欧洲氢能路线图：欧洲能源转型的可持续发展路径

执行摘要愿景：氢能是欧洲能源转型必由之路

（来源：ERR能研微讯 作者：ERR能研君）

欧洲正在向脱碳能源系统过渡。 欧盟28个成员国签署并批准了巴黎协议，以保持全球变暖“远低于工业化前水平2摄氏度以上，并努力将温度上升进一步限制在1.5摄氏度以下”。

这一转变将从根本上改变欧盟如何生产、分配、储存和消费能源。它实际上需要无碳发电，提高能源效率，以及运输、建筑和工业的深度脱碳。利益相关者必须采取一切可行的措施，在2050年之前，将与能源有关的二氧化碳排放量限制在每年7.7兆吨（Mt）以下（见图1）。政府间气候变化专门委员会（IPCC）最近的报告强调了要彻底减少排放的紧迫性：到2030年，全球变暖不超过1.5摄氏度，排放量必须下降45%（与2010年的水平相比），到2050年必须降至“零排放”。否则，将导致更极端的温度、海平面上升和生物多样性严重损失等主要气候影响。

该报告表明，实现欧盟能源转型将需要大规模的氢气。没有它，欧盟将无法实现其脱碳目标。燃料为这种转变提供了一个多用途、清洁和灵活的能量载体。虽然氢气不是唯一的脱碳杠杆，但它是一系列其他技术中必不可少的杠杆。它使可再生能源的大规模接入成为可能，因为它使能源运营商能够转换和储存能源作为可再生气体。它可用于跨部门和区域的能源分配，并作为可再生能源的缓冲区。它为电力、交通、建筑和工业部门提供了一种脱碳方法，否则很难脱碳。

需要氢气的信念基于三个基本论点：

首先，氢是运输、工业和建筑业大规模脱碳的最佳（或唯一）选择。特别是：

连接欧洲工业并为欧盟家庭提供超过40%的供热和15%的欧盟发电的天然气供应网脱碳需要氢气。沼气，虽然是一个重要的杠杆，但无法在获得所需的规模。用热泵供电可以代替天然气为新建筑供暖，但需要对旧建筑进行昂贵甚至不可能的改造，旧建筑占建筑物二氧化碳排放量的90%。完全直接电气化还将导致电力需求的重大季节性失衡，进而需要大规模的储能机制。氢不受这些缺点的影响，可以作为热泵的补充。生产商可以在不需要进行重大升级的情况下，通过将氢气混合到现有的天然气网中来输配，甚至直接输送纯氢气，或者用氢气和二氧化碳制成的合成天然气代替天然气。所有基于气体的加热系统都可以通过使用燃料电池的热电联供（CHP）技术来提高能源效率。

在运输方面，氢是卡车、公共汽车、轮船、大型汽车和商用车最有前途的脱碳选择，其中较低的能量密度（因此较低的范围）、较高的初始成本和电池的缓慢充电性能是主要缺点。与电池和内燃机相比，燃料电池需要更少的原材料。由于运输部门约占欧盟二氧化碳排放总量的三分之一，因此脱碳是实现能源转型的关键因素。此外，氢燃料补给设施具有显著的优势：与快速充电相比，它仅需要城市和高速公路的大约十分之一的空间。同样，供应商可灵活供应氢气，而大规模部署快速充电设施需对电网进行重大升级。最后，一旦实现了最小规模的推广，氢气为运营商提供了一个有吸引力的商业案例。在航空业，氢和基于氢的合成燃料是大规模脱碳的唯一选择。

工业可以燃烧氢以产生高等级的热量，并将燃料在几个过程中作为原料，直接或与二氧化碳一起作为合成燃料/电燃料。在炼钢中，例如，氢可以作为还原剂，取代煤基高炉。在炼油厂用作氨生产和加氢处理的原料时，未来可采用低碳源生产。与二氧化碳一起，氢还可以在化学过程中取代诸如天然气的碳氢化合物，例如烯烃和烃溶剂（BTX）的生产，其构成原料用途的主要部分。这提供了一个碳汇，也就是说，有机会使用二氧化碳而不是排放。

其次，氢能可实现跨部门、时间和地点灵活转移能源，在向可再生能源转型中发挥系统性作用部门。欧盟的能源转型几乎需要完全脱碳发电，这意味着需要将可再生能源整合到电网中。氢是终端用能耦合的唯一规模化技术，允许将发电转换为可用形式，存储它，并将其输送到终端使用部门以满足需求。电解槽可以将可再生电力转化为一种具有所有灵活性但不排放任何天然气碳的气体。

时间。由于电力满足了更高的能源需求，而不断增加的能源来自可再生能源，短期和长期的供需失衡将加剧。这就需要增加全年的平衡和季节性储能。虽然电池和需求方措施可以提供短期灵活性，但氢是唯一可用于长期储能的大规模技术。 它可以利用现有的天然气网络，盐穴和贫瘠的气田，以较低的成本长期储存能源。

地点。氢提供了低成本可再生能源地区与需求中心地区之间的联系，例如，将欧洲北部地热和风能资源丰富的地区连接到主要大陆，或作为从北非进口可再生能源的手段。氢可以通过管道、船只或卡车远距离输送能量，无论是气态的、液化的还是以其他形式储存的，其成本远低于输电线路。

第三，向氢的转变符合客户的偏好和便利性。这是关键，因为不符合客户偏好的低碳替代品可能面临采用困难。在运输过程中，氢提供与内燃机汽车同样的续航里程和燃料补给速度。能源公司可以利用现有的管道将氢气或合成甲烷通过电力输送到天然气发电厂，从而将开关“隐形”给消费者。虽然后来改用100%氢气需要升级设备和管道，但它仍然使建筑物内现有的供热基础设施完好无损。

提高：实现氢在欧洲的潜力的路线图

本报告描述了欧盟为实现2度目标而部署氢气的雄心勃勃的设想。这一设想是基于全球氢理事会的观点，来自氢欧洲（代表欧洲氢和燃料电池行业）的投入，更具体地说，来自活跃于氢和燃料电池技术领域的17家成员公司的数据。

在整个行业中，我们看到2050年欧洲可能产生大约2,250太瓦时（TWh）的氢气，约占欧盟总能源需求的四分之一（见图2）。这一数字将为大约4200万辆大型汽车、170万辆卡车、大约25万辆公共汽车和5500多辆火车提供燃料。它的供热量将超过相当于5200万户（约465太瓦时），并提供高达10%的建筑用电需求。在工业中，大约160 TWh的氢将产生高等级的热量，另外140 TWh将以直接还原铁（DRI）的形式取代炼钢过程中的煤。120 TWh的氢与生物质中捕获的碳或碳结合，也将在2050年为40 Mt化学品生产合成原料。

实现这一愿景将使欧盟走上到2050年减少约560 Mt二氧化碳排放量的道路，这相当于实现2度方案所需减排量的一半（见图1）。欧盟需要在2050年将其二氧化碳排放量从目前的3,500Mt减少到770Mt。部署现有技术以及欧洲国家现有的能源和气候相关承诺将缩小约60％的差距（参考技术方案约为1,700Mt）。在终端部门使用氢气有助于减少剩余1100Mt的一半，并实现2度方案。此外，它还可以使电力部门实现深度脱碳，从而间接减少碳排放。

除了减少碳排放外，氢和燃料电池技术的部署将消除当地的排放。在运输方面，2050年每年的氮氧化物排放量可减少50Mt。河流，湖泊和港口污染较少，钢铁和其他工业厂房将避免灰尘和焦油废气，柴油火车和卡车的噪音将大幅下降。

预计到2030年，氢的部署将为欧盟公司的燃料和相关设备创造1300亿欧元的产业，到2050年将达到8200亿欧元。这将为欧盟工业创造一个本地市场，作为在新的氢经济中进行全球竞争的跳板。2030年的出口潜力预计将达到700亿欧元，净出口额将达到500亿欧元。总的来说，到2030年，欧盟氢工业可以为大约100万高失业工人提供就业机会，到2050年达到540万人。

实现这一目标需要在整个价值链上进行大量的活动。随着氢和燃料电池技术在技术上已为大多数领域做好准备，欧盟工业必须扩大规模，以降低成本，并在全球能源转型经济中占据领先地位（见图3）。到2030年，部署的重点应放在优先领域，如将氢气混合到天然气网络中，并用于商业运输车队、大型乘用车、重型运输（卡车、火车、轮船）、材料处理和现有制氢脱碳。我们提出以下具体里程碑：

在运输方面，到2030年，燃料电池电动汽车（FCEVs）可能占22辆乘用车中的1辆和销售的12量轻型商用车（LCV）中的1辆，从而形成了370万辆燃料电池乘用车和50万辆燃料电池LCV的车队。此外，到2030年，约有45,000辆燃料电池卡车和公共汽车可以上路。到2030年，燃料电池列车还可以替换大约570辆柴油列车。