碳中和目標下日本氫能產業發展戰略變化分析

周杰 國際清潔能源論壇(澳門)秘書長、武漢新能源研究院研究員

　　氫能在當前全球能源轉型和能源危機的背景下發揮著至關重要的作用，它扮演著“清潔高效的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色低碳的工業原料”三重角色。目前，世界上160多個國家先后宣布碳中和目標，將氫能視為實現碳中和目標的重要抓手。氫能不僅直接推動電力行業深度脫碳，還能將剩余電力轉換為氫儲存利用，最大限度地發揮可再生能源的潛力，促進氫電耦合發展。同時，有助于難以實現電能替代的工業領域脫碳。特別是以氫原料制造的合成氨、合成燃料替代現有的化石燃料，對于推動化石能源清潔高效利用具有重要的意義。

　　自2017年12月日本發布全世界首個氫能國家戰略以來，全球41個國家已經制定了國家氫能戰略，還有10多個國家正在籌劃中。各國都在瞄準這個巨大的市場機會，投資布局氫能產業鏈以及氫能基礎設施，全球氫能產業和市場競爭白熱化。

　　一、日本氫能產業戰略概況

　　2017年12月，日本率先發布了全球首個氫能國家戰略——《氫能基本戰略》。然而，由于氫能成本居高不下，且基礎設施不完善，其在與其他清潔能源的競爭中并未展現出明顯的優勢。這導致氫能戰略實施未達預期，出現了包括燃料電池汽車和家用燃料電池銷售等未能達到市場目標的問題，難以滿足當下實現碳中和與能源安全目標的需求。為此，日本國內對《氫能基本戰略》的底層邏輯和技術路線提出質疑，認為日本氫能戰略選擇了低優先級用途的氫能，過于注重基于化石燃料的灰氫與藍氫，而忽視基于可再生能源的綠氫，使得日本綠氫產量與產能都明顯滯后于其他國家。

　　2020年10月，日本政府宣布2050年實現碳中和，進一步推動了日本氫能產業的發展。于是，政府于2020年12月出臺了《綠色增長戰略》，并在2021年6月進行了修訂。該戰略將氫能產業確定為碳中和時代推動日本經濟增長的十四個重點產業之一。氫能產業橫跨氨燃料產業、核工業、汽車工業、船舶工業、航空工業、碳循環產業等，是各重點產業之間聯系最廣、協同關系最深的產業。隨后，2021年10月，日本政府通過了《第六次能源基本計劃》，明確將建設氫能社會作為推動能源轉型，實現碳中和目標的戰略支柱，并提出“根據氫能在碳中和時代的作用修改氫能基本戰略”的要求。2023年2月，日本政府正式確定了《實現綠色轉型基本方針》，指出氫能作為清潔能源，是實現碳中和目標的突破口。在此背景下，2023年6月，日本對實施了5年多的《氫能基本戰略》進行了修訂。新版《氫能基本戰略》明確了氫能的戰略定位和對象范圍，制定了加速實現氫能社會發展的具體規劃和目標，包括實現穩定、經濟、低碳的氫(氨)供給體系以及創造各類應用場景的市場需求;同時，提出了氫能產業戰略和氫能安全戰略，包括支持構建大規模的供應鏈，推進創新技術開發，加強國際合作等具體措施，以增強日本氫能產業的國際競爭力。

　　二、新版《氫能基本戰略》調整情況分析

　　(一)氫能供給目標大幅增長

　　首先對舊版戰略的階段目標劃分進行了調整。舊版戰略中近期目標為2020年，中期目標為2030年，遠期目標泛指“將來”。《綠色增長戰略》重新調整了劃分各階段的基準年，2025年為近期目標，2030年為中期目標，2050年為遠期目標。新版戰略重點強調2030年的行動計劃和2050年的展望。舊版戰略提出到2020年氫能供給量達到0.4萬噸，2030年和2050年氫氣供給量分別達到30萬噸和1000萬噸以上。《綠色增長戰略》將2030年和2050年氫氣供應量目標分別提高到300萬噸和2000萬噸(含氨)，2030年的目標供給量中還包含了清潔氫42萬噸。新版戰略在此基礎上又增加了2040年氫氣供應量，提出1200萬噸的目標，是當前日本氫氣年產量200萬噸(含氨)的6倍。主要依據是日本商用車、發電和鋼鐵行業的氫能潛在需求預測量為1800萬～2300萬噸，但2050年目標并未標注氫源的屬性。

　　表1 《日本氫能基本戰略》舊版與新版目標對照

　　(二)氫能降本目標基本相同

　　降低成本是氫能市場發展的基礎。目前日本市場的氫氣價格為100日元/ 標準立方米，到2030年，氫供應成本從每標準立方米100日元降低到30日元(約 334 日元/千克)，氨供應成本按氫當量計算則超過10日元/ 標準立方米。《綠色增長戰略》明確提出到2050年降低到20日元/標準立方米(約222日元/千克)，而舊版戰略只提到將來達到這一目標。總體來說新舊兩版的氫能降本目標基本相同。但要實現上述成本目標，必須實現《第六次能源基本計劃》提出的市場需求目標。一是氫能發電占比達到10%的預期目標;二是所有國內商用車全部轉換為氫能或氫基合成燃料;三是氫能煉鋼技術廣泛普及。

　　由于氫能是一種二次能源，其供給成本取決于一次能源價格的高低。日本在澳大利亞的褐煤制氫成本約為每標準立方米10日元，但儲運成本為每標準立方米20.7日元。而可再生能源電解水制氫成本則達到每標準立方米53日元。到2050年的成本目標控制在每標準立方米20日元以下，這主要是基于發電成本的考慮，氫燃料火電成本與天然氣火電成本相當，才能實現氫能商業化。舊版戰略提出將來成本目標要達到每千瓦時17日元，而《綠色增長戰略》則要求2050年氫燃料發電成本必須低于燃氣火電成本，即每千瓦時12日元。新版戰略沒有明確提及，主要原因是2023年3月燃氣火電成本實際上已經上漲到每千瓦時24日元。

　　(三)明確重點技術和產業發展領域

　　日本氫能產業包括制備、儲運和應用三大產業鏈，在制備環節，重點將開發高效、耐用、低成本電解制氫技術，煤氣化、甲烷熱解制氫等高溫制氫技術以及光催化制氫技術。在儲運環節，關注點將放在高效氫氣液化裝置、儲氫合金、低成本氫載體、氨裂解等技術的開發上。在應用環節，主要著眼于高效、耐用、低成本燃料電池技術的研發，以及碳回收產品生產技術，如合成甲烷、合成燃料等。

　　日本產業戰略則從整體出發，著重發展啟動速度較快、未來市場規模較大的領域，以及日本具有技術優勢的領域，推動氫能產業化。

　　(四)明確“低碳氫”標準

　　在“零碳氫”尚未形成統一國際標準的情況下，各國對于“清潔氫”與“低碳氫”的定義尚不一致。根據氫制備方法以及碳排放量的不同，歐洲各國采用了彩虹顏色分類，包括白氫(工業副產氫)、黑氫(煤制氫)、褐氫(褐煤制氫)、灰氫(天然氣制氫)、藍氫(天然氣+CCS制氫)、藍綠氫(甲烷裂解制氫)、綠氫(可再生能源制氫)、紫氫或黃氫(核電制氫)等。不同國家和地區的氫能戰略對不同類型的氫能賦予不同的稱謂。例如歐盟和德國強調可再生能源制氫，歐盟氫能戰略將氫能分為清潔氫(可再生能源制氫)、低碳氫(化石能源+CCUS)、化石氫;法國氫能戰略將氫能分為零碳氫和化石氫，美國氫能戰略將氫能分為清潔氫與碳中和氫。這不僅是各國政府對氫能項目扶持補助的標準，也是日后各國開展國際貿易衡量氫能清潔屬性的標準。

　　氫能的清潔屬性是由其全生命周期的碳排放量決定。新版戰略引入了“低碳氫”的概念，將可再生能源制氫和化石燃料+CCS制氫等納入該范疇，未來計劃將核電制氫也納入其中。“低碳氫”的邊界基本上與舊版戰略的“零碳氫”、《綠色增長戰略》的“清潔氫”概念相同。不過，新版戰略為氫(氨)制備設定了全生命周期的碳強度指標。與其他國家相比，日本標準相對較低，但日本仍然試圖牽頭制定全球標準，爭取氫能標準的國際話語權。

　　(五)采取支持和監制融為一體的政策措施

　　日本在推動氫能產業方面采取了一系列支持和監管相融合的政策措施。2021年3月，日本設立了2萬億日元規模的綠色創新基金(GI)，分配給氫能相關領域的總預算達到8300億日元。2023年5月，日本進一步頒布了《綠色轉型促進法》和《綠色轉型脫碳電力供給法》，該法案通過政府先期投資20萬億日元來提供對綠色轉型的支持，并帶動社會投資150萬億日元，其中未來10年將向氫能相關領域投資7萬億日元。新版戰略還明確提出在未來15年對氫能供應鏈投資15萬億日元。

　　具體措施方面，日本一方面重點支持建立大規模氫(氨)供應鏈體系，并參照現有化石燃料價格對氫氨進行差價補貼，氫氣的價格將以液化天然氣(LNG)價格為參照，而氨的價格將和煤炭價格進行比較。另一方面，政府支持建設氫(氨)基礎設施支撐體系，計劃在有大規模產業需求的城市地區建設3個大型氫中心，在有一定規模需求的地區發展5個中型氫中心，并在港口地區發展氫能樞紐，同時，加強與地方政府合作，推動區域氫能供應鏈的建立，從而促進地方氫能生產和使用。

　　新版戰略還提出了“氫能安全戰略”的基本框架，包括氫能使用的政策法規環境和日本技術標準，以建立覆蓋整個氫能供應鏈的安全監管體系。為增強氫能領域的國際地位，日本積極推動氫能技術裝備的安全性、通用性和標準化。為加快氫能技術產品的國際標準化進程，日本與ISO、IEC國際標準化組織加強合作，特別是密切聯系ISO/TC197(氫能技術)、ISO/TC67(油氣產業)、ISO/TC22/SC37(電動汽車)、IEC/TC105(燃料電池)、IEC/TC69(電動車輛)等與氫能相關的技術委員會，以促進將日本標準提升為國際標準。

　　(六)積極開拓海外市場，謀劃構建全球性氫能市場

　　國際合作對于日本氫能產業的發展、技術改進和降低成本至關重要。因此，增強全球競爭力、拓展海外市場已納入了新版戰略，日本需繼續推進資源外交，以保障氫能源穩定供應。首先，以化石能源制氫和儲運項目為抓手，日本將強化與傳統資源國的合作。例如與澳大利亞合作開發褐煤制氫項目;與文萊合作開發天然氣制氫項目;與沙特合作開發合成氨項目，同時與澳大利亞合作開發合成氨項目。其次，以可再生能源制氫和儲運項目為重點，日本將加強與可再生能源資源國的協作。例如，與阿聯酋合作開發光伏制氫項目，與馬來西亞攜手開發水電制氫項目、與新西蘭共同推動地熱制氫和綠氨項目，與美國猶他州展開可再生能源制氫項目。第三，以氫能技術產品和基礎設施建設為中心，日本將拓展與氫能需求國的合作。例如，參與美國、荷蘭、新加坡的燃氫發電項目，美國加利福尼亞加氫站以及新加坡和洛杉磯氫能市場建設等，圍繞環太平洋與環印度洋航線鋪開氫能供應網絡，以實現“碳中和燃料基地”的戰略目標。

　　值得注意的是，日本正在謀劃和布局國際氫能市場建設的規則和標準。氫能與化石能源不同，世界上任何國家都能制造;與電力不同，可以長期儲存和長距離運輸，具備全球可自由流通交易的特性。為此，日本已通過多邊平臺和雙邊合作積極推進氫能標準化工作。自2018年起，日本發起召開了多次世界氫能部長會議，發布了東京宣言，提出了全球10年內建設1萬個加氫站和使用1000萬套燃料電池系統的宏偉愿景。與此同時，通過聯合國、G7、G20、國際氫能經濟和燃料電池伙伴計劃(IPHE)、清潔能源部長級會議(CEM)、創新使命(MI)等多個渠道，日本呼吁建立買方主導的全球氫能市場，并提出構建“亞洲零排放共同體”(AZEC)的倡議。因此，國際氫能市場的形成對于日本將技術優勢轉化為產業和市場優勢具有重要的意義。

　　三、相關啟示

　　日本在氫能規劃中展現的先行者角色為我們提供了很多有益的啟示。首先，日本采取了盡可能利用既有基礎設施和設備的技術開發方針，氫能產品和技術在成熟的領域或地區先行先試，這有助于降低實施難度，提高技術的成熟度，有序推進氫能社會建設。其次，日本在供給側采取“降本、增需、保供”為中心的策略，同時采用灰、藍氫與綠氫并舉，進口與國產并重的方針。這種多元化的供給策略使得氫能戰略更加靈活，更具有適應性，同時有助于降低成本。再次，日本建立了政府統一規劃指導、企業上下游互動的官民協同機制，政府與大規模氫能供應商、大型氫能發電企業、燃料電池汽車制造企業、加氫站以及管網等基礎設施建設企業定期進行深度交流和合作，共同推動技術路線上的分工協作，降低氫制備、儲運和市場的成本，加速商業化進程。最后，日本的氫能戰略著眼于構建全球“氫能社會”目標，積極參與氫能國際技術標準制定，提前布局國際市場，為建設全球統一的大宗貿易市場做準備和規劃。

　　2022年俄烏沖突引發的能源危機使全球更加關注氫能產業的發展。日本也受到此次能源危機的影響，國內油價、氣價、電費大幅上漲，暴露了長期依賴化石燃料進口的“軟肋”。由于氫能具備制備和來源多元化的優勢，能夠長期儲存，并在國際市場化石能源價格劇烈波動時保持相對穩定，因此，發展氫能有助于日本提升能源安全保障水平。

　　總體而言，新版戰略的理念從“理想主義”轉向“現實主義”。當前，日本的氫能社會建設正從技術開發階段轉向商業化階段，低成本制氫、供給鏈完善、規模化利用三個條件缺一不可。