在環(huán)保和能源危機等多重壓力下，進行能源系統(tǒng)變革已成為全球共識。氫能源作為一種能量密度高又沒有污染物排放的理想清潔能源，得到國際社會的廣泛關(guān)注。

目前，日本、美國、韓國、歐盟等國家和組織紛紛制定氫能發(fā)展戰(zhàn)略或路線圖，爭搶產(chǎn)業(yè)制高點。澳大利亞也后發(fā)直追，力爭在全球氫能產(chǎn)業(yè)布局中占據(jù)一席之地。

氫能戰(zhàn)略緣起

澳大利亞在地理、人口分布和能源方面有著天然優(yōu)勢，其廣袤的國土擁有豐富的煤炭、天然氣、煤層氣等化石能源資源。

澳大利亞煤炭儲量占世界總儲量的8.9%，是全球第四大黑煤和褐煤資源國，在一次能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中占到80%以上。同時，澳大利亞的煤炭質(zhì)量優(yōu)于很多國家，在世界能源市場中極具競爭力，是經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)國家中僅有的3個能源凈出口國之一。

澳大利亞還是全球第11大天然氣資源國，2018年其液化天然氣(LNG)出口增長23%，成為全球最大的LNG出口國。

豐富的太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿瓤稍偕茉匆彩前拇罄麃喌奶烊粌?yōu)勢，尤其在太陽能方面，澳大利亞是世界上大陸國家中每平方米國土獲得太陽輻射能最多的國家。

但從澳大利亞的電力結(jié)構(gòu)看，約71%的電力來自煤炭，8%來自天然氣，可再生能源的占比極小。

對煤炭發(fā)電的嚴重依賴導(dǎo)致澳大利亞在OECD國家中單位GDP所產(chǎn)生的碳排放量位居第二，人均排放量位居第一。2016年，澳大利亞批準了《巴黎協(xié)定》，承諾到2030年將溫室氣體排放量在2005年的基礎(chǔ)上減少26%~28%，但落實情況并不理想。

2018年澳大利亞向聯(lián)合國提交的國家清單報告顯示，其溫室氣體排放量已經(jīng)連續(xù)4年上升，增長最快的是化石燃料的開采以及天然氣加工等能源部門帶來的排放。據(jù)國際能源署(IEA)預(yù)測，到2040年，澳大利亞的煤炭出口還將增長36.7%，成為世界上最大的煤炭生產(chǎn)和出口國。

因此，澳大利亞政府面臨經(jīng)濟利益與氣候責(zé)任的雙重夾擊，內(nèi)部關(guān)系非常緊張，自由黨內(nèi)至今還有“廢除《巴黎協(xié)定》”的聲音。

2019年2月25日，澳大利亞出臺了《氣候解決方案》，旨在啟動20億美元的投資來降低整個經(jīng)濟體的溫室氣體排放，具體計劃包括：擴大電力市場和國家電池項目的投資，為國家提供價格合理、供給穩(wěn)定的電力;幫助普通家庭和企業(yè)提高能源效率并降低能源費用;制定國家電動汽車戰(zhàn)略;提高燃料質(zhì)量標準;通過進一步的技術(shù)變革、經(jīng)濟效率的提高和其他減排措施確保澳大利亞實現(xiàn)其2030年的減排目標等。

從能源安全角度講，澳大利亞能源政策目標主要有三個：一是穩(wěn)定能源供給，提高能源自足率，維護國家能源安全;二是提升能源出口增加值和自身工業(yè)化水平，降低經(jīng)濟對資源出口的依賴;三是在增長經(jīng)濟和降低能源價格的同時采取行動應(yīng)對氣候變化。

政策重點包括推動液化天然氣的生產(chǎn)與出口;大力發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè);加大新能源戰(zhàn)略的實施力度，包括加強煤炭氣化、捕獲能力以及封存二氧化碳的技術(shù)研發(fā)力度，引入替代交通燃料以減少車輛的碳排放，并在全國范圍內(nèi)開展氫能前景的相關(guān)研究，致力于使用氫和電池儲能技術(shù)相結(jié)合的電動汽車最終完全取代以石油為基礎(chǔ)的汽車等。

在2018年12月召開的澳大利亞政府委員會(COAG)上，能源、礦產(chǎn)、資源和環(huán)境部長們一致認為氫能對澳大利亞的未來經(jīng)濟、社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，同意制定國家氫能戰(zhàn)略，并力爭到2030年成為全球氫能產(chǎn)業(yè)主要參與者。會上還成立了由澳大利亞首席科學(xué)家阿蘭·芬克爾擔(dān)任主席的COAG能源委員會氫工作組，重點圍繞氫出口、氫運輸、天然氣制氫、氫氣支持電力系統(tǒng)等開展研究和部署，優(yōu)先事項是完成2020~2030年澳大利亞國家氫戰(zhàn)略設(shè)計，并于2019年底之前進行審議，正式拉開澳大利亞氫能戰(zhàn)略的序幕。

出臺氫能路線圖

2018年8月，澳大利亞出臺了兩份報告——澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)的發(fā)布《國家氫能發(fā)展路線圖：邁向經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)》報告、阿蘭·芬克爾領(lǐng)導(dǎo)的氫戰(zhàn)略小組發(fā)布的《澳大利亞未來之氫》報告。這兩份報告為澳大利亞氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了藍圖。

首先，在氫制造的部署方面，CSIRO報告認為，從技術(shù)成熟度看，化石原料制氫以天然氣制氫最為經(jīng)濟、合理，水裂解制氫以及太陽能電解水制氫也是提供可持續(xù)供應(yīng)氫能的有效途徑，但從制氫成本看，煤制氫成本最低，電解水制氫成本最高。

在項目層面，報告提出要在維多利亞州富產(chǎn)褐煤的拉特羅布山谷試驗煤炭氣化制氫項目。目前，日本川崎重工已經(jīng)與澳大利亞政府合作在澳維多利亞州打造全球首個價值3.88億美元、為期4年的褐煤制氫商業(yè)試點項目，旨在將污染最嚴重的褐煤轉(zhuǎn)變成適用于氫燃料汽車以及發(fā)電和工業(yè)領(lǐng)域的清潔能源。發(fā)展目標是在2030年代后實現(xiàn)煤制氫領(lǐng)域的商業(yè)化生產(chǎn)，使生產(chǎn)氫氣的成本降至每公斤2.14~2.74美元，并使拉特羅布山谷成為全球主要的氫產(chǎn)地。

另一個重點項目是太陽能和風(fēng)能電解制氫，然后將氫氣用于悉尼天然氣能源的長期儲能。澳大利亞可再生能源署(ARENA)已承諾向澳大利亞能源公司Jemena提供750萬澳元(1澳元約合4.79元人民幣)的資金，用于在其位于悉尼西部的工廠建造一個示范規(guī)模的500kW電解槽，還將投入2200萬澳元用于出口氫氣的研發(fā)資金，支持9個澳大利亞大學(xué)和研究機構(gòu)的16個研究項目。

其次，良好的氫氣運輸網(wǎng)絡(luò)是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要基礎(chǔ)條件。氫具有易燃易爆的特點，同時在高壓下容易使材料發(fā)生氫脆，因此氫氣的儲存和運輸一直是個比較棘手的問題。

CSIRO報告認為，考慮到儲存成本和空間可用性，到2025年，液化會使氫氣生產(chǎn)成本增加1.59~1.94澳元/千克，而作為替代方案的氨合成則將使氫氣生產(chǎn)成本增加1.10~1.33澳元/千克，因此氫氣壓縮應(yīng)是氫氣儲存的最佳選擇。

再次，在氫利用的部署方面，除了做航空器專用航空燃料外，氫能目前的主要用途有三塊：氫燃料電池、工業(yè)部門原料、電網(wǎng)和發(fā)電。

目前，燃料電池電動汽車市場面臨的主要問題是成本高昂以及相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施缺乏。2018~2025年間，澳大利亞在氫燃料汽車領(lǐng)域的部署重點包括擴大加氫站的適用范圍等，目標是將加氫站的成本從目前的每站150萬~200萬美元大幅減少到2025年的50萬~100萬美元。

鑒于氫在鋼鐵工業(yè)中既是中間產(chǎn)物同時也能作為燃料就地消納，在鋼鐵工業(yè)過程中更有效地使用氫有助于提高整體能效并減少碳排放，且富氫氣體也可用作鋼生產(chǎn)的還原劑。澳大利亞對2018~2025年氫能在工業(yè)領(lǐng)域的研究部署是將氫氣作為生產(chǎn)源植入現(xiàn)有的工廠生產(chǎn)中，2025~2030年的部署是將氫氣作為鐵礦石還原劑的替代品。

在電力方面，澳大利亞2018~2025年將把部署重點放在以下幾個方面：研發(fā)燃料電池，降低資金成本和提高電池堆的壽命;研發(fā)氨/氫渦輪機和可充電燃料電池;致力于將風(fēng)能、光能等可再生能源產(chǎn)生的電能通過電解水制氫的方式轉(zhuǎn)化為氫能儲存起來以備燃料電池使用，進而實現(xiàn)長期的能源儲存。

最后，在氫出口方面，CSIRO指出，澳大利亞2030年后才可能具備褐煤制氫的商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。想要與其他氫氣出口國競爭，澳大利亞的氫氣生產(chǎn)價格必須降至2~3澳元/千克。為此，2018~2025年間，澳大利亞應(yīng)加大研發(fā)力度，尤其是氫氣生產(chǎn)、儲存和運輸?shù)燃夹g(shù)的研發(fā)，致力于為未來出口奠定基礎(chǔ)。

前景與挑戰(zhàn)

目前氫能產(chǎn)業(yè)的全球布局已經(jīng)初步展開，長期看，氫能將是全球能源系統(tǒng)的重要組成部分，而澳大利亞在氫能發(fā)展方面具有諸多優(yōu)勢。

首先，澳大利亞擁有大規(guī)模制氫的所有必要資源：風(fēng)能、太陽能、煤炭、甲烷、碳封存場所和專業(yè)知識等。

其次，澳大利亞擁有完善的煤炭產(chǎn)業(yè)鏈條，完善的天然氣生產(chǎn)、液化及運輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施和強大的技術(shù)和專家團隊，并且已經(jīng)具備了一系列成熟的技術(shù)來建立經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)鏈條。

此外，市場方面，澳大利亞完善的能源貿(mào)易關(guān)系使其在面向亞洲出口方面具有優(yōu)勢。CSIRO預(yù)計，到2030年，中國、日本、韓國和新加坡對進口氫氣的需求將達到99億澳元，是澳擴大氫氣出口的重要機遇。

但另一方面，氫能產(chǎn)業(yè)還處于早期發(fā)展階段，2050年前能獲得大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的前景還不明朗。

首先，目前制氫還主要依賴存量有限且會造成環(huán)境污染的化石能源，而且整個制氫過程耗能很大，制氫效率低下。

其次，現(xiàn)階段氫氣使用成本遠高于傳統(tǒng)化石能源使用成本，經(jīng)濟性上不占優(yōu)勢，技術(shù)突破也存在諸多挑戰(zhàn)。比如，煤制氫技術(shù)中最核心的部分是對固體煤進行處理，使其變成氣態(tài)物質(zhì)之后再進行制取氫的過程，投資成本偏高、污染處理困難，且全球只有極少數(shù)商業(yè)上可行的二氧化碳捕獲和封存(CCS)設(shè)施，如何將CCS技術(shù)和煤制氫進行有效結(jié)合，目前仍在探索中。

此外，氫能發(fā)展的最大瓶頸不是氫氣的供應(yīng)，而是儲存、運輸和使用，這方面的技術(shù)突破不是短期內(nèi)能夠完成的。

從全球能源轉(zhuǎn)型的大趨勢看，根據(jù)英國石油公司BP的預(yù)測，到2050年，天然氣、非化石能源、石油和煤炭將各占四分之一。在能源結(jié)構(gòu)中，氫能作為可再生能源的一部分，在相當(dāng)長的一段時間只可能作為一種過渡性的儲能解決方案，無法作為終極能源的選擇，但其在交通運輸和工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用前景十分廣闊。