2015年全球達(dá)成應(yīng)對氣候變化“巴黎協(xié)定”凌蝎，全球應(yīng)對氣候變化的形勢日漸緊迫，大多數(shù)國家都在積極發(fā)展低碳新能源塑汽，以實(shí)現(xiàn)其應(yīng)對氣候變化的承諾舰缠。在發(fā)展風(fēng)電和太陽能等可再生能源主流之外，氫能的發(fā)展也逐漸受到關(guān)注态练，因其具有高效蚣凰、清潔以及便于規(guī)模化存儲等特點(diǎn)聪僚。一些國家和地區(qū)如美國顶猜、歐盟、日本和韓國等都在氫能基礎(chǔ)研究痘括、應(yīng)用研究方面進(jìn)行了大規(guī)模投入，其中日本最為突出滔吠，日本政府制定了發(fā)展氫能和燃料電池的戰(zhàn)略路線圖纲菌。本文將簡要說明日本發(fā)展氫能的原因，并梳理發(fā)展氫能的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)疮绷。

日本發(fā)展氫能的原因：國家能源安全和碳減排目標(biāo)

2017年12月日本政府發(fā)布“氫能基本戰(zhàn)略”翰舌，提出了氫能應(yīng)用戰(zhàn)略步驟和目標(biāo)。“氫能基本戰(zhàn)略”旨在實(shí)現(xiàn)氫能平價生產(chǎn)冬骚，建立涵蓋從生產(chǎn)到下游市場應(yīng)用的整個供應(yīng)鏈椅贱，除了燃料電池車還包括氫能發(fā)電、燃料電池船運(yùn)只冻、化工生產(chǎn)行業(yè)氫氣替代天然氣等應(yīng)用庇麦。該戰(zhàn)略也闡明了日本大力發(fā)展氫能的原因，歸結(jié)起來主要是能源安全喜德、環(huán)境保護(hù)山橄、節(jié)約能源以及促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。下文就主要有兩點(diǎn)沪择，一是能源安全考慮多樣化能源供給傅煎、提高能源自給率;二是構(gòu)建深度脫碳的能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)羞烘。

1保障國家能源安全

日本的一次能源極度匱乏伴乐，工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的能源都大量依靠進(jìn)口划葫。目前日本約94%的一次能源依賴從海外進(jìn)口的化石燃料，大約87%的石油主要從中東地區(qū)進(jìn)口擒抠。加上日本福島核電站事故的影響扶眼，核能在能源結(jié)構(gòu)中的角色在弱化，日本能源自給率只有6%-7%怯糠。為實(shí)現(xiàn)能源安全署隔，提升產(chǎn)業(yè)競爭力，日本加快了發(fā)展可替代性能源的步伐瓦统。而氫能由于其能源高效性贿妹，清潔性以及制造源和制造方法多樣性，成為日本替代性能源選擇之一金矛。

2有助于實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)

日本在巴黎協(xié)定中制定了到2030年減少26%的碳排放(與2013年的排放量相比較)的目標(biāo)芯急。其中電力部門的排放占總排放量的4成，但是基于目前日本發(fā)電依賴于煤電和核電驶俊，較低的可再生能源發(fā)電比例娶耍，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)挑戰(zhàn)較大。關(guān)于制氫路線饼酿，日本現(xiàn)階段主要是從化石燃料制氫榕酒，“氫能基本戰(zhàn)略”提出到2030年要確立國內(nèi)可再生能源制氫技術(shù)，構(gòu)建國際氫能供應(yīng)鏈故俐，長期目標(biāo)是利用碳捕獲(CCS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)平價化石燃料(如褐煤)的脫碳制氫和可再生能源制氫想鹰。因此，結(jié)合碳捕獲技術(shù)和可再生能源制氫技術(shù)药版，氫能成為日本實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的重要途徑辑舷。

圖1. 日本關(guān)于氫能和燃料電池的戰(zhàn)略路線圖

來源：Ministry of Economy, Trade and Industry (METI)

氫能特點(diǎn)：高效、清潔槽片、生產(chǎn)過程的高能耗

1氫能是高效率能源

單位質(zhì)量的熱值來看何缓，氫氣是汽油的三倍，是高能量密度的燃料还栓。雖然氫氣的體積能量密度不高黑声，現(xiàn)在成熟儲氫技術(shù)70MPa下的氫氣體積能量密度約為汽油的三分之一，如果低溫液態(tài)儲氫和儲氫合金技術(shù)能夠有突破氓暖，體積能量密度有望提高1.5-2倍拂谆。氫能源既可以通過傳統(tǒng)熱機(jī)也可以通過燃料電池利用，燃料電池具有更少的能量損失念肆，能量利用效率更高[3]姓纲。

2氫能具有規(guī)模化儲存的優(yōu)勢

氫能作為二次能源徊疆，可以集中式愕啰、大規(guī)模津霜、長時間儲存，如果廣泛應(yīng)用可替代部分石油和天然氣温盅，也可以在風(fēng)電曹撩、光電、水電富余或棄風(fēng)改耽、棄光牡鸥、棄水較多的地區(qū)，以及城市電網(wǎng)峰斑匪、谷時段電力負(fù)荷差異較大的城市和地區(qū)呐籽，消納和儲存富余電力或峰段電力。

3氫能在使用階段沒有污染物排放

自然界中沒有純氫蚀瘸，需要通過其他能源輔助生產(chǎn)狡蝶，從全生命周期來看，同樣要排放污染物和溫室氣體贮勃。氫能對環(huán)境的影響與制備贪惹、運(yùn)輸、儲存的各個環(huán)節(jié)相關(guān)寂嘉，可選擇的技術(shù)路徑也很多奏瞬。雖然商業(yè)上還沒有形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，但有研究表明：在大規(guī)模運(yùn)輸條件下泉孩，氫氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)的碳排放與能耗較小硼端。氫氣的主要能耗來自生產(chǎn)過程[4]】闷化石燃料制氫的燃料電池車與傳統(tǒng)汽油車相比，氫燃料電池車可能有一定的節(jié)能減排優(yōu)勢预伺。但從全生命周期看唠俄，用可再生能源電解水制氫才能帶來顯著的環(huán)境和碳減排的效益。

4制氫過程的高能耗

目前主要工業(yè)制氫方法有化石燃料制氫早斯、從工業(yè)副產(chǎn)物提取氫氣杜戈、可再生能源制氫等，目前來看阶桦，化石燃料制氫相對經(jīng)濟(jì)成本更低拉拨。但隨著未來可再生能源的更大發(fā)展，可再生能源制氫的成本應(yīng)具有競爭力铜朗。

從日本發(fā)展氫能和燃料電池的戰(zhàn)略路線圖(圖1)和日本大規(guī)模進(jìn)口氫氣的計(jì)劃(圖2)來看旦坷，氫能將主要依賴進(jìn)口。比如嗅桑，在澳大利亞用煤氣制氫庶鸡，再將氫氣運(yùn)輸回日本嵌障。這種方式雖然減少了日本本國的碳排放量，但是增加了澳大利亞減排的壓力沈宛。當(dāng)然這也與碳捕獲技術(shù)有密切的關(guān)系畦盏，如果有大規(guī)模成本有效的碳捕獲技術(shù)的應(yīng)用，也許碳減排的目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)析既，但是化石能源使用過程中造成的其他環(huán)境影響躬贡，如空氣污染，不容忽視眼坏。因此拂玻，高耗能、高碳排放的氫氣生產(chǎn)會對全球碳減排和應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)帶來巨大挑戰(zhàn)空骚，需要進(jìn)一步探討和研究較為清潔的制氫方式纺讲。下一篇?dú)淠芟盗械奈恼轮幸矊χ茪浞绞降哪芎暮吞寂欧胚M(jìn)行說明。

圖2.日本大規(guī)模進(jìn)口氫氣的計(jì)劃

來源：Innovation Norway

結(jié)語

日本的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型需要首先考慮如何滿足其能源安全的需求囤屹，這涉及到如何多樣化其能源供給熬甚、并提高能源自給率，同時在履行氣候承諾的壓力下肋坚，日本開始發(fā)展深度脫碳的能源系統(tǒng)乡括。氫能被視為日本能源系統(tǒng)變革過程中的重要一環(huán)。日本將氫能發(fā)展提升到國家能源戰(zhàn)略層面智厌，以保障其國家能源安全和實(shí)現(xiàn)2030年減排目標(biāo)诲泌，但其目前的制氫路線主要依靠化石燃料制氫，而大規(guī)模碳捕獲技術(shù)的運(yùn)用仍有不確定性尔兆。因此予裳，日本需要加快發(fā)展太陽能、風(fēng)能等可再生能源蜈坛，一方面改變能源結(jié)構(gòu)中可再生能源占比過低的現(xiàn)狀芙继，另一方面探尋利用水電解來制氫的低碳方式。(文/雍子惟啦铣，磐之石環(huán)境與能源研究中心)

標(biāo)簽：日本 氫能 能源安全 碳減排