓦的可再生能源发电产能,2025年投产后有望实现650吨/日的氢产量,成为全球最大的可再生能源制氢项目。在各国积极发展氢能行业的同时,也在争夺该领域的领导权和话语权。2019年6月,日本在举办20国集团峰会前夕,联合国际能源署共同发表了《氢的未来:抓住今天的机遇》报告。

  欧盟将可再生能源作为拉动经济的重要产业,其实早在欧盟之前,奥地利、比利时、法国、德国、意大利、荷兰等国已制定了支持氢能发展的政策,近年各界发展氢能的声音不断扩大。2019年7月,德国经济部长阿尔特迈尔表示,德国希望成为氢能技术领域的“世界第一”。2020年3月,荷兰发布氢能战略,提出2025年要完成500兆瓦可再生能源制氢项目。2020年4月,法国著名智库法国国际关系研究所发布《欧盟氢能战略前景》报告,提出欧盟要注重构建规则标准和公平竞争的环境等建议。2020年6月,德国政府公布了1300亿欧元的经济复苏计划,提出至少投入90亿欧元发展氢能。德国还发布了国家氢能战略,明确将“绿氢”作为未来发展重点,计划在2030年前将国内的电解制“绿氢”产能提高至5吉瓦,使“绿氢”占德国工业用氢总量的20%,2040年前提高至10吉瓦,成为欧盟首个确定氢气生产目标的国家。

  3.4氢能将为欧盟能源转型提供有效路径

  欧盟已确定要推动低碳、绿色、智能化能源转型,但各领域转型进展差距较大。电力行业,可再生能源发电快速发展,转型成效较为显著,但建筑用能、交通运输和工业领域转型进展缓慢。这种差异性既和欧盟国家能源市场规则尚待整合完善、配套基础设施需要进一步建设等因素相关,也与可再生能源低能量密度、生产缺乏延续性与稳定性有关。例如,钢铁、化工等产业无法替代化石能源的燃烧,电动车需要长时间充电且动力相对不足,在货运卡车等领域难以与燃油车相竞争,在海运、航空等领域更难替代化石能源。而且,可再生能源发电不稳定,在维护电网稳定、持续供电等方面,与化石能源相比缺乏竞争力。

  可再生能源电解制氢拓展了能源利用新途径,氢能为可再生能源提供转换渠道、储存渠道和利用渠道。一旦技术成熟,氢气甚至可以储存于地下,成为电网的备用能源。在工业领域,氢气大量用于生产氨气和甲醇,具有重要的工业价值。在航运行业,推动燃料环保为氢能提供了发展空间,2020年,国际海事组织(IMO)开始实施更为严格的低硫船舶燃料标准,一定程度上给航运业能源转型提供新动力,促使各国船舶制造商探索氢能或氨能燃料的低碳环保货轮的研发与制造。

  “绿氢”对欧盟应对气候变化的贡献相当明显。欧洲氢能研究所发布《欧洲2×40吉瓦绿氢行动计划》称,若欧盟2030年前在本土部署40吉瓦“绿氢”产能,周边国家部署40吉瓦,则欧盟未来每年可减少碳排放8200万吨。在工业领域,氢不仅是重要工业原料,也是高能量密度的清洁燃料,在钢铁、化工、水泥等传统高碳排放行业具有极大潜力,与欧洲重塑工业竞争力的政策相契合,甚至形成“零碳排放钢”新型工业发展模式。在交通领域,氢能汽车可在电动车以外,使运货卡车、出租车等低碳清洁化转型;占欧盟铁路运营46%的柴油列车可转为低碳氢燃料;航空业采用混合氢燃料将进一步推动减排。欧洲太阳能发电公司政策总监奥黑莉?博韦称:“欧盟氢能战略的推出是整个欧盟向绿色发展迈出的重要一步,只有可再生能源制氢才是帮助整个欧洲实现脱碳目标的最有前途的方式。”

  4 欧盟发展氢能的前景和挑战

  作为新兴产业,氢能与欧盟未来产业布局、经济结构乃至对外经济关系的发展关系密切,将是欧盟及其成员国继续大力支持的行业,企业也会在欧洲和全球投入低碳发展行业,当前仅德国生产的“绿氢”约占全球总量的20%。目前,欧盟在建的或已经确定订立的可再生能源制氢项目产能达1.5吉~2.3吉瓦,规划的产能达到22吉瓦。国际能源署、欧盟及其主要成员国以及企业界均看好氢能发展前景,国际能源署署长法提赫?比罗尔表示,在当前全球原油经济大幅震荡背景下,“绿氢”正在迎来“属于它的时代”。

  欧盟委员会预计,氢能占欧盟能源消费的比例有望从目前的2%上升至2050年的13%~14%。有市场分析人士认为,当前氢能面临的发展环境和21世纪初可再生能源极其类似,只需要15年的时间,氢能有望成为更加有竞争力的能源。在基础设施领域,国际能源署认为欧盟已经具备完善的管道设施,可用于成员国内部氢能贸易。例如,荷兰的天然气管道完全具备输送氢气的能力,随着天然气需求下降,氢能提升这些资产的利用率,进行相关技术改造和基础设施投入在经济上也是可行的。在产业集群上,国际能源署认为,由荷兰、比利时、德国、挪威所环绕的北海地区,已经具备推进大规模制氢产业的基础,工业需求、可再生能源发电基础、管道基础设施、碳捕捉和封存技术应用,均为氢产业提供良好土壤。

  然而,欧盟发展氢能,以氢能为路径应对气候变化,实现经济结构转型的愿景仍然要面对诸多挑战。首先,氢能的产业规模和经济性有待提升。目前,氢气主要在化工、冶炼、化肥等行业作为工业原料,作为建筑和交通运输业的燃料仍在试验阶段,未能形成大规模商业化应用。目前,欧盟每年消耗氢气的总量约为800万吨,仅占全球氢能需求的9%,欧盟生产的氢气大多来自天然气,可再生能源制氢产能较小。可再生能源制氢在当前全球能源版图中微不足道,所占制氢产能的比例也微乎其微,全球氢能的76%基于天然气制氢,23%基于煤炭制氢,可再生能源制氢占1%。在生产成本上,可再生能源制氢也难以和化石能源制氢相匹敌,2018年,天然气制氢、采用碳捕捉和封存技术的天然气制氢、煤炭制氢的成本分别为0.9~3.2美元/千克、1.5~2.9美元/千克、1.2~2.2美元/千克,而可再生能源制氢成本高达3~7.5美元/千克,可再生能源制氢成本的最低值接近化石能源制氢成本的最高值。欧盟内部对于欧委会氢能战略也有争论,有观点认为,欧盟并未明确支持“绿氢”,“棕氢”(高污染化石燃料制氢)和“蓝氢”(天然气制氢)仍有较大发展空间。法国国际关系研究所报告指出,短期内氢能的经济竞争力仍然较低,例如在炼钢行业,未来十年不具备成本竞争力。

  其次,欧盟内部市场环境条件有待改善。在能源市场运行和监管制度方面,欧盟各国仍然缺乏欧盟层面的统一规则,需要削减各国内部市场障碍和壁垒。2020年7月,欧盟能源监管合作署(ACER)发布报告指出,当前状况下,欧盟为氢能另行建造管道并不现实,将氢气混合在天然气管道中使用是一种可行选择,但仅有少数成员国允许将氢气注入天然气管道实行混合运输。德国允许在特定条件下氢气混合比例达到10%,欧盟能源监管合作署认为各国的能源监管机构都应该考虑将氢气的混合比例设定在2%以上。德国复兴信贷银行全球可再生能源、电力和水资源负责人托马斯?比勒坦言,当前,氢能行业商业项目进展依然缓慢,为大型项目提供融资担保依然遥远。

  (董一凡 中国现代国际关系研究院)

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