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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行轉型。氫具有高的能量密度，可用于各種規模的移動、固定或工業應用。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。在強大的財政支持下，這些國家正在為推動氫及燃料電池技術的發展制定強有力的路線。
法國氫能的發展現狀
在這一進程中，法國是重要的參與者。自2015年 8月頒布《綠色增長能源轉型法》以及2015年12月巴黎主辦第21屆聯合國氣候變化大會（COP21）以來，法國已表現出對減少溫室氣體排放的強烈愿望。其中引人關注的是，這些舉措促成了2018年6月國家氫能計劃（NHP）的出臺，該計劃設定了三個主要目標：實現工業級脫碳制氫、氫能交通運輸和提高電力系統的靈活性，以及天然氣網絡脫碳。截至2019年，NHP已投入 1億歐元，用于開發至少26座加氫站和380輛燃料電池電動汽車（FCEV）。上述目標已被納入法國多年能源計劃和《能源與氣候法》，目標是到2028年達到400座加氫站、20 000輛FCEV、800輛重型車輛及脫碳氫占工業氫的比例為20%。
與歐盟（EU）的宏偉目標一致，法國擁有推進低碳排放氫系統的主要資產。其得益于大規模脫碳發電以及大型制氫工業。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，相當于法國氣候計劃（2017年）目標與目前歐盟參考方案[歐盟監管技術標準（RTS）方案]之間差距的三分之一[1]。
在國家層面，氫能系統的研究資金主要集中在 2005—2012年間法國國家科研署（ANR）的國家行動計劃（PAH）[2]，其次是HPAC? （? Hydrogen and fuel cells ）低技術就緒水平（TRL）項目，以及生態轉型機構（ADEME）和FUI? （? Support for collaborative projects of competitiveness clusters）示范項目。分配給這些項目的資金（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量大幅增加。這種有針對性的資金扶持為工業部門的發展奠定了基礎，涌現出一批致力于制氫、儲存和轉化研究的企業。如今，法國通過在相關領域積累的專家意見以及主要研究參與者的貢獻（主要集中在CNRS FRH2和CEA實驗室）向著目標邁進。此外，法國還設立了研究項目合約“法國氫倡議”（IFHy），其核心是實現公共研究與產業之間的對接。IFHy的目標是發展并協調公有和私有的合作關系，以確保科研與產品商業開發之間的連續性，積極參與法國氫產業的成型及發展，促進法國工業的成長。
2020年9月，法國政府宣布啟動法國發展脫碳氫的國家戰略。該戰略（將在2021—2030年期間實施）將獲得70億歐元的投資，實現以下三個首要目標：①通過大力發展法國的電解產業，實現工業脫碳；②利用脫碳氫開發重型交通工具；③支持研究、創新及技能發展，以促進未來應用（圖1）。在以上三個首要目標中，針對最后一項，研究人員設想了多個目標，包括在能源網絡中發展氫能，確定工業新用途以減少二氧化碳排放，發展氫動力重型交通工具（飛機和船舶），以及提出未來以氫為基礎的設施概念。為加速這一首要研究計劃的實施，該戰略將支持氫領域的研發（R&D）工作，并保持其在國際上的前沿地位，因為法國在這一領域擁有領先的研究基地。
圖1. 對2020—2023年法國發展脫碳氫國家戰略預算的分配（總計 34億歐元）。
德國氫能的發展現狀
德國也是這一領域的重要參與者。德國提出了《2030年氣候行動計劃》，其目標是到2050年實現碳中和。為使德國成為溫室氣體中立國并履行COP21《巴黎協定》的國際承諾，氫已被確定為一種脫碳選擇。德國政府認為只有通過可再生能源制氫（即清潔的綠色氫）才是可持續的。
雖然德國的研究經費對所有的課題均保持開放態度，但氫技術引起了聯邦政府的額外重視。2006— 2016年，德國批準了大約7億歐元的資金用于支持國家氫能及燃料電池技術創新計劃，在此基礎上，2016— 2026年間，德國將投入14億歐元。此外，聯邦政府正在利用能源研究計劃所提供的資金，打造一個卓越的研究場所?[3]。
自2019年新冠病毒肺炎大流行以來，德國加強了對能源轉型和綠色氫項目的扶持力度。2020年6月，德國聯邦政府實施了《國家氫能戰略》，并成立了國家氫能委員會，通過項目提案和實施氫戰略的行動建議，向國務秘書委員會提供咨詢和支持[4]。計劃的目標包括：確立氫能作為替代能源，使氫成為工業部門可持續發展的基礎原料，開發國內市場并建立國際市場，加強德國工業發展，并最終使氫能利用具有經濟可行性[5]。
在該項計劃中，交通運輸、工業和建筑行業得到了特別支持。針對交通運輸行業，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貼。此外，為鼓勵投資，德國將提供45億歐元用于建設電動燃料設施以及燃料加注的基礎設施。對于航空和航海部門，德國已投資5000萬歐元用于開發混合電力和氫動力飛機及船舶。針對工業，德國已提出了從傳統化石燃料向氫能轉變的各種方法。針對建筑業，德國自2016 年開始實施能效激勵計劃，2020—2024年期間，將繼續提供7億歐元的資金。
研究是能源政策的戰略基礎。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研究，并計劃在此期間追加提供兩億歐元用于加強該領域的研究。此外，2020—2023年期間將提供6億歐元，用于建立針對能源轉型倡議的監管沙盒，此舉將有助于加快技術和創新從實驗室向市場的轉移。德國將提供超過10億歐元用于技術和大型工業設施的投資（作為德國脫碳計劃的一部分），將在2020—2023年期間利用氫對這些設施的制造工藝實現脫碳處理。此外，還有一些項目致力于推廣氫在制造業中的應用，以及杜絕材料工業中的碳排放。這些計劃的目的是鼓勵業界積極投資于氫解決方案。2020年6月3日，聯盟委員會通過了一項“未來計劃” （package for the future），將額外追加70億歐元用于加快德國氫技術的市場推廣，以及20億歐元用于培養國際伙伴關系。
2015年年初，德國聯邦經濟事務和能源部啟動了能源轉型研究及創新平臺。基于該平臺的框架，Kopernikus項目是德國在能源轉型領域最大的研究計劃之一 [6]。該項目由四個核心組成，每一核心都有各自的目標：ENSURE用于開發未來電網；P2X用于研究將來自可再生資源的二氧化碳、水和電轉化為氣體、燃料、化學品和塑料；SynErgie用于研究如何使能源密集型工業流程更加靈活，以適應可再生能源的可用性；第四個核心Ariadne [7]作為科學與社會之間的聯合學習過程，用于分析從單個產業到全局層面，政策措施將如何發揮作用。
氫能在歐盟的發展現狀
放眼整個歐洲大陸，歐盟出臺的政策強力支持實施氫能系統，并將其作為實現《歐洲綠色協議》[8]和歐洲清潔能源轉型的關鍵手段之一。氫能系統的實施符合 COP21《巴黎協定》的要求，有助于歐盟在2050年實現碳中和的目標[9]。不僅如此，其目標是限制歐洲對烴類的使用，并為歐盟的經濟增長作出貢獻。考慮到歐盟在可再生能源技術方面的領導地位，服務于眾多工業部門及其他終端用途的氫價值鏈的興起會帶來最高100萬個相關的工作崗位。
早在21世紀初，歐盟委員會（EC）就已確定需要建立一個高效戰略，以發展2020—2050年間以氫為導向的能源經濟[10]。根據第六框架計劃（FP6; 2002— 2006），歐盟已投入3億歐元用于氫能的研究項目。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，歐盟致力于促進商業可行的氫能及燃料電池應用，并啟動相關的氫基礎設施。該舉措為2008年建立燃料電池暨氫能聯合企業（FCH-JU）伙伴關系奠定基礎[11]。
如今，FCH-JU是歐洲支持氫能研究和技術開發（RTD）的最重要手段。這是一種公私合作伙伴關系，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]，分別代表公共機構、研究團體和行業合作伙伴（圖2）。能夠合理協調公共和私人利益是歐盟部署氫經濟的必要條件。2008年，首個FCH-JU RTD項目啟動，2007—2013年期間的總預算額為9.47億歐元，其中包括對持續運行至2017年的RTD項目的支持。歐洲共同體通過FP7研究項目提供了一半的預算，其余部分由行業法人通過實物捐助的形式承擔[13]。在歐盟“地平線2020”計劃（2014—2020）運行下，第二個FCH-2-JU RTD項目的預算額增加到13.3億歐元，其中一半由私人成員承擔[14]。FCH-2-JU項目的核心目標如圖3所示。
圖2. 燃料電池暨氫能聯合企業（FCH-JU）公私合作伙伴關系。
圖3. FCH-JU計劃的核心目標[15]。
為在2027年之前促進歐洲的科學倡議，一項名為 “歐洲地平線”（Horizon Europe）的新型歐盟研究及創新計劃將于2021年生效，該計劃預算為1000億歐元。該計劃將提供一整套方法用于進行運輸活動，包括電池、清潔氫、低碳煉鋼、循環生物基產業以及建筑環境。在氫能方面，作為FCH-2-JU計劃的延續，一個名為“歐洲清潔氫”的新型伙伴關系[16]正在構建中。該伙伴關系對于實施歐盟委員會于2020年7月發布的歐洲路線圖將發揮關鍵作用。這個路線圖定名為“歐洲氣候中立氫戰略”（A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe） [8]，是基于2019年發布的一份報告[17]提出的。其以整個氫能產業價值鏈為基礎，建立了從生產到運輸、工業、能源和供熱應用的路線過程，同時考慮了相關技能和交叉問題（即法規、安全、教育和培訓、社會經濟研究等）。
歐洲氫能路線圖的最終目標是開發以風能和太陽能為主的可再生能源制備清潔氫。在進行這一制備之前，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，如化石氫結合相應的碳捕集與封存，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階段：① 2020— 2024年，將部署6 GW可再生氫電解槽，用于化工行業及重型運輸行業（公共汽車及卡車）的現場制氫；② 2025—2030年，電解槽裝置規模將增加至40 GW，主要用于新出現的市場（即煉鋼、鐵路和海運）、加氫站、每日或季節性儲能、電網均衡、本地制氫網絡，并為住宅和商業建筑供熱；③ 2030—2050年，將大規模發展電力生產，其中四分之一的可再生電力用于制清潔氫。
為實現這一路線圖的目標，需要額外的投資。例如，2020—2030年期間，電解制氫及其運輸、分配、儲存以及加氫站建設將獲得大約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能生產清潔電力。這些投資將得到歐洲清潔氫聯盟（European Clean Hydrogen Alliance）的支持[18]，該聯盟匯集了產業、國家和地方公共當局（LPA）、民間社團及其他利益相關者。
歐洲路線圖還確定了在以下兩個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，促進清潔能源轉型，并鼓勵可持續增長和發展；第二，與全球行動者合作，制定國際標準，確立通用的定義和方法。后者將通過國際機構進行，如國際氫能經濟和燃料電池伙伴計劃（IPHE） [19]、國際能源署（IEA）和國際可再生能源署（IRENA），以及20國集團（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，推動在氫能源轉型領域開展研究和創新。這些路線圖和計劃的目標是采用尖端技術，為未來數個世紀造福人類的無碳世界鋪平道路。
