美國(guó)能源部發(fā)布國(guó)家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖草案

近日，美國(guó)能源部（DOE）發(fā)布《國(guó)家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖（草案）》，指出到2050年清潔氫能將貢獻(xiàn)約10%的碳減排量，到2030、2040和2050年美國(guó)清潔氫需求將分別達(dá)到1000、2000和5000萬(wàn)噸/年。該草案確定了美國(guó)清潔氫能價(jià)值鏈的近、中、長(zhǎng)期行動(dòng)，關(guān)鍵要點(diǎn)如下：

一、關(guān)鍵戰(zhàn)略方向

該路線圖草案優(yōu)先考慮三個(gè)關(guān)鍵戰(zhàn)略方向，以確保清潔氫能作為有效的脫碳工具被開發(fā)和利用，并為美國(guó)帶來最大利益。包括：

1、明確清潔氫能的戰(zhàn)略性地位及高影響力用途。這將確保清潔氫能被用于價(jià)值最高的應(yīng)用場(chǎng)景。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，通常深度脫碳替代方案有限。具體包括工業(yè)部門、重型卡車和實(shí)現(xiàn)清潔電網(wǎng)的長(zhǎng)期儲(chǔ)能。長(zhǎng)期機(jī)遇包括出口清潔氫或氫載體的潛力，以及為美國(guó)的盟友實(shí)現(xiàn)能源安全。

2、降低清潔氫能成本。“氫能攻關(guān)計(jì)劃”已于2021年啟動(dòng)，將促進(jìn)氫能創(chuàng)新和規(guī)?；l(fā)展，刺激私營(yíng)部門投資，促進(jìn)整個(gè)氫能供應(yīng)鏈發(fā)展，并大幅降低清潔氫能成本。還將努力解決關(guān)鍵材料和供應(yīng)鏈的脆弱性，并針對(duì)效率、耐用性和可回收性進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3、專注于區(qū)域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。包括區(qū)域清潔氫能中心，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域大規(guī)模清潔氫能生產(chǎn)和終端應(yīng)用，建設(shè)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)規(guī)模化發(fā)展，促進(jìn)市場(chǎng)騰飛。優(yōu)先事項(xiàng)將包括短期影響，創(chuàng)造工作機(jī)會(huì)，以及快速啟動(dòng)國(guó)內(nèi)制造業(yè)和私人投資。

二、近、中、長(zhǎng)期行動(dòng)時(shí)間表

路線圖草案制定了清潔氫能的近、中、長(zhǎng)期行動(dòng)時(shí)間表，如圖1所示。

圖1 美國(guó)清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖近中長(zhǎng)期行動(dòng)時(shí)間表

三、各階段支持行動(dòng)

1、清潔制氫

近期（2022-2025年）：①?gòu)纳芷?、可持續(xù)性、成本、區(qū)域和公平角度評(píng)估路徑，以優(yōu)先考慮策略，確定差距；②建立清潔氫標(biāo)準(zhǔn)；③示范熱解制氫、廢物制氫、可再生能源制氫和核能制氫等清潔技術(shù)；④通過對(duì)制造工藝、電堆、輔助系統(tǒng)組件的研發(fā)、示范和部署，大規(guī)模降低電解槽成本；⑤通過模塊化設(shè)計(jì)和過程強(qiáng)化的研發(fā)、示范和部署，降低熱解制氫技術(shù)成本；⑥開發(fā)低成本、耐用的膜和分離材料；⑦促進(jìn)組件標(biāo)準(zhǔn)化，減少對(duì)關(guān)鍵材料的依賴，并建立穩(wěn)健的供應(yīng)鏈；⑧設(shè)計(jì)并實(shí)施加速應(yīng)力試驗(yàn)技術(shù)以評(píng)估和改善耐久性；⑨發(fā)布關(guān)于路徑、排放和成本的個(gè)案研究；⑩為今后的部署制定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)測(cè)框架。

中期（2026-2029年）：①實(shí)現(xiàn)電解制氫成本2美元/千克；②實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)吉瓦級(jí)規(guī)模電解槽生產(chǎn)能力；③可最大限度地減少關(guān)鍵材料用量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)性能和耐久性有競(jìng)爭(zhēng)力的催化劑和組件；④優(yōu)化電解槽和清潔能源供應(yīng)之間的集成，以降低成本，提高效率和彈性；⑤提出目前實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下最有前景的制氫概念，如熱化學(xué)、光電化學(xué)或生物法制氫；⑥從真實(shí)環(huán)境的示范中收集數(shù)據(jù)，為研發(fā)、示范和部署提供信息，并持續(xù)改善性能和耐久性；⑦細(xì)化和更新路徑評(píng)估，以確保以最可持續(xù)、公平、彈性和可負(fù)擔(dān)的方法為目標(biāo)；⑧通過分析經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、最佳做法和利益相關(guān)方反饋來確定擴(kuò)大規(guī)模的途徑和好處。

長(zhǎng)期（2030-2035年）：①大規(guī)模部署可再生能源制氫、核能制氫和化石能源結(jié)合CCS制氫；②到2030年，清潔氫產(chǎn)能至少達(dá)到1000萬(wàn)噸/年；③不同來源的清潔氫成本達(dá)到1美元/千克；④示范可最大限度地減少關(guān)鍵材料使用，并達(dá)到目標(biāo)性能和耐久性的電解電堆；⑤利用不同原料（如廢水或高溫?zé)幔┐笠?guī)模生產(chǎn)氫的商業(yè)可行方法；⑥確保建設(shè)彈性和可持續(xù)的國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈，適用于所采用的所有制氫途徑，并能夠不依賴于進(jìn)口；⑦從真實(shí)環(huán)境的部署中持續(xù)收集數(shù)據(jù)，為研發(fā)、示范和部署提供信息，確定差距并完善戰(zhàn)略；⑧應(yīng)用最佳做法、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和分析，包括通過全球合作和可持續(xù)性框架，確保提出最可持續(xù)、公平、彈性且經(jīng)濟(jì)的辦法，以最大限度地發(fā)揮效益。

2、輸送和存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施

近期（2022-2025年）：①開發(fā)和更新分析模型和工具，以評(píng)估輸送和存儲(chǔ)技術(shù)路徑、確定差距并確定策略的優(yōu)先順序；②開發(fā)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)和減少氫泄漏和汽化損耗的技術(shù)；③評(píng)估管道和組件材料與氫氣和氫氣/天然氣混合物的相容性；④提出低成本、高效的氫液化和降低汽化損耗的新方法；⑤發(fā)現(xiàn)和開發(fā)用于大量存儲(chǔ)和分配的氫載體材料；⑥識(shí)別可用于大量?jī)?chǔ)氫的地質(zhì)地層，以及相關(guān)的開發(fā)和運(yùn)行要求；⑦開發(fā)和優(yōu)化關(guān)鍵應(yīng)用中的氫基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)，如工業(yè)和儲(chǔ)能；⑧制定和協(xié)調(diào)氫用于重型卡車和越野車輛的燃料協(xié)議；⑨加快研發(fā)、示范和部署，以降低高壓和液氫儲(chǔ)罐成本，包括碳纖維復(fù)合材料容器；⑩建立數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和收集框架，評(píng)估上游和現(xiàn)場(chǎng)排放。

中期（2026-2029年）：①驗(yàn)證和改進(jìn)分析模型和工具，以確定各種應(yīng)用的輸送和存儲(chǔ)優(yōu)先順序；②示范高效可靠的氫氣管道壓縮機(jī)運(yùn)行；③量化氣氫和液氫基礎(chǔ)設(shè)施損耗，為大規(guī)模部署提供信息；④開發(fā)商業(yè)規(guī)模的新型高效氫氣液化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；⑤提出有前景的氫載體系統(tǒng)概念，設(shè)計(jì)可靠、低成本的系統(tǒng)；⑥啟動(dòng)區(qū)域大規(guī)模儲(chǔ)氫示范，包括地下儲(chǔ)氫，并確保當(dāng)?shù)乩?；⑦示范新型、高效、低成本的大?guī)模氫氣輸送方法；⑧部署可擴(kuò)展的加氫站，以支持氫能交通早期市場(chǎng)，如重型卡車和公共汽車；⑨部署針對(duì)潛在的氫氣和其他排放/釋放的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)收集；在關(guān)鍵地點(diǎn)設(shè)計(jì)可持續(xù)和公平的區(qū)域清潔氫能網(wǎng)絡(luò)，以最大限度地發(fā)揮效益，確保能源正義、環(huán)境的正義和公平。

長(zhǎng)期（2030-2035年）：①與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)和利益相關(guān)方合作，設(shè)計(jì)針對(duì)區(qū)域供需優(yōu)化的氫能基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，以最大限度地發(fā)揮效益，確保實(shí)現(xiàn)能源、環(huán)境和公平目標(biāo)；②示范先進(jìn)液化技術(shù)，比當(dāng)前概念的效率提高一倍；③制定長(zhǎng)期儲(chǔ)氫計(jì)劃/氫戰(zhàn)略儲(chǔ)備，以確保供應(yīng)彈性；④部署至少4個(gè)擁有先進(jìn)低成本清潔氫存儲(chǔ)和基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域清潔氫能中心；⑤從實(shí)際環(huán)境中的氫分配示范（如通過管道或載體）收集數(shù)據(jù)，包括排放數(shù)據(jù)，為研發(fā)、示范和部署提供信息，從而降低成本并提高可靠性；⑥持續(xù)收集數(shù)據(jù)，為擴(kuò)大最佳輸送和存儲(chǔ)技術(shù)部署以及研發(fā)、示范和部署提供信息；⑦確保在不同的利益相關(guān)方之間共享與氫能基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的任何安全或其他最佳實(shí)踐，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)；⑧通過氫能基礎(chǔ)設(shè)施的全球合作，為長(zhǎng)期投資計(jì)劃和氫出口機(jī)會(huì)提供信息。

3、終端應(yīng)用和市場(chǎng)采用

近期（2022-2025年）：①為清潔氫的生產(chǎn)、加工、輸運(yùn)、存儲(chǔ)和終端應(yīng)用的大規(guī)模部署奠定監(jiān)管基礎(chǔ)；②開展跨領(lǐng)域工作（如核能、可再生能源、化石燃料、CCS、儲(chǔ)能），確定監(jiān)管和政策差距，以及解決這些差距的關(guān)鍵戰(zhàn)略，以最大限度地減少影響；③制定氫氣管道和大型項(xiàng)目的最新指南，促進(jìn)利益相關(guān)方參與并解決環(huán)境、能源和公平優(yōu)先事項(xiàng)；④啟動(dòng)難脫碳行業(yè)向清潔氫過渡，并確定可能擴(kuò)大規(guī)模的具體場(chǎng)景（如氨、煉油廠、鋼鐵）；⑤推進(jìn)有效的終端應(yīng)用技術(shù)并擴(kuò)大規(guī)模；⑥通過建模和改進(jìn)數(shù)據(jù)采集，量化氫氣泄漏的氣候影響；⑦制定最佳做法和指南，以評(píng)估實(shí)際部署的清潔氫的生命周期排放，并為“原產(chǎn)地保證”和認(rèn)證計(jì)劃提供信息。

中期（2026-2029年）：①使氫能技術(shù)相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)際協(xié)調(diào)；②開發(fā)市場(chǎng)模式以加快部署進(jìn)展，克服監(jiān)管障礙，促進(jìn)可再生能源電力用于電解槽；③通過公開訪問的平臺(tái)分享安全最佳做法以及從早期部署中汲取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)；④部署至少兩個(gè)清潔氫能中心，示范氫在難脫碳行業(yè)（如工業(yè)和重型卡車）中的使用；⑤制定國(guó)家對(duì)氫摻混限制的指南；⑥供應(yīng)清潔氫，使得到2030年利用生物質(zhì)和廢物生產(chǎn)至少30億加侖的可持續(xù)航空燃料；⑦提高電解槽、燃料電池和氫價(jià)值鏈中其他部件的原料回收和循環(huán)利用的效率和成本效益，以使其能夠不賴依于進(jìn)口。

長(zhǎng)期（2030-2035年）：①開發(fā)市場(chǎng)模式監(jiān)管指南，以實(shí)現(xiàn)清潔氫的出口；②利用從大規(guī)模部署中獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，確定未來增長(zhǎng)的優(yōu)先領(lǐng)域，重點(diǎn)是支持最有效、經(jīng)濟(jì)、與氣候目標(biāo)一致的整體方法，最大限度地改善公共健康安全和環(huán)境；③示范和量化氫能在改進(jìn)未來清潔能源系統(tǒng)的彈性和避免中斷供應(yīng)方面的益處；④到2030年示范用于發(fā)電的純氫燃料超低氮氧化物排放燃?xì)廨啓C(jī)和低鉑族金屬含量燃料電池；⑤啟動(dòng)至少一個(gè)清潔氫能中心，示范氫在清潔電網(wǎng)儲(chǔ)能中的應(yīng)用，并量化氫支持到2035年實(shí)現(xiàn)零碳電網(wǎng)的機(jī)會(huì)，包括區(qū)域因素。

4、使能因素、能源及環(huán)境正義

近期（2022-2025年）：①制定和實(shí)施廣泛和包容性的利益相關(guān)方參與框架，并收集反饋；②為團(tuán)隊(duì)和組織以及聯(lián)邦資助的示范項(xiàng)目的地理/社區(qū)選址確定多樣性、公平性、包容性和其他關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)的衡量標(biāo)準(zhǔn)；③推出工具和平臺(tái)，以促進(jìn)伙伴關(guān)系、包容性和市場(chǎng)部署；④為工人制定再培訓(xùn)計(jì)劃，使其能夠獲得近期和長(zhǎng)期的高薪工作；⑤為學(xué)生制定招聘和職業(yè)計(jì)劃，并促進(jìn)多樣性、公平性和包容性；⑥制定和實(shí)施可持續(xù)性框架以及環(huán)保最佳做法；⑦開發(fā)教育資源，以支持氫能中心社區(qū)推廣和參與戰(zhàn)略；⑧改進(jìn)區(qū)域優(yōu)先事項(xiàng)數(shù)據(jù)收集并確定應(yīng)用，為清潔氫的部署提供參考。

中期（2026-2029年）：①完善和不斷改進(jìn)利益相關(guān)方的參與和包容性，并應(yīng)用所學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)；②促進(jìn)公私合作關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)包容性并加速進(jìn)展；③與氫能中心所在地區(qū)的弱勢(shì)社區(qū)制定和執(zhí)行社區(qū)獲利協(xié)議；④部署氫能技術(shù)以減少未達(dá)標(biāo)地區(qū)的排放，并為當(dāng)?shù)睾腿鮿?shì)社區(qū)提供彈性、工作和其他關(guān)鍵利益；⑤評(píng)估氫能技術(shù)對(duì)區(qū)域水供應(yīng)和其他資源的影響；⑥進(jìn)行環(huán)境和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，包括通過全球和區(qū)域協(xié)作；⑦與工會(huì)合作，發(fā)展和擴(kuò)大氫能技術(shù)的注冊(cè)學(xué)徒計(jì)劃；⑧利用氫能安全中心和其他平臺(tái)，分享最佳做法和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

長(zhǎng)期（2030-2035年）：①量化部署氫能的益處，并確定額外的政策或計(jì)劃優(yōu)先事項(xiàng)，以加快進(jìn)展；②在弱勢(shì)社區(qū)部署清潔氫能技術(shù)的制造設(shè)施；③評(píng)估區(qū)域清潔氫能中心的技術(shù)-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)影響；④開發(fā)和完善市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，以公平分配新技術(shù)的成本和收益；⑤確保將適應(yīng)性、網(wǎng)絡(luò)、彈性和其他緩解方法納入擴(kuò)大規(guī)模的戰(zhàn)略計(jì)劃；⑥更新和完善可持續(xù)性框架和最佳做法，為未來部署提供信息；⑦利用全球合作和倡議，最大限度地取得研發(fā)、示范和部署的成功，并確保清潔能源轉(zhuǎn)型公平。