实现氢能应用的六大要素（1）

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摘要：氢可以用于平衡爆发性增长的可再生能源的发电不稳定性，代替化石燃料用于各种用途，因此，氢对于碳中和来说不可或缺。在发电领域，可以使用氢取代天然气进行发电。此外，燃料电池是用于扩大氢能利用的最重要技术之一，以分布式发电用途为首，其将广泛应用于运输领域，尤其是无法实现电动化的应用。另外，氢还有助于通过电气化难以实现脱碳的原料利用和热需求等的脱碳化。可以说，氢是实现碳中和的有力手段。本文中将首先介绍为实现氢能应用的六大要素中前三个。

关键字：氢能应用、氢能发电、燃料电池、分布式发电、氢需求、商业化

为了将氢投入实际应用，需明确从何处着手

首先，分析氢对于扩大可再生能源电力引入的重要性。在日本《第6次能源基本计划》（方案）中提出扩大可再生能源的利用，无论是从维持稳定电力系统的广域能源系统的观点，还是从地产地销型地区能源系统的观点来看，都明确了“必须利用氢能”。

此外，为了将氢投入实际应用，总结了从何处着手的线索。并且，为实现以移动出行为中心的氢能社会，对氢实际应用规模进行了量化。

同时，对固定式燃料电池（FC）的普及规模进行了量化。例如，加入了RE100（100%可再生能源，目标是截至到2050年，推动企业的商业活动中100%使用可再生能源）倡议的企业必须采取各自的对策。这些企业采纳了由千代田化工建设和松下合作提出的氢供给与利用一体化的解决方案，作为可立即使用的、切实可行的制造业用脱碳化方案。

位于区域的RE100工厂有可能为来自可再生能源的无碳氢利用指明道路。工厂产品的用户也积极致力于可再生能源利用。例如，以美国苹果公司为代表，一些全球企业要求自家公司，甚至供应商100%使用可再生能源。制造业目前的状况是，要想达成交易，必须100%可再生能源。一般，在工厂内，大大小小的物流卡车、装卸机械等集中运行，RE100企业及其供应链的相关工厂很有可能先行引入“固定式FC+FC交通工具”。

氢的社会实际应用从这样的“点”开始，然后形成“线”、“面”，最后扩展到全社会。在日本，重视“用户侧”的社会实际应用项目相继启动，进展迅速。欧洲、美国、澳大利亚、中国、韩国也相继启动以社会实际应用为目标的氢能项目。

为提高经济效益，集中氢需求

为了高效扩大FC交通工具的引入，提倡以区域内的氢供应基地为中心进行选择和集中引入，而不是一齐在全国范围内广泛引入。根据日本经济产业省资源能源厅的《关于FCV/加氢站项目的现状（2021年3月）》，2019年，平均每座加氢站的供给量为4t/年。但是，假定加氢站的供给能力为300Nm³/h，以“营业时间12小时×运转率70%”来计算，则每座加氢站的氢供给能力为79t/年。为了提高加氢站的经济效益，需要集中氢需求（来源:日本环境技研）。

以氢的商用化为目标，启动氢能项目

在日本，以需求侧为重点的社会实际应用项目相继启动。本文中通过选取20个这样的项目，根据可再生能源的利用程度、及氢生产与利用的分散性（集中型~个别分布型）进行了整理。

在欧洲，欧盟（EU）主导推进脱碳战略的制定和氢能项目。欧盟重视P2G（Power to Gas）项目，即利用可再生能源制取无碳绿氢。在卡车、船舶等大型交通工具领域、钢铁、化学产业等CO₂排放量大的产业中，氢的利用动向将更加活跃，逐步替换成绿氢以推进脱碳化。美国重返《巴黎协定》，致力于降低绿氢成本，并扩展其应用。美国能源部（DOE）于2021年6月启动了清洁能源引入项目“Energy Earthshots Initiative”。该项目的目标是，在10年内将绿氢的成本降低80%，达到1美元/kg。

另一方面，澳大利亚和中东产油国将绿氢打造为出口产业。澳大利亚的“国家氢能战略”分两个阶段进行，在2025年之前进行实证试验，在2025年后创造大规模市场。关于出口目的地，澳大利亚对日本寄予厚望。关于中东产油国，例如，阿曼在2021年5月发布了大规模制造可再生能源和绿氢的计划，计划建设25GW的太阳能和风力发电，每年制造数百万吨的绿氢。沙特阿拉伯也计划将生产绿氢的大型项目作为在红海沿岸建设的大规模智慧城市项目“NEOM”的一环。

中国计划以商用车为中心扩大燃料电池车（FCEV）的普及。取消此前对购买FCEV的补贴，转而对推广氢能和燃料电池的示范城市进行补贴。为避免FCEV项目在中国各地无计划地增加，计划向氢能和燃料电池产业发达的地区聚集。

韩国也在积极发展氢能产业。韩国政府的目标是，到2040年实现氢能汽车和燃料电池车的全球最大份额，利用氢能每年增加43兆韩元（约2227亿元）的经济效益，并创造42万个新工作岗位。

欧洲的氢能项目纲要

欧盟和各国政府发放补助金，验证部门耦合，致力于制定碳中和与低碳化政策，振兴经济，扩大就业。企业将通过降低成本和提高附加价值来开发商业模式。

积极研发燃料电池并推动多元化发展

日本在扩大燃料电池开发的同时，也着力于加快开发进程，总结出以日本推进的“PEFC（固体高分子燃料电池）评价与分析平台”为核心的三大政策：“强化基础技术的研发”；“多元化发展与强化供给能力”；“挖掘与FC厂商等进一步合作的可能性”。另一方面，对引领世界燃料电池开发的主要项目和研究机构进行了介绍，并总结了各国的燃料电池在海陆空领域的多元化发展。

欧洲在欧洲燃料电池和氢能联合组织的第2阶段（FCH2JU）的研发项目中，正在推进燃料电池的研发和实证项目。目前，正在根据“材料评价+建模验证”研讨以大规模生产为目标的部件和电堆的设计与制造技术。该技术不仅面向车载，还面向铁路、船舶、飞机等多种用途。

美国也在有战略性地开展R&D（科学研究与试验发展）。关于车载PEFC，主要课题是降低铂的使用量，目前正在推进核壳催化剂和非铂催化剂的开发。

中国宣布将加速研发燃料电池，推进基础研究（FC主要材料与部件的研发）、应用技术研究（提升电堆的性能、提高FC系统的输出功率与耐久化、开发车辆统一系统平台）。

韩国也正在以燃料电池部件的国产化和大规模生产技术为中心加快研发事业，目标是在2025年实现年产10万台FCEV，价格降为现在的约一半（3000万韩元，约15.53万元）。

日本以外主要国家的代表研究机构

欧洲有很多机构在进行广泛的研究，包括材料研究、电堆与系统评价、以及相关测量与建模等。在美国，DOE下属的多个国立研究机构主导燃料电池的研发。在中国，中国科学院大连化学物理研究所的研究历史悠久。