氢能技术研发竞争形势日益激烈——美、日、欧对比-北极星氢能网

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近年来，有关氢燃料电池的研发竞争越来越激烈。能链从日本、美国和欧洲三国和地区角度出发，以三篇文章，分别分析当前日美欧的氢能和燃料电池技术的研发和竞争形势。

（来源：微信公众号“能链” ID：energylink 作者：Mako）

而这篇文章，将分析“通过跨国和官民合作进行开发和验证技术的欧洲”是如何发展氢气燃料电池的。

在欧洲，氢能和燃料电池技术作为发展具有竞争力的低碳经济的能源技术的一环，而被努力推进。

作为氢燃料电池开发项目的中心，FCH 2 JU在2014至2020年期间实施的HORIZON 2020项目，将在支持欧洲氢能和燃料电池技术发展方面发挥主导作用。

此外，FCH JU在2008至2013年间实施，机构的资金来自于FP7（图表1）。

▲图1：欧洲与氢有关的政策包括，到2020年，减少能源消耗20%，引进20%的可再生能源，减少20%的温室效应气体排放；到2050年实现能源系统脱碳化

FCH 2 JU的目标是把氢能燃料电池作为能够担负能源和交通系统的技术。

基于《欧洲氢能燃料电池技术路线图2014-2020》，正在实施从制造到使用的全供应链相应的技术开发和示范项目。

基于交通系统和能源系统两大主题，正在开展能够对这两种主题进行互补的跨领域项目和包括两种主题在内的项目。

欧洲的氢能和燃料电池技术发展的一个特点是，利用可再生能源制氢，制造出来的氢气，具有多种利用方法。

使用通过可再生能源发电的剩余电力所制造产生的氢气的主要用途有以下几种：

①作为制造和利用甲烷气体使用的Power to Gas

②作为燃料电池汽车的燃料使用的Power to Fuel

③作为石油化学等产业用气体使用的Power to Chemical

④利用燃料电池进行发电的Power to Power

目前，这四种利用方式都正在被讨论研究（图表2）。

▲图2：欧洲的氢气使用

Power to Fuel和Power to Power，也是日本和美国设想的用途。不过，作为甲烷气体使用的Power to Gas以及作为产业用气体使用的Power to Chemical，可以说是欧洲在世界范围内都领先的领域。

以Audi公司为例——Power to Gas的代表性项目

奥迪是全球首家工业规模的Power to Gas工厂，是ETOGAS GmbH与MT-BioMethan GmbH在德国萨克森州南部的维尔特建设的合资项目。工厂利用风力发电制造的电力进行水电解制氢。

其次，通过与相邻的生物燃气工厂排出的高浓度二氧化碳和氢产生化学反应，生成了化学合成甲烷气体。

通过这种方式生产的甲烷气体，有和作为化石燃料的天然气同样的性质，可以在德国国内循环通过现有的天然气供给网络，经由压缩天然气站运输，供给作为CNG车辆的Audi A3 Sportback g-tron。

虽然在甲烷气体的精制过程中会产生废热，但是通过向相邻的生物燃气工厂供给热量进行再利用，也为抑制相邻工厂的能源消耗做出了贡献。

这样，通过利用可再生能源制氢制造的甲烷气体，能够一边活用既存的基础设施，一边将Well to Wheel的二氧化碳排放量从95g-CO2/km削减到20g-CO2/km（所谓Well to Wheel，即从一次能源的开采开始到被供应车辆行驶为止的过程。)。

此外，在德国，可再生能源在电力市场中的份额正在迅速扩大，因为发电量存在着很大差异，因此需要调整电力的供需平衡。

在这种情况下，这个甲烷气体工厂能够调整电力网的供求平衡，经由控制电网的荷兰TenneT TSO公司认定后，也会被许可进入电网控制公司配备的电力供求平衡市场。

通过这种方式，Power to Gas这一概念在利用现有的基础设施实现社会的低碳化的同时，对扩大可再生能源的引进也做出了贡献。

氢能燃料电池项目在日、美、欧超过400个

如上所述，在被称为经济大国的日本、美国和欧洲，虽然背景和特点不同，但各自都在开展与氢能和燃料电池相关的技术开发和示范项目。

德勤咨询公司对2015年度中结束或在实施中的各国主要项目进行了调查（图表3）。

▲图3：各国主要项目参与企业的概览图

调查的主题是利用可再生能源制氢的相关技术，分为：

①扩大普及无碳排放的氢气和储存、运输、供应相关的技术

②扩大氢能基础设施，作为核心部分的燃料系统相关技术的开发

③针对燃料电池和相对应用的开发

④燃料电池的部署和应用于社会的燃料电池氢能燃料电池应用的实装

⑤氢能社会模型的构筑

比较2015年时的数值，可以看出项目数量集中在“扩大氢能基础设施”和“燃料电池开发”上。

但是，“扩大氢能基础设施”和“燃料电池开发”的领域多为大学和研究机构，企业的数量不一定比其他领域多。

随着“扩大氢能基础设施”和“燃料电池开发”两大主题项目数量的增加和集中，从2014年末丰田汽车推出燃料电池汽车可以看出，氢能和燃料电池相关技术刚刚进入实用阶段，以低成本建立基础设施技术和制造燃料电池系统仍然还是挑战。

譬如，关于运输和供给技术，压缩氢气最接近实用化。但与现有的化石燃料相比，无法形成价格上的竞争力。

而从运输和存储效率的角度来看，液化氢和存储合金这些技术具有领先优势，现在作为标准方式而处于被各国争夺的状况中。

一方面，日本在独自致力于有机氢化物的研究，另一方面，在德国，BMW公司和Linde公司正在共同开发液化氢和压缩氢气之间的低温氢气的新技术。今后对于基础设施相关的技术开发竞争会日益激烈。

另外，日本以在2020年左右实现与现在的化石燃料同样的氢气价格，并在2020年中期实现与现有应用同样的价格作为目标。

而在这一点上，美国和欧洲也是相同的。到2020年左右，作为供应链基础的氢气运输和供应区域及作为应用核心的燃料电池系统研发和示范项目会是主要关注点。

当然，氢能社会的根基以及运输和供应等基础设施及应用程序的核心部分—燃料电池系统的建立预计将从2020年代后期开始，多样性应用程序的开发以及关于氢能社会模型实装的项目和研发、示范项目的主体将会发生转变。

全球19个地区的氢气来源途径与氢能应用领域

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