澳大利亞向大規(guī)模氫工業(yè)邁進(jìn)

CSIRO Energy,Clayton South,VIC 3169,Australia

1.引言

隨著世界各國開始尋求減少二氧化碳排放的方法，以減輕氣候變化帶來的風(fēng)險，人們對將氫氣用作零排放能源載體再次燃起興趣。氫氣可以通過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，同時國家能源需求相對較低，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)，既針對國內(nèi)市場也用于出口目的[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)邦和地方政府通過了《國家氫能戰(zhàn)略》（National Hydrogen Strategy），制定了發(fā)展清潔、創(chuàng)新、安全和有競爭力的氫工業(yè)愿景，這將有助于澳大利亞未來過渡到可持續(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)包括國內(nèi)和出口價值鏈在內(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，并獲得了多個政府層面制定的戰(zhàn)略和行動計(jì)劃的支持。

采用國家戰(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。氫能源工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵在于移動性，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)展氫出口價值鏈。表1[4]是這些示范項(xiàng)目的簡介。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，并將氫氣存儲起來以注入天然氣網(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多價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)部門提供綠色氨氣的情況，以及在風(fēng)力或太陽能發(fā)電量低的時候，通過氫燃?xì)鉁u輪機(jī)向電網(wǎng)供電的情況。與此同時，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）是澳大利亞國家科學(xué)機(jī)構(gòu)，其通過向政府和工業(yè)界提供可靠的科學(xué)建議，以及開發(fā)能夠解決氫工業(yè)發(fā)展過程中成本障礙的突破性技術(shù)來支持氫工業(yè)的發(fā)展。

CSIRO的《國家氫能路線圖》（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（如移動應(yīng)用）已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，而激活市場是工業(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)競爭時，預(yù)期的氫供應(yīng)成本的降低情況和目標(biāo)市場的發(fā)展?fàn)顩r。它還指出了市場的障礙是基礎(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、開發(fā)和示范（RD&D）對于工業(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爭優(yōu)勢[3]。

近期，CSIRO對澳大利亞的RD&D能力、機(jī)會和優(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)，可以用來應(yīng)對氫工業(yè)價值鏈的挑戰(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)、儲存/分配和利用方面存在的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，同時也強(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，作為國家氫戰(zhàn)略的一項(xiàng)行動，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)、政府和研究部門之間的RD&D合作能夠擴(kuò)大澳大利亞國內(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。它還將通過“氫能知識中心”（hydrogen knowledge center）將澳大利亞的活動與國際社會所做出的努力聯(lián)系起來。

4.對各自角色的展望

展望未來，2020年2月下旬，澳大利亞能源和減排部長宣布了一個雄心勃勃的目標(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，最重要的一點(diǎn)是，擴(kuò)大供應(yīng)和需求規(guī)模，通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)和改進(jìn)制造技術(shù)來降低氫成本。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)用中的競爭力。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很好的機(jī)會。在政府政策、工業(yè)活動的持續(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。