CSIRO Energy,Clayton South,VIC 3169,Australia

1.引言

隨著世界各國(guó)開(kāi)始尋求減少二氧化碳排放的方法，以減輕氣候變化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，人們對(duì)將氫氣用作零排放能源載體再次燃起興趣。氫氣可以通過(guò)一系列低排放途徑由多種原料產(chǎn)生，在能源、交通運(yùn)輸和工業(yè)領(lǐng)域的脫碳工藝中具有廣闊的應(yīng)用潛力。

澳大利亞擁有豐富的可再生能源和化石燃料能源，同時(shí)國(guó)家能源需求相對(duì)較低，現(xiàn)有區(qū)域資源貿(mào)易聯(lián)系廣泛，因此，澳大利亞致力于發(fā)展大規(guī)模氫工業(yè)，既針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也用于出口目的[1,2]。在本文中，我們概述了為實(shí)現(xiàn)澳大利亞的大規(guī)模氫工業(yè)，目前在政府、行業(yè)內(nèi)部和研究水平層面所取得的進(jìn)展。

2.政府提出的框架

2019年11月，澳大利亞各州、聯(lián)邦和地方政府通過(guò)了《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》（National Hydrogen Strategy），制定了發(fā)展清潔、創(chuàng)新、安全和有競(jìng)爭(zhēng)力的氫工業(yè)愿景，這將有助于澳大利亞未來(lái)過(guò)渡到可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)化并且低排放的情形[3]。在此愿景下，到2030年，澳大利亞可實(shí)現(xiàn)包括國(guó)內(nèi)和出口價(jià)值鏈在內(nèi)的具有商業(yè)可行性的氫工業(yè)。該策略以幾個(gè)州最近以氫能項(xiàng)目投資為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)，這些投資得到了聯(lián)邦政府和州政府計(jì)劃的支持，并獲得了多個(gè)政府層面制定的戰(zhàn)略和行動(dòng)計(jì)劃的支持。

采用國(guó)家戰(zhàn)略使得州政府和聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)，如澳大利亞可再生能源署（ARENA）等，對(duì)氫技術(shù)示范項(xiàng)目和可行性研究做出了具體的資金承諾，并且這有利于通過(guò)清潔能源金融公司（CEFC）使更多的資金流入清潔能源領(lǐng)域。

目前，投資的重點(diǎn)是交付行業(yè)領(lǐng)先的示范項(xiàng)目，這些項(xiàng)目可以降低澳大利亞氫能技術(shù)的部署風(fēng)險(xiǎn)。氫能源工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵在于移動(dòng)性，如替代家用和工業(yè)供暖中的天然氣，用作工業(yè)工藝的原料以及發(fā)展氫出口價(jià)值鏈。表1[4]是這些示范項(xiàng)目的簡(jiǎn)介。這些項(xiàng)目包括位于澳大利亞西部的ATCO集團(tuán)的清潔能源創(chuàng)新中心，該中心利用多余的可再生能源生產(chǎn)氫氣，并將氫氣存儲(chǔ)起來(lái)以注入天然氣網(wǎng)或?yàn)椤盎旌鲜侥K化住宅”（hybrid modular home）示范區(qū)供電。在澳大利亞南部，林肯港氫氣和氨氣供應(yīng)鏈演示器顯示了通過(guò)多價(jià)值鏈從間歇性可再生資源中獲得的綠色氫氣的采用情況，向當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和工業(yè)部門(mén)提供綠色氨氣的情況，以及在風(fēng)力或太陽(yáng)能發(fā)電量低的時(shí)候，通過(guò)氫燃?xì)鉁u輪機(jī)向電網(wǎng)供電的情況。與此同時(shí)，在維多利亞州，氫能供應(yīng)鏈（HESC）是日本液化氫出口供應(yīng)鏈的全球首個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目基于褐煤氣化技術(shù)，利用碳捕集和封存來(lái)生產(chǎn)清潔的氫能。

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）是澳大利亞國(guó)家科學(xué)機(jī)構(gòu)，其通過(guò)向政府和工業(yè)界提供可靠的科學(xué)建議，以及開(kāi)發(fā)能夠解決氫工業(yè)發(fā)展過(guò)程中成本障礙的突破性技術(shù)來(lái)支持氫工業(yè)的發(fā)展。

CSIRO的《國(guó)家氫能路線圖》（National HydrogenRoadmap）[5]根據(jù)澳大利亞氫能生產(chǎn)的當(dāng)前和潛在成本，考慮了氫能在不同工業(yè)應(yīng)用中的商業(yè)化成熟情況。它得出的結(jié)論是，根據(jù)氫能的生產(chǎn)成本，許多工業(yè)應(yīng)用（如移動(dòng)應(yīng)用）已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，而激活市場(chǎng)是工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要求。圖1[5]顯示了當(dāng)氫能可以與替代技術(shù)進(jìn)行商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，預(yù)期的氫供應(yīng)成本的降低情況和目標(biāo)市場(chǎng)的發(fā)展?fàn)顩r。它還指出了市場(chǎng)的障礙是基礎(chǔ)設(shè)施（即在氫成本曲線之上部分）和（或）氫供應(yīng)成本（即在氫成本曲線之下部分）。

表1 澳大利亞示范項(xiàng)目和研究基礎(chǔ)設(shè)施

3.科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)

氫技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和示范（RD&D）對(duì)于工業(yè)發(fā)展早期階段技術(shù)障礙的克服特別重要。澳大利亞的《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》呼吁集中發(fā)展與氫相關(guān)的密集的RD&D項(xiàng)目，以便澳大利亞能擁有其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[3]。

近期，CSIRO對(duì)澳大利亞的RD&D能力、機(jī)會(huì)和優(yōu)先事項(xiàng)進(jìn)行了研究[4]，并推斷澳大利亞擁有強(qiáng)大的RD&D生態(tài)系統(tǒng)，可以用來(lái)應(yīng)對(duì)氫工業(yè)價(jià)值鏈的挑戰(zhàn)，并支撐澳大利亞的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

該研究明確了氫在生產(chǎn)、儲(chǔ)存/分配和利用方面存在的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了其在環(huán)境影響、安全性、系統(tǒng)建模和法規(guī)/政策等跨領(lǐng)域研究方面的關(guān)鍵作用。

在這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，作為國(guó)家氫戰(zhàn)略的一項(xiàng)行動(dòng)，CSIRO正在制定發(fā)展氫工業(yè)的一項(xiàng)任務(wù)，其目標(biāo)是使工業(yè)、政府和研究部門(mén)之間的RD&D合作能夠擴(kuò)大澳大利亞國(guó)內(nèi)和出口的氫工業(yè)。該任務(wù)主要聚焦快速追蹤氫技術(shù)和促進(jìn)工業(yè)示范的研發(fā)工作，特別是在與新興氫工業(yè)中心合作時(shí)。它還將通過(guò)“氫能知識(shí)中心”（hydrogen knowledge center）將澳大利亞的活動(dòng)與國(guó)際社會(huì)所做出的努力聯(lián)系起來(lái)。

4.對(duì)各自角色的展望

展望未來(lái)，2020年2月下旬，澳大利亞能源和減排部長(zhǎng)宣布了一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)，即“H2低于2”。這一目標(biāo)是指每千克氫氣的價(jià)格要低于兩澳元。此目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)取決于技術(shù)的進(jìn)步，不過(guò)，最重要的一點(diǎn)是，擴(kuò)大供應(yīng)和需求規(guī)模，通過(guò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)和改進(jìn)制造技術(shù)來(lái)降低氫成本。這將使現(xiàn)有的和新的氫能應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)上變得可行。

圖1.氫在目標(biāo)應(yīng)用中的競(jìng)爭(zhēng)力。轉(zhuǎn)載自參考文獻(xiàn)[5]，經(jīng)CSIRO許可，?2018。

供應(yīng)規(guī)模的擴(kuò)大是目前ARENA資助的氫項(xiàng)目的重點(diǎn)，該項(xiàng)目的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電解（大于10 MW）的商業(yè)應(yīng)用。為了擴(kuò)大需求并進(jìn)一步降低供應(yīng)成本，將研究和商業(yè)投資重點(diǎn)放在氫能的利用上也是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。在政府政策、工業(yè)活動(dòng)的持續(xù)支持以及卓有成效的研究努力下，澳大利亞有可能沖破“H2低于2”的屏障。