美國能源部發(fā)布國家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖草案

近日，美國能源部（DOE）發(fā)布《國家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖（草案）》，指出到2050年清潔氫能將貢獻約10%的碳減排量，到2030、2040和2050年美國清潔氫需求將分別達到1000、2000和5000萬噸/年。該草案確定了美國清潔氫能價值鏈的近、中、長期行動，關(guān)鍵要點如下：

一、關(guān)鍵戰(zhàn)略方向

該路線圖草案優(yōu)先考慮三個關(guān)鍵戰(zhàn)略方向，以確保清潔氫能作為有效的脫碳工具被開發(fā)和利用，并為美國帶來最大利益。包括：

1、明確清潔氫能的戰(zhàn)略性地位及高影響力用途。這將確保清潔氫能被用于價值最高的應(yīng)用場景。在這些應(yīng)用場景中，通常深度脫碳替代方案有限。具體包括工業(yè)部門、重型卡車和實現(xiàn)清潔電網(wǎng)的長期儲能。長期機遇包括出口清潔氫或氫載體的潛力，以及為美國的盟友實現(xiàn)能源安全。

2、降低清潔氫能成本。“氫能攻關(guān)計劃”已于2021年啟動，將促進氫能創(chuàng)新和規(guī)?；l(fā)展，刺激私營部門投資，促進整個氫能供應(yīng)鏈發(fā)展，并大幅降低清潔氫能成本。還將努力解決關(guān)鍵材料和供應(yīng)鏈的脆弱性，并針對效率、耐用性和可回收性進行設(shè)計。

3、專注于區(qū)域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。包括區(qū)域清潔氫能中心，以實現(xiàn)區(qū)域大規(guī)模清潔氫能生產(chǎn)和終端應(yīng)用，建設(shè)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，推動規(guī)?；l(fā)展，促進市場騰飛。優(yōu)先事項將包括短期影響，創(chuàng)造工作機會，以及快速啟動國內(nèi)制造業(yè)和私人投資。

二、近、中、長期行動時間表

路線圖草案制定了清潔氫能的近、中、長期行動時間表，如圖1所示。

圖1 美國清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖近中長期行動時間表

三、各階段支持行動

1、清潔制氫

近期（2022-2025年）：①從生命周期、可持續(xù)性、成本、區(qū)域和公平角度評估路徑，以優(yōu)先考慮策略，確定差距；②建立清潔氫標(biāo)準(zhǔn)；③示范熱解制氫、廢物制氫、可再生能源制氫和核能制氫等清潔技術(shù)；④通過對制造工藝、電堆、輔助系統(tǒng)組件的研發(fā)、示范和部署，大規(guī)模降低電解槽成本；⑤通過模塊化設(shè)計和過程強化的研發(fā)、示范和部署，降低熱解制氫技術(shù)成本；⑥開發(fā)低成本、耐用的膜和分離材料；⑦促進組件標(biāo)準(zhǔn)化，減少對關(guān)鍵材料的依賴，并建立穩(wěn)健的供應(yīng)鏈；⑧設(shè)計并實施加速應(yīng)力試驗技術(shù)以評估和改善耐久性；⑨發(fā)布關(guān)于路徑、排放和成本的個案研究；⑩為今后的部署制定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)測框架。

中期（2026-2029年）：①實現(xiàn)電解制氫成本2美元/千克；②實現(xiàn)國內(nèi)吉瓦級規(guī)模電解槽生產(chǎn)能力；③可最大限度地減少關(guān)鍵材料用量，同時實現(xiàn)性能和耐久性有競爭力的催化劑和組件；④優(yōu)化電解槽和清潔能源供應(yīng)之間的集成，以降低成本，提高效率和彈性；⑤提出目前實驗室規(guī)模下最有前景的制氫概念，如熱化學(xué)、光電化學(xué)或生物法制氫；⑥從真實環(huán)境的示范中收集數(shù)據(jù)，為研發(fā)、示范和部署提供信息，并持續(xù)改善性能和耐久性；⑦細化和更新路徑評估，以確保以最可持續(xù)、公平、彈性和可負(fù)擔(dān)的方法為目標(biāo)；⑧通過分析經(jīng)驗教訓(xùn)、最佳做法和利益相關(guān)方反饋來確定擴大規(guī)模的途徑和好處。

長期（2030-2035年）：①大規(guī)模部署可再生能源制氫、核能制氫和化石能源結(jié)合CCS制氫；②到2030年，清潔氫產(chǎn)能至少達到1000萬噸/年；③不同來源的清潔氫成本達到1美元/千克；④示范可最大限度地減少關(guān)鍵材料使用，并達到目標(biāo)性能和耐久性的電解電堆；⑤利用不同原料（如廢水或高溫?zé)幔┐笠?guī)模生產(chǎn)氫的商業(yè)可行方法；⑥確保建設(shè)彈性和可持續(xù)的國內(nèi)供應(yīng)鏈，適用于所采用的所有制氫途徑，并能夠不依賴于進口；⑦從真實環(huán)境的部署中持續(xù)收集數(shù)據(jù)，為研發(fā)、示范和部署提供信息，確定差距并完善戰(zhàn)略；⑧應(yīng)用最佳做法、經(jīng)驗教訓(xùn)和分析，包括通過全球合作和可持續(xù)性框架，確保提出最可持續(xù)、公平、彈性且經(jīng)濟的辦法，以最大限度地發(fā)揮效益。

2、輸送和存儲基礎(chǔ)設(shè)施

近期（2022-2025年）：①開發(fā)和更新分析模型和工具，以評估輸送和存儲技術(shù)路徑、確定差距并確定策略的優(yōu)先順序；②開發(fā)嚴(yán)格監(jiān)測和減少氫泄漏和汽化損耗的技術(shù)；③評估管道和組件材料與氫氣和氫氣/天然氣混合物的相容性；④提出低成本、高效的氫液化和降低汽化損耗的新方法；⑤發(fā)現(xiàn)和開發(fā)用于大量存儲和分配的氫載體材料；⑥識別可用于大量儲氫的地質(zhì)地層，以及相關(guān)的開發(fā)和運行要求；⑦開發(fā)和優(yōu)化關(guān)鍵應(yīng)用中的氫基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計，如工業(yè)和儲能；⑧制定和協(xié)調(diào)氫用于重型卡車和越野車輛的燃料協(xié)議；⑨加快研發(fā)、示范和部署，以降低高壓和液氫儲罐成本，包括碳纖維復(fù)合材料容器；⑩建立數(shù)據(jù)監(jiān)測和收集框架，評估上游和現(xiàn)場排放。

中期（2026-2029年）：①驗證和改進分析模型和工具，以確定各種應(yīng)用的輸送和存儲優(yōu)先順序；②示范高效可靠的氫氣管道壓縮機運行；③量化氣氫和液氫基礎(chǔ)設(shè)施損耗，為大規(guī)模部署提供信息；④開發(fā)商業(yè)規(guī)模的新型高效氫氣液化系統(tǒng)設(shè)計；⑤提出有前景的氫載體系統(tǒng)概念，設(shè)計可靠、低成本的系統(tǒng)；⑥啟動區(qū)域大規(guī)模儲氫示范，包括地下儲氫，并確保當(dāng)?shù)乩?；⑦示范新型、高效、低成本的大?guī)模氫氣輸送方法；⑧部署可擴展的加氫站，以支持氫能交通早期市場，如重型卡車和公共汽車；⑨部署針對潛在的氫氣和其他排放/釋放的監(jiān)測系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)收集；在關(guān)鍵地點設(shè)計可持續(xù)和公平的區(qū)域清潔氫能網(wǎng)絡(luò)，以最大限度地發(fā)揮效益，確保能源正義、環(huán)境的正義和公平。

長期（2030-2035年）：①與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)和利益相關(guān)方合作，設(shè)計針對區(qū)域供需優(yōu)化的氫能基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，以最大限度地發(fā)揮效益，確保實現(xiàn)能源、環(huán)境和公平目標(biāo)；②示范先進液化技術(shù)，比當(dāng)前概念的效率提高一倍；③制定長期儲氫計劃/氫戰(zhàn)略儲備，以確保供應(yīng)彈性；④部署至少4個擁有先進低成本清潔氫存儲和基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域清潔氫能中心；⑤從實際環(huán)境中的氫分配示范（如通過管道或載體）收集數(shù)據(jù)，包括排放數(shù)據(jù)，為研發(fā)、示范和部署提供信息，從而降低成本并提高可靠性；⑥持續(xù)收集數(shù)據(jù)，為擴大最佳輸送和存儲技術(shù)部署以及研發(fā)、示范和部署提供信息；⑦確保在不同的利益相關(guān)方之間共享與氫能基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的任何安全或其他最佳實踐，以實現(xiàn)持續(xù)改進；⑧通過氫能基礎(chǔ)設(shè)施的全球合作，為長期投資計劃和氫出口機會提供信息。

3、終端應(yīng)用和市場采用

近期（2022-2025年）：①為清潔氫的生產(chǎn)、加工、輸運、存儲和終端應(yīng)用的大規(guī)模部署奠定監(jiān)管基礎(chǔ)；②開展跨領(lǐng)域工作（如核能、可再生能源、化石燃料、CCS、儲能），確定監(jiān)管和政策差距，以及解決這些差距的關(guān)鍵戰(zhàn)略，以最大限度地減少影響；③制定氫氣管道和大型項目的最新指南，促進利益相關(guān)方參與并解決環(huán)境、能源和公平優(yōu)先事項；④啟動難脫碳行業(yè)向清潔氫過渡，并確定可能擴大規(guī)模的具體場景（如氨、煉油廠、鋼鐵）；⑤推進有效的終端應(yīng)用技術(shù)并擴大規(guī)模；⑥通過建模和改進數(shù)據(jù)采集，量化氫氣泄漏的氣候影響；⑦制定最佳做法和指南，以評估實際部署的清潔氫的生命周期排放，并為“原產(chǎn)地保證”和認(rèn)證計劃提供信息。

中期（2026-2029年）：①使氫能技術(shù)相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)國際協(xié)調(diào)；②開發(fā)市場模式以加快部署進展，克服監(jiān)管障礙，促進可再生能源電力用于電解槽；③通過公開訪問的平臺分享安全最佳做法以及從早期部署中汲取的經(jīng)驗教訓(xùn)；④部署至少兩個清潔氫能中心，示范氫在難脫碳行業(yè)（如工業(yè)和重型卡車）中的使用；⑤制定國家對氫摻混限制的指南；⑥供應(yīng)清潔氫，使得到2030年利用生物質(zhì)和廢物生產(chǎn)至少30億加侖的可持續(xù)航空燃料；⑦提高電解槽、燃料電池和氫價值鏈中其他部件的原料回收和循環(huán)利用的效率和成本效益，以使其能夠不賴依于進口。

長期（2030-2035年）：①開發(fā)市場模式監(jiān)管指南，以實現(xiàn)清潔氫的出口；②利用從大規(guī)模部署中獲得的經(jīng)驗教訓(xùn)，確定未來增長的優(yōu)先領(lǐng)域，重點是支持最有效、經(jīng)濟、與氣候目標(biāo)一致的整體方法，最大限度地改善公共健康安全和環(huán)境；③示范和量化氫能在改進未來清潔能源系統(tǒng)的彈性和避免中斷供應(yīng)方面的益處；④到2030年示范用于發(fā)電的純氫燃料超低氮氧化物排放燃氣輪機和低鉑族金屬含量燃料電池；⑤啟動至少一個清潔氫能中心，示范氫在清潔電網(wǎng)儲能中的應(yīng)用，并量化氫支持到2035年實現(xiàn)零碳電網(wǎng)的機會，包括區(qū)域因素。

4、使能因素、能源及環(huán)境正義

近期（2022-2025年）：①制定和實施廣泛和包容性的利益相關(guān)方參與框架，并收集反饋；②為團隊和組織以及聯(lián)邦資助的示范項目的地理/社區(qū)選址確定多樣性、公平性、包容性和其他關(guān)鍵優(yōu)先事項的衡量標(biāo)準(zhǔn)；③推出工具和平臺，以促進伙伴關(guān)系、包容性和市場部署；④為工人制定再培訓(xùn)計劃，使其能夠獲得近期和長期的高薪工作；⑤為學(xué)生制定招聘和職業(yè)計劃，并促進多樣性、公平性和包容性；⑥制定和實施可持續(xù)性框架以及環(huán)保最佳做法；⑦開發(fā)教育資源，以支持氫能中心社區(qū)推廣和參與戰(zhàn)略；⑧改進區(qū)域優(yōu)先事項數(shù)據(jù)收集并確定應(yīng)用，為清潔氫的部署提供參考。

中期（2026-2029年）：①完善和不斷改進利益相關(guān)方的參與和包容性，并應(yīng)用所學(xué)到的經(jīng)驗；②促進公私合作關(guān)系，以實現(xiàn)包容性并加速進展；③與氫能中心所在地區(qū)的弱勢社區(qū)制定和執(zhí)行社區(qū)獲利協(xié)議；④部署氫能技術(shù)以減少未達標(biāo)地區(qū)的排放，并為當(dāng)?shù)睾腿鮿萆鐓^(qū)提供彈性、工作和其他關(guān)鍵利益；⑤評估氫能技術(shù)對區(qū)域水供應(yīng)和其他資源的影響；⑥進行環(huán)境和風(fēng)險評估，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，包括通過全球和區(qū)域協(xié)作；⑦與工會合作，發(fā)展和擴大氫能技術(shù)的注冊學(xué)徒計劃；⑧利用氫能安全中心和其他平臺，分享最佳做法和經(jīng)驗教訓(xùn)。

長期（2030-2035年）：①量化部署氫能的益處，并確定額外的政策或計劃優(yōu)先事項，以加快進展；②在弱勢社區(qū)部署清潔氫能技術(shù)的制造設(shè)施；③評估區(qū)域清潔氫能中心的技術(shù)-社會-經(jīng)濟影響；④開發(fā)和完善市場結(jié)構(gòu)，以公平分配新技術(shù)的成本和收益；⑤確保將適應(yīng)性、網(wǎng)絡(luò)、彈性和其他緩解方法納入擴大規(guī)模的戰(zhàn)略計劃；⑥更新和完善可持續(xù)性框架和最佳做法，為未來部署提供信息；⑦利用全球合作和倡議，最大限度地取得研發(fā)、示范和部署的成功，并確保清潔能源轉(zhuǎn)型公平。