該草案側重于用途、降低成本和區(qū)域氫燃料供應網(wǎng)絡——并設定新的長期生產(chǎn)目標

2021年6月首次宣布，名稱為 "氫氣目標"。連同80億美元的聯(lián)邦資金，在去年11月成為法律的《基礎設施投資和就業(yè)法案》中明確闡述。

該文件還設定了美國的目標，即到2050年每年生產(chǎn)5000萬噸清潔氫氣，中期目標是到2030年生產(chǎn)1000萬噸，到2040年生產(chǎn)2000萬噸--而目前的目標是 "幾乎為零"。美國目前每年從未減少的化石燃料中生產(chǎn)約1000萬噸灰色氫氣。

順便提一下，《基礎設施投資和就業(yè)法案》要求美國能源部長珍妮弗-格蘭霍姆 "在法律頒布之日起180天內 "向國會提交清潔氫氣戰(zhàn)略和路線圖。該法案于2021年11月15日由總統(tǒng)喬-拜登簽署成為法律。

高影響力的用途

這份長達121頁的文件為 "氫氣的戰(zhàn)略性、高影響力用途 "提出了以下論點--它可能會讓很多人失望。

"雖然氫氣的多功能性使其能夠用于許多應用，但能源部的重點將是清潔氫氣，用于工業(yè)和重型運輸?shù)入y以電氣化的領域的脫碳。在這些領域內，使用化石燃料作為化學原料[如氨和甲醇]的工藝，或在產(chǎn)生高溫熱量或長期可調度的電力方面，將需要清潔燃料，如氫，以實現(xiàn)脫碳。"

它說，一半的工業(yè)排放是由于燃燒化石燃料來生產(chǎn)熱能和電力。

"雖然較低等級的發(fā)熱通常是可行的電氣化，但工業(yè)中使用的大約30%的熱量是在300℃以上的溫度，很可能需要清潔燃料來脫碳。"

但這表明對選項缺乏了解。正如當時德國智庫Agora Energiewende的分析師Gniewomir Flis去年告訴Recharge的。"高溫工藝熱能只能用氫氣進行脫碳的想法是一種營銷策略。在大多數(shù)情況下，電加熱也是可行的，甚至可以比氫氣更有效地使高溫工業(yè)熱能脫碳。"

正如最近的一篇科學論文所指出的那樣，今天的重工業(yè)已經(jīng)有了全電加熱的解決方案，可以提供超過1000℃的高溫熱量，包括紅外線和微波加熱器、感應爐和電阻爐，以及美國鋼鐵行業(yè)常見的電弧爐。

該戰(zhàn)略草案說："燃燒純氫或氫氣與天然氣混合的爐子是這些應用的關鍵選擇。"

多項研究表明，燃燒氫氣和天然氣的混合物是一種極其昂貴和無效的使用高價值H2的方式。由于體積能量密度較低，大約需要三個單位的氫氣才能產(chǎn)生與一個單位的天然氣相同的熱量，因此20%的氫氣混合物只能減少7%的碳排放。

然而，文件中的一張圖表（上圖）表明，到 2050 年，每年將使用約 300 萬噸清潔氫來“混合天然氣供熱”。

能源儲存

該文件補充說，它認為使用氫氣進行長期儲能是 "使各部門使用清潔電力增長的關鍵"。

"在燃料電池或低NOx渦輪機中使用氫氣是一個領先的選擇，可以向電網(wǎng)提供多天的可調度電力。在電氣化率高的情況下，可能需要更多的清潔氫氣和其他清潔燃料來提供可靠的電力，并將可變的可再生能源納入電網(wǎng)，以獲得穩(wěn)定的可調度的電力"。

在電解器中把電轉化為氫氣，再在燃料電池中轉化為氫氣，會導致大約65-72%的能量損失，這取決于氫氣的運輸、儲存和分配。許多專家認為，因此，只有當可變的可再生能源在電力組合中占了很高的比例，而便宜的選擇又不夠時，才應該將氫氣用于能源儲存。

氫氣在運輸中的使用

戰(zhàn)略草案說："在運輸方面，氫氣在卡車運輸部門有很強的價值主張，特別是對于擁有重型車輛、長途（>500英里）路線或需要快速加油的多班作業(yè)的車隊。氫氣也是生產(chǎn)液體燃料的基本原料，這些液體燃料將是大規(guī)模能源應用所必需的，如航空、鐵路和海運。"

它補充說，清潔的氫氣可以取代煉油中用于裂解重質原油和去除硫磺的灰氫，以及用于從生物質中生產(chǎn)生物燃料，并作為化學上與石油或航空燃料相同的合成燃料的基本成分。

該文件表明，氫氣將被直接用作中型和重型卡車和巴士的燃料。

"燃料電池在重型卡車等應用中特別可行，這些卡車需要與今天的柴油相當?shù)目焖偬畛鋾r間，或超過500英里[805公里]的長距離行駛。"

該文件沒有指出，使用綠色氫氣的車輛的運行成本將是全電動電池供電的同類車輛的兩到三倍，或者像特斯拉Semi這樣的電動卡車也將能夠在一次充電中行駛500英里。氫氣將對航空業(yè)的去碳化非常重要。

"開發(fā)SAF[可持續(xù)航空燃料]，如可替代傳統(tǒng)噴氣燃料的生物燃料和動力轉液體燃料，對該行業(yè)的去碳化至關重要。"

氫氣可以與捕獲的二氧化碳相結合，生產(chǎn)出理論上至少是碳中性的合成噴氣燃料。氫氣也可以直接用作短途飛行的燃料，ZeroAvia等公司開發(fā)的飛機單程可行駛1800公里。

第一、第二和第三波

在戰(zhàn)略文件的后面，它談到了清潔氫氣應用的 "第一波"，這將是在 "除清潔氫氣外幾乎沒有替代品的現(xiàn)有市場"。

它列出了這些應用是叉車、煉油廠、合成氨生產(chǎn)、公共汽車、長途重型卡車，以及采礦、建筑和農(nóng)業(yè)中需要快速加油和遠離電網(wǎng)運行的重型機械。

戰(zhàn)略文件中的圖表顯示了清潔氫使用的預期浪潮。照片：美國能源部

在第二波浪潮中--"清潔氫氣提供了一個日益增長的經(jīng)濟價值主張，并得到行業(yè)承諾和政策勢頭的支持--應用將是鋼鐵生產(chǎn)、能源儲存和發(fā)電、航空、中型卡車、區(qū)域渡輪、"某些工業(yè)化學品生產(chǎn)"，如塑料。

隨后是第三波，應用將 "隨著清潔氫氣生產(chǎn)規(guī)模的擴大、成本的下降和基礎設施的普及而變得有競爭力"。

在這里，它列出了集裝箱船、甲醇生產(chǎn)、水泥、與現(xiàn)有天然氣網(wǎng)絡的混合，以及在醫(yī)院和數(shù)據(jù)中心等關鍵的全天候設施中取代柴油發(fā)電機的備用和固定電源。

清潔氫氣的定義

基礎設施投資和就業(yè)法案--也被稱為兩黨基礎設施法（BIL）--要求能源部制定清潔氫氣生產(chǎn)標準，即每公斤氫氣的二氧化碳當量（CO2e）低于2公斤--這一點在氫氣戰(zhàn)略草案中得到重申。

然而，在昨天發(fā)布的另一份文件中，能源部表示建議將該標準提高一倍，即每公斤氫氣含4公斤二氧化碳。

這與上個月的《減少通貨膨脹法案》一致，該法案對生命周期內溫室氣體排放量為4kgCO2e/kgH2的清潔氫氣項目給予稅收抵免。

能源部為這一增長提供的理由是："這個目標也有可能被那些在生產(chǎn)現(xiàn)場達到BIL對 "清潔氫氣 "定義的

該戰(zhàn)略文件--沒有提到新的4公斤標準--指出，通過蒸汽甲烷重整（SMR）和碳捕集與封存（CCS）生產(chǎn)的藍色氫氣的生命周期排放 "可能在3-5公斤CO2e/kgH2之間，這取決于逃逸性排放的程度、捕獲率和電網(wǎng)的碳強度"。

它補充說："當電力供應是100%無碳污染時--正如政府在2035年之前的目標--電解的井-門排放接近于零，但當使用目前美國平均電網(wǎng)組合時，電解的排放可能是SMR的兩倍。"

該文件還指出，從廢物或生物質產(chǎn)生的氫氣也可以滿足標準，生物質途徑加上CCS可以產(chǎn)生碳負的H2。

降低成本

去年6月宣布的 "氫氣射擊"，尋求在十年內將清潔氫氣的成本降低到1公斤1美元，它稱之為 "1 1 1"。新的戰(zhàn)略文件增加了一個中期目標，即到2026年達到2美元/公斤。 這一挑戰(zhàn)的一個關鍵部分是降低電解器的成本，它說 "這將需要大批量的制造，電解器堆棧和工廠組件平衡的創(chuàng)新，以及電解器在下一代系統(tǒng)中的整合。"

對于藍氫，"二氧化碳運輸和儲存、可變[運營和維護]成本以及資本成本的降低可以幫助實現(xiàn)氫氣拍攝目標"。

區(qū)域網(wǎng)絡

BIL呼吁建立至少四個生產(chǎn)清潔氫氣的區(qū)域中心，在化石燃料、可再生能源和核能這三條生產(chǎn)路線中，每條路線至少有一個中心提案--由80億美元的資金支持。 每個中心應展示清潔氫氣的不同用途：發(fā)電、工業(yè)制造、住宅和商業(yè)加熱以及運輸，同時法案還希望每個區(qū)域中心位于美國的不同地區(qū)，使用 "該地區(qū)豐富的 "能源。

然而，這些標準并不是一成不變的，因為該法案只是要求能源部長 "在實際可行的最大范圍內 "滿足這些標準。BIL將區(qū)域清潔氫氣中心定義為一個由清潔氫氣生產(chǎn)商、消費者和連接基礎設施組成的網(wǎng)絡，彼此 "相距不遠"。

該戰(zhàn)略文件指出："氫氣供應和需求的共同定位可以減少對新的長距離基礎設施的需求，降低早期市場增長的成本，直到大規(guī)模、穩(wěn)定的需求在區(qū)域和全國范圍內發(fā)展。80億美元的資金 "將推動清潔氫氣的生產(chǎn)、加工、交付、儲存和最終使用，實現(xiàn)可持續(xù)和公平的區(qū)域利益以及市場吸收。從中心收集的數(shù)據(jù)將用于未來的分析，以確定市場啟動的最佳方法，如使用差價合約，將生產(chǎn)與承購商相匹配，與主要租戶一起創(chuàng)造有針對性的大規(guī)模需求，以及在適用情況下使用現(xiàn)有基礎設施的戰(zhàn)略，包括CCS和其他管道基礎設施。"

結論

該文件最后指出，清潔氫氣 "將是國家去碳化道路上的一個重要因素"。

"盡管仍有許多不確定因素，但氫氣的潛力是明確的。需要在近期、中期和長期進行重點投資和行動，以便為更廣泛地采用清潔氫氣奠定基礎，推動成本下降，并以可持續(xù)和全面的方式擴大規(guī)模。通過有效和高效的合作與協(xié)調，以及正確的戰(zhàn)略和實施計劃，美國能夠而且必須成功地發(fā)展一個可持續(xù)的、有彈性的和公平的清潔氫氣經(jīng)濟。"