日本修订《基本氢能战略》背后的动机

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摘要

科技工作者日是每年的5月30日。这个节日于2016年11月25日设立，自2017年成为全球首个发布氢能战略的国家后，日本相继发布《碳中和绿色增长战略》和《第六次能源基本计划》，在俄乌冲突后全球能源供需市场发生重大变化、欧美加速以可再生能源为主的能源转型、脱碳成为各国共识、全球氢能市场发展迅速的国际背景下，在能源安全多元化、绿色新经济产业以及脱碳的国内动机驱动下，日本政府于2023年发布修订版《基本氢能战略》，首次纳入氢产业战略，新增海外市场，扩大氢气供应目标，首次明确提出低碳氢部署和水电解产能目标。目前，修订版氢能战略面临较大争议，一方面是“洗绿”嫌疑，即战略里规划的氢技术和氢气类型是否真的低碳、清洁。日本的灰氢、燃煤碳捕获技术项目等如火如荼地正在开展。另一方面，有日本智库提出战略将落实低碳氢作为未来日本氢能的长期发展方向，目前日本也有绿氢投资项目和激励政策被宣布。考虑到全球能源转型的动态发展、氢技术的不确定性、全球未有统一的清洁氢标准等因素，未来日本氢能究竟是否会朝着绿氢方向发展还有待观察。旨在纪念和庆祝科技工作者的贡献和成就。自2017年起，每年的5月30日被设立为“全国科技工作者日”，以鼓励和支持科技工作者的创新和贡献。

- 氢气生产和成本：

此次修订，氢气供应目标大幅增加。政府将在15年内投入15万亿日元，目标是到2030年每年使用300万吨氢，到2040年每年使用1200万吨氢，到2050年每年使用2000万吨氢。氢能成本降低，到2030年，从每立方米 100 日元降至每立方米30日元，到2050年降至每立方米20日元。政府将利用GI基金支持技术示范扩大和扩大将设备模块化，并考虑支持扩大电解槽及其组件的生产能力。

- 低碳氢：

战略规划2030年的全球水电解产能目标为15吉瓦。支持CCU(碳捕集与利用)和碳回收技术的开发和引进，加快商业落地，到2030年启动CCS(碳捕集与储存)项目，到2030年确保每年600万至1200万吨的二氧化碳储存。《战略》规定从原料到生产每千克氢的二氧化碳排放在3.4千克以下的是“低碳氢”。相比之下，法国低碳氢标准的参考值为3.38，欧盟为 3.0，而英国标准的参考值仅为2.4。美国和加拿大在基于二氧化碳排放的税收激励计划中使用的阈值强度为4.0。

- 氢能基础设施：

氢气是通过化石燃料、电解水、沼气和废塑料生产的，并通过管道或液化运输，实现这些目标都离不开氢能基础设施技术和建设。《战略》规定，为促进具有国际竞争力的产业集群，政府将支持包括储罐和管道在内的供应基础设施的发展。通过发展氢气生产、储存、运输和利用设施及其连接的基础设施网络，并根据区域特点推进多种供需系统相结合的示范模式建设，推动以社区为基础的区域氢供应链建设。未来10年，政府将发展约3个大型氢/氨集群，主要集中在首都地区，以及约5个中型氢/氨集群，利用其产业特点积累氢/氨需求。

- 氢能产业战略：

此次修订将2017年《基本氢能战略》中没有出现的“氢能产业战略”作为重要支柱纳入其中。5大类9个领域作为核心战略领域，包括

(1)氢供应(制氢、氢供应链发展)；

(2)脱碳发电；

(3)燃料电池；

(4)氢的直接利用(脱碳钢、脱碳化工产品、氢燃料容器)；

(5)氢衍生物(燃料氨、碳回收产品)。

氨是氢的载体，政府将支持开发高效氨裂解技术，以考虑使用氨作为氢载体。世界上拥有氨生产技术的许可商不多，有效地形成了寡头垄断。日本将与海外授权商签订设计、采购和建造氨生产设施项目的联盟协议，从而扩大国际市场。氢对于生产碳回收产品，如e-甲烷和e-燃料，以及液化石油气和不使用化石燃料的化学品至关重要。政府将促进碳回收技术的开发和公共实施，以促进其在非工业领域的利用和航空服务的脱碳，从而直接减少温室气体排放，扩大对氢的需求。

- 氢能供应链：

政府为供应链中的优先领域建立了以下三个概念:氢/氨的消耗，开始设计氢/氨引入时间表的时间，以及政策定位，例如由项目促进政府机构开展的示范项目。此外，政府将为负责确保高压气体领域安全的地方政府提供支持。

- 重视海外市场：

2017年的基本氢战略是为了有效地发展氢技术并创造一个国内氢市场。鉴于全球氢能市场预计到2050年每年将产生2.5万亿美元的收入，2023年修订后的战略不仅要开发国内市场，而且要扩大到国外市场。《战略》指出，日本将加强与具有潜在氢气资源的各个国家的关系，以加速发展国际供应链和供应基地。政府的目标是通过日本企业参与上游利益、制造、运输和海外工厂建设来稳定供应，并在氢气生产领域采用与日本企业相关的产品，从而实现能源安全和产业发展。在海上运输方面，政府将通过GI基金和其他举措，促进大规模运输氢载体的示范和引进。

- 发电：

到2030年，政府的目标是扩大共烧发电的氢/氨消耗，并推广单烧氢/氨发电。《战略》强调引入氢发电技术，密切关注氢供应技术发展趋势，降低整个供应链的成本。

- 燃料电池：

日本在燃料电池方面有技术优势。为了在技术和商业化方面取得胜利，日本的目标是促进燃料电池的早期商业化，从而确立日本作为平台提供商的地位。通过加速发展以国内外燃料电池市场为重点的产业战略来加速降低成本。燃料电池不仅是个人应用的核心，而且是其价值链的核心。

- 使用氢气作为热源和原料：

政府将推动氢/氨燃烧器和锅炉技术的开发和示范，并引进使用氢燃气轮机的热电联产系统。支持钢铁、石化和其他行业使用低碳氢气。促进工业部门向清洁氢过渡。推动氢燃料船舶，在航运、造船、海洋机械和海员领域引入零排放船舶。

- 对于计划在2030年左右开始在日本供应低碳氢/氨的氢开发商，政府将考虑一项计划，以支持(部分或全部)氢/氨的执行价格(公司在收回成本的同时赚取适当利润)和参考价格(现有燃料平价)之间的差额。

- 政府支持集群发展的同时，将在供应链发展支持方面给予优惠待遇，促进两个支持方案之间的合作。此外，政府将与碳中性港口(CNP)和其他港口合作，实现对氢/氨实施的无缝支持，并支持制造商向脱碳过渡的燃料措施。

值得注意的是，《战略》强调不同于世界各国实施氢产业补贴和税收抵免，日本的独特目标是在全球市场上推广其氢技术优势(燃料电池、水电解、发电、运输、零部件和材料等)。实际上，日本的氢产业补贴力度并不小。2021年5月，日本环境省启动了“为海外氢能供应链整体提供全面支持的试点项目”的公开招标。该项目将补贴部分示范项目，生产来自可再生能源的氢能，并将其运输和利用于伙伴国家（如太平洋岛国）。2022年4月，日本经济产业省（METI）启动总额2万亿日元的绿色创新基金，基金支持的第一个项目是国际氢能供应链项目。2023年日本政府决定在10年内发行20万亿日元的GX经济转型债券，预计这将成为增加氢引入量的催化剂。2024年5月17日，日本国会通过了《氢能社会促进法案》，成为史上最大规模的“低碳氢”补贴法案。此外，东京都政府把2024财年的氢相关预算增加到203亿日元，是2023财年的1.8倍，用以支持卡车和公共汽车等被视为氢能应用前景广阔的商用FCV（燃料电池汽车）的普及、加强大型加氢站的开发。

日本氢能产业包括制备、储运和应用三大产业链。

制备领域，日本在碱性水电解设备和固体聚合物水电解设备的专利申请方面一直处于领先地位。《战略》提到水电解技术、CCU(碳捕集与利用)、CCS(碳捕集与储存)和碳回收技术，加快其商业落地。

储运领域，川崎重工致力于构建国际氢气供应链，2022年春季，该公司在日本和澳大利亚政府的支持下完成了将澳大利亚生产的液化氢运送到日本的试点项目。这次运输的关键是Suiso Frontier，这是该公司开发的世界上第一艘也是唯一的液氢运输船。该公司目前正在努力增加船舶和陆上储罐的规模，以向日本国内市场和海外市场供应大量氢气。

应用领域，JR东日本目前正在对与丰田汽车公司和日立制作所联合开发的日本第一列氢混合动力电动列车“HIBARI”进行运行测试。混合动力列车使用燃料电池的电力，运行时不排放二氧化碳。目标是在2030年将其投入实际应用。此外，JR东日本于2023年11月宣布，将开发使用燃烧氢气的氢发动机的铁路车辆。2023年12月，新日铁宣布推出“高炉减氢技术（Super COURSE50）”，利用氢气减少高炉钢铁制造过程中的二氧化碳排放，实现了高炉本身二氧化碳减排的世界最高水平。该公司正在开发仅使用氢直接还原低品位铁矿石的“直接氢还原炼钢技术”，得到了日本经济产业省为支持脱碳技术发展而发起的“绿色创新基金”的资金支持。

日本在氢能领域的国际合作规模庞大，主要由政府推动。与澳大利亚的合作始于2018年，双方联合创建氢能供应链（HESC）试点项目，通过褐煤生产氢并从维多利亚州运往日本。2020年9月，日本能源经济研究所（IEEJ）与沙特阿美（Aramco）和沙特基础工业公司（SABIC）合作，成功生产并运输了首批低碳氨。多家日本企业与沙特企业签署了多项关于氢能合作的谅解备忘录和合作协议。此外，日本还与阿联酋建立了紧密的合作关系，探索蓝氨生产的商业潜力，并签署了多项合作协议。日本企业也在阿曼等中东国家积极开发氢气生产设施，与当地企业合作推进绿色氨生产项目。日本与欧盟的合作始于2022年12月，双方签署了氢能合作谅解备忘录。

2023年3月4日，11个亚洲国家正式成立了亚洲零排放共同体（AZEC），包括澳大利亚，文莱，柬埔寨，印度尼西亚，日本，老挝，马来西亚，菲律宾，新加坡，泰国和越南。旨在在不牺牲经济增长和能源安全的情况下实现该地区的脱碳。例如利用氢和氨在火力发电、交通领域发挥脱碳作用，制定CCS（碳捕获与封存）技术标准。在日本政府的支持下，四家日本公司（川崎重工子公司、岩谷、电源开发公司和住友商事）将建立日本首个氢供应链，连接澳大利亚维多利亚州和东京湾川崎。

日本《基本氢能战略》修订的背景与国际能源格局的变化有关。一是俄乌冲突后全球能源供需市场发生重大变化，加速以可再生能源为代表的能源转型成为欧美政府的优先议程，欧盟各国和美国相继出台了更加有雄心的氢能战略，作为G7成员国，日本在2023年修订版氢能战略里相应提高了氢能生产目标。二是脱碳成为各国共识，2017年日本发布的《基本氢能战略》还未将低碳氢作为优先事项，2021年10月，日本政府《第六次能源基本计划》提出“根据氢能在碳中和时代的作用修改氢能基本战略”。三是全球氢能市场发展迅速，全球氢能市场预计到2050年每年将产生2.5万亿美元的收入，因此日本2023年修订后的氢能战略不仅要开发国内市场，而且扩大到国外市场。 

在日本，氢能战略将氢能定位为一种未来的能源，而非仅仅是一种新产业，可以实现日本能源政策的3E+S：“能源安全、经济效率、环境兼容性”。

第一，能源安全多元化。氢可以从多种资源中生产，因此它是一种通过国内生产和海外资源采购来源多元化、有助于降低日本能源供应和采购风险的能源。

第二，经济增长。为实现“经济与环境的良性循环”，2020年12月日本政府制定了《碳中和绿色增长战略》， 2021年6月进行了修订，将氢产业确定为推动日本经济增长的十四个重点绿色产业之一。根据欧洲专利局（EPO）和国际能源署（IEA）公布的报告，2011年至2020年的10年间，日本占所有氢相关专利申请的24%，占据榜首。报告强调，“日本是氢能创新者，已展现出技术优势”。在碱性水电解设备和固体聚合物水电解设备的专利申请方面一直处于领先地位，并且能够自给自足。日本还是世界上第一个将氢技术商业化的国家，例如燃料电池汽车，并且在氢能发电和海洋运输技术领域处于世界领先地位。基于已有技术优势和绿色增长战略，修订版《基本氢能战略》新增了氢能产业战略的内容。

第三，脱碳。相比2017版氢能战略，修订后的战略更加注重支持低碳氢、支持氢气用于工业脱碳。2020年12月，日本制定了《碳中和绿色增长战略》，制定了到2050年将二氧化碳排放量减少到零的路线图。电力部门是日本二氧化碳排放量最大的部门。新版《战略》规划到2030年，政府的目标是扩大共烧发电的氢/氨消耗，并推广单烧氢/氨发电。不过，2021年10月，内阁批准第六个基本能源计划，氢气和氨气将首次在电力结构中占据1%的份额，利用氢能促进电力部门脱碳的前景还需谨慎观察。其次，通过将可再生能源的水电解与储存和再利用化石燃料和二氧化碳的技术相结合，氢可以用作无碳能源。然而，新版战略里明确提出的“低碳氢”究竟是不是清洁氢气有待下文展开分析。

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