2019年2月，歐洲燃料電池和氫能聯合組織（FCH-JU）發布《歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉型的可持續發展路徑》，以下分析報告摘要部分


歐洲正在向脫碳能源系統過渡。 歐盟28個成員國簽署并批準了巴黎協議，以保持全球變暖“遠低于工業化前水平2攝氏度以上，并努力將溫度上升進一步限制在1.5攝氏度以下”。

這一轉變將從根本上改變歐盟如何生產、分配、儲存和消費能源。它實際上需要無碳發電，提高能源效率，以及運輸、建筑和工業的深度脫碳。利益相關者必須采取一切可行的措施，在2050年之前，將與能源有關的二氧化碳排放量限制在每年7.7兆噸（Mt）以下（見圖1）。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最近的報告強調了要徹底減少排放的緊迫性：到2030年，全球變暖不超過1.5攝氏度，排放量必須下降45%（與2010年的水平相比），到2050年必須降至“零排放”。否則，將導致更極端的溫度、海平面上升和生物多樣性嚴重損失等主要氣候影響。

該報告表明，實現歐盟能源轉型將需要大規模的氫氣。沒有它，歐盟將無法實現其脫碳目標。燃料為這種轉變提供了一個多用途、清潔和靈活的能量載體。雖然氫氣不是唯一的脫碳杠桿，但它是一系列其他技術中必不可少的杠桿。它使可再生能源的大規模接入成為可能，因為它使能源運營商能夠轉換和儲存能源作為可再生氣體。它可用于跨部門和區域的能源分配，并作為可再生能源的緩沖區。它為電力、交通、建筑和工業部門提供了一種脫碳方法，否則很難脫碳。

需要氫氣的信念基于三個基本論點：

首先，氫是運輸、工業和建筑業大規模脫碳的最佳（或唯一）選擇。特別是：

連接歐洲工業并為歐盟家庭提供超過40%的供熱和15%的歐盟發電的天然氣供應網脫碳需要氫氣。沼氣，雖然是一個重要的杠桿，但無法在獲得所需的規模。用熱泵供電可以代替天然氣為新建筑供暖，但需要對舊建筑進行昂貴甚至不可能的改造，舊建筑占建筑物二氧化碳排放量的90%。完全直接電氣化還將導致電力需求的重大季節性失衡，進而需要大規模的儲能機制。氫不受這些缺點的影響，可以作為熱泵的補充。生產商可以在不需要進行重大升級的情況下，通過將氫氣混合到現有的天然氣網中來輸配，甚至直接輸送純氫氣，或者用氫氣和二氧化碳制成的合成天然氣代替天然氣。所有基于氣體的加熱系統都可以通過使用燃料電池的熱電聯供（CHP）技術來提高能源效率。


在運輸方面，氫是卡車、公共汽車、輪船、大型汽車和商用車最有前途的脫碳選擇，其中較低的能量密度（因此較低的范圍）、較高的初始成本和電池的緩慢充電性能是主要缺點。與電池和內燃機相比，燃料電池需要更少的原材料。由于運輸部門約占歐盟二氧化碳排放總量的三分之一，因此脫碳是實現能源轉型的關鍵因素。此外，氫燃料補給設施具有顯著的優勢：與快速充電相比，它僅需要城市和高速公路的大約十分之一的空間。同樣，供應商可靈活供應氫氣，而大規模部署快速充電設施需對電網進行重大升級。最后，一旦實現了最小規模的推廣，氫氣為運營商提供了一個有吸引力的商業案例。在航空業，氫和基于氫的合成燃料是大規模脫碳的唯一選擇。

工業可以燃燒氫以產生高等級的熱量，并將燃料在幾個過程中作為原料，直接或與二氧化碳一起作為合成燃料/電燃料。在煉鋼中，例如，氫可以作為還原劑，取代煤基高爐。在煉油廠用作氨生產和加氫處理的原料時，未來可采用低碳源生產。與二氧化碳一起，氫還可以在化學過程中取代諸如天然氣的碳氫化合物，例如烯烴和烴溶劑（BTX）的生產，其構成原料用途的主要部分。這提供了一個碳匯，也就是說，有機會使用二氧化碳而不是排放。

其次，氫能可實現跨部門、時間和地點靈活轉移能源，在向可再生能源轉型中發揮系統性作用

部門。歐盟的能源轉型幾乎需要完全脫碳發電，這意味著需要將可再生能源整合到電網中。氫是終端用能耦合的唯一規模化技術，允許將發電轉換為可用形式，存儲它，并將其輸送到終端使用部門以滿足需求。電解槽可以將可再生電力轉化為一種具有所有靈活性但不排放任何天然氣碳的氣體。

時間。由于電力滿足了更高的能源需求，而不斷增加的能源來自可再生能源，短期和長期的供需失衡將加劇。這就需要增加全年的平衡和季節性儲能。雖然電池和需求方措施可以提供短期靈活性，但氫是唯一可用于長期儲能的大規模技術。 它可以利用現有的天然氣網絡，鹽穴和貧瘠的氣田，以較低的成本長期儲存能源。

地點。氫提供了低成本可再生能源地區與需求中心地區之間的聯系，例如，將歐洲北部地熱和風能資源豐富的地區連接到主要大陸，或作為從北非進口可再生能源的手段。氫可以通過管道、船只或卡車遠距離輸送能量，無論是氣態的、液化的還是以其他形式儲存的，其成本遠低于輸電線路。

第三，向氫的轉變符合客戶的偏好和便利性。這是關鍵，因為不符合客戶偏好的低碳替代品可能面臨采用困難。在運輸過程中，氫提供與內燃機汽車同樣的續航里程和燃料補給速度。能源公司可以利用現有的管道將氫氣或合成甲烷通過電力輸送到天然氣發電廠，從而將開關“隱形”給消費者。雖然后來改用100%氫氣需要升級設備和管道，但它仍然使建筑物內現有的供熱基礎設施完好無損。

提高：實現氫在歐洲的潛力的路線圖

本報告描述了歐盟為實現2度目標而部署氫氣的雄心勃勃的設想。這一設想是基于全球氫理事會的觀點，來自氫歐洲（代表歐洲氫和燃料電池行業）的投入，更具體地說，來自活躍于氫和燃料電池技術領域的17家成員公司的數據。


在整個行業中，我們看到2050年歐洲可能產生大約2,250太瓦時（TWh）的氫氣，約占歐盟總能源需求的四分之一（見圖2）。這一數字將為大約4200萬輛大型汽車、170萬輛卡車、大約25萬輛公共汽車和5500多輛火車提供燃料。它的供熱量將超過相當于5200萬戶（約465太瓦時），并提供高達10%的建筑用電需求。在工業中，大約160 TWh的氫將產生高等級的熱量，另外140 TWh將以直接還原鐵（DRI）的形式取代煉鋼過程中的煤。120 TWh的氫與生物質中捕獲的碳或碳結合，也將在2050年為40 Mt化學品生產合成原料。

實現這一愿景將使歐盟走上到2050年減少約560 Mt二氧化碳排放量的道路，這相當于實現2度方案所需減排量的一半（見圖1）。歐盟需要在2050年將其二氧化碳排放量從目前的3,500Mt減少到770Mt。部署現有技術以及歐洲國家現有的能源和氣候相關承諾將縮小約60％的差距（參考技術方案約為1,700Mt）。在終端部門使用氫氣有助于減少剩余1100Mt的一半，并實現2度方案。此外，它還可以使電力部門實現深度脫碳，從而間接減少碳排放。

除了減少碳排放外，氫和燃料電池技術的部署將消除當地的排放。在運輸方面，2050年每年的氮氧化物排放量可減少50Mt。河流，湖泊和港口污染較少，鋼鐵和其他工業廠房將避免灰塵和焦油廢氣，柴油火車和卡車的噪音將大幅下降。

預計到2030年，氫的部署將為歐盟公司的燃料和相關設備創造1300億歐元的產業，到2050年將達到8200億歐元。這將為歐盟工業創造一個本地市場，作為在新的氫經濟中進行全球競爭的跳板。2030年的出口潛力預計將達到700億歐元，凈出口額將達到500億歐元。總的來說，到2030年，歐盟氫工業可以為大約100萬高失業工人提供就業機會，到2050年達到540萬人。


實現這一目標需要在整個價值鏈上進行大量的活動。隨著氫和燃料電池技術在技術上已為大多數領域做好準備，歐盟工業必須擴大規模，以降低成本，并在全球能源轉型經濟中占據領先地位（見圖3）。到2030年，部署的重點應放在優先領域，如將氫氣混合到天然氣網絡中，并用于商業運輸車隊、大型乘用車、重型運輸（卡車、火車、輪船）、材料處理和現有制氫脫碳。我們提出以下具體里程碑：

在運輸方面，到2030年，燃料電池電動汽車（FCEVs）可能占22輛乘用車中的1輛和銷售的12量輕型商用車（LCV）中的1輛，從而形成了370萬輛燃料電池乘用車和50萬輛燃料電池LCV的車隊。此外，到2030年，約有45,000輛燃料電池卡車和公共汽車可以上路。到2030年，燃料電池列車還可以替換大約570輛柴油列車。

對于建筑部門來說，到2030年，氫可以替代7%的天然氣（按體積計），到2040年，氫可以替代32%，相當于2030年約30太瓦時，2040年約120太瓦時。2030年，這一數量相當于德國、英國、荷蘭、法國和丹麥將高達7.5%的氫氣（按體積計）混合到電網中，五個中等城市（約30萬居民）轉換到純氫氣網絡中。除商業建筑外，2030年和2040年的供熱需求分別為250萬戶和1100多萬戶。與此同時，到2040年部署超過250萬個燃料電池CHP，提高能源效率并將占電網中15 TWh的電力份額。

在工業上，到2030年，包括煉油廠和氨生產在內的所有應用都可以實現向三分之一超低碳氫生產的過渡。此外，具有較大減排潛力的應用，如DRI煉鋼，必須進行大規模的可行性試驗。

在電力部門，“過剩”可再生能源的大規模轉換為氫氣，大規模的氫氣發電示范以及可再生能源-氫氣發電廠也可能在2030年之前實現。

氫供應可能來自超低碳源的混合。雖然生產方法的確切分割可能因應用而異，并且取決于技術和成本的發展，但電解和蒸汽甲烷重整/碳捕獲和儲存的自熱重整（SMR / ATR與CCS）很可能發揮關鍵作用，電解可以提供可再生能源整合所需的終端耦合機制。目前，電解槽可以小規模（<1兆瓦）的生產，并正在進行大規模（高達10兆瓦）的示范項目。SMR是目前可用于大規模低成本制氫的成熟技術，可用CCS脫碳。 僅依賴于這兩種生產途徑中的一種的情景似乎是不現實的，并且不能滿足所需的部署。這意味著政策制定者和行業必須關注這兩種途徑的發展和擴大。

要實現這些雄心勃勃的里程碑，需要政策制定者，行業和投資者采取協調一致的方法。 如果沒有出現這種合作水平并且現行政策仍然存在，氫氣的部署水平將會大大降低，脫碳目標仍將無法滿足。 該報告描述了這種開發，即一切照舊（BAU）場景。 在這種情況下，2050年的氫需求量僅為780 TWh左右（雄心勃勃的情景為2,250 TWh）。到2050年，使用氫氣將減少約100 Mt二氧化碳，與2度情景相比，差距約為960萬噸。

鋼鐵、重型運輸和建筑等行業的深度脫碳將不會發生，這使得2度脫碳方案遙不可及。在運輸領域，燃料電池汽車的部署可能會完全失敗，尤其是在動力不足的情況下，燃料電池汽車和加氫站（HRS）將成為利基解決方案，決策者和行業對其進一步發展的資金不足。由于歐盟工業缺乏強大的國內市場，也不會大規模發展其氫能工業，因此在國際上它很可能仍然缺乏競爭力。即使發展不動搖，但跟蹤我們的BAU情景，我們估計收入仍將比雄心勃勃的情景低約80%，到2050年，與氫和燃料電池相關的就業崗位將減少約440萬。

立即行動：監管者、行業和投資者必須共同啟動歐盟的氫氣路線圖

實現氫路線圖的顯著好處是需要大量但可實現的投資。在向2030年擴大工業規模的過程中，在理想的情況下，整個歐盟每年的投資約為80億歐元。這相當于德國支付的可再生能源上網電價（fits）的三分之一，不到國際能源署（IEA）預計歐洲能源轉型投資的十分之一，也不到歐洲能源和汽車資產年度總投資的5%。

為所需的基礎設施提供資金也是可能的：要達到一個數量級，每升汽油和柴油征收1%的3年稅，將很容易為整個歐盟范圍內的基本氫燃料補充基礎設施的建設提供資金，到2030年為止，這項基礎設施的建設將耗資約80億歐元。通過智能規劃和行業參與，這一必要的初始融資可能會進一步減少。此外，還需要充分的市場吸收政策框架，以促進和加速對不同價值鏈的投資。

歐盟擁有幾項資產，使其特別適合領導氫和燃料電池技術。首先，它在氫和燃料電池價值鏈上擁有世界級的參與者，可以推動氫解決方案的開發和部署。第二，它在氫能方面擁有強大的研究機構，并在歐盟、國家和區域各級支持研究、開發和部署（研發）。第三，歐盟致力于實現環境目標，如增加可再生能源、減少碳排放和減少地方排放，其公民的環境意識和意識很高。第四，它擁有廣泛的天然氣網絡，可以依靠它來實現家庭和工業的脫碳。為了開始部署，我們提出了分段的戰略優先順序。對于每一部分，我們考慮預期的商業化時間表、商業化的確定性以及對碳排放的影響。從這一邏輯中，我們得出了幾點不無遺憾的舉措——無論什么都需要發展的細分市場；大機遇——那些可能產生巨大影響但應該消除風險的細分市場；以及選擇——那些可能變得有吸引力但有風險的細分市場。根據這一優先順序，我們得出一組行動，總結如下：

總體建議

1、監管者和工業界應共同為所有部門和子行業制定明確、長期、現實和整體的脫碳途徑。這類路徑除了為終端應用設定目標（例如，車輛排放目標或建筑脫碳目標），還應考慮能源生產和配電所需的基礎設施。它們還應為該行業提供可靠的長期指導，以開放對產品開發和基礎設施的投資。

2、歐洲工業應投資氫和燃料電池技術，以保持競爭力，并抓住新機遇。應從長遠的角度看待氫和脫碳，并需要橫向和縱向合作來克服困難。同樣，行業應與監管機構密切合作，在歐盟內部建立強大的國內市場和價值鏈。還應與亞洲（如中國、日本、韓國）快速增長的氫和燃料電池市場參與者開展產業合作，以規避市場風險。

跨四個部門啟動部署

3、監管機構和天然氣公司應該開始對天然氣網絡脫碳。作為強制機制，它們可以使用天然氣網絡中可再生能源占比的約束目標或其他工具，如差價合約（CFD）、上網電價（FITS）或超低碳氫投資支持（如沼氣）。這樣的政策幾乎沒有什么重大障礙：以適度的濃度混合氫氣與當前的基礎設施和設備兼容，不會大幅提高天然氣價格，還可降低碳排放，也不會產生二氧化碳泄漏的風險。然而，有必要對有關氫與天然氣網絡混合的法規進行現代化和協調，目前各成員國的法規有所不同。

4、在電力系統中，監管機構應鼓勵電解制氫以平衡電網供需，例如，免除電解制氫的電網費用，并確保在市場上有競爭力地獲得可再生能源。與在常規電力市場使用配合類似，可以使用諸如柔性制氫等綠色替代品取代二氧化碳排放平衡（例如，燃氣輪機提供的旋轉儲備）的機制平衡電力市場。監管者和工業界應在歐洲啟動一個分布式電力-天然氣市場，以大幅降低生產成本，同時建立一個部門耦合機制，通過穩定價格和應對季節性失衡，為電力系統帶來好處。這也有助于提高可再生能源在電力系統的比例。從中長期來看，利益相關者應制定季節性和長期儲能框架。

5、在運輸方面，監管機構應通過制定清晰可信的路線圖、制定零排放機動化政策以及相應的資金和保障機制來解決雞蛋問題，以解決氫燃料補給基礎設施的投資問題。這種在整個歐盟范圍內實現基本覆蓋的路線圖能夠為汽車企業及其供應商帶來信心，以擴大FCEV的生產，從而顯著降低成本并擴大消費者的選擇。它還可以使HRS的制造工業化，從而降低泵的氫成本。

在開發加油基礎設施的同時，工業應該投資于產品開發，并在最適合該技術的領域廣泛部署：卡車，公共汽車，貨車和大型乘用車。相關行業應跨越傳統行業壁壘進行合作，提供解決方案、捆綁基礎設施、設備和維護。監管機構應通過提供激勵措施來鼓勵此類投資，例如公共采購FCEV公交車，實施燃料電池卡車，長途汽車和出租車運營商規章，以及對FCEV駕駛者進行非貨幣獎勵。

6、在工業領域，利益相關者應推動從灰色氫向低碳氫的轉變，并進一步用新的氫替代化石燃料。監管者應確保無碳氫產量計入可再生目標（例如，可再生能源第二號導則中規定的用于精煉的目標），并在所有主要氫用途（例如，在氨生產中）設定低碳目標。這樣的過渡將促成氫氣生產技術在規模和成本方面的顯著變化，使氫解決方案不僅對工業更具吸引力，而且對其他行業更具吸引力。

建設超低碳制氫供應體系

7、為了大規模生產超低碳氫，企業應將電解操作擴大到商業水平，并證明CCS在未來十年內可以大規模生產極低碳強度的氫。上述天燃氣網無碳氫目標或cfds/fits（見建議3）將激勵電解行業產生所需投資。從電解中集中生產氫氣和為電網提供穩定性的分散式解決方案都應得到充分的激勵。原產地保證（gos），如來自certifHy項目的保證，應被法規和國家政策制定者使用和接受。對于采用CCS技術的SMR，利益相關者應考慮支持行業規模的示范項目，然后制定未來部署的路線圖。

支持和啟用額外的氫應用

8、行業和監管利益相關者應繼續開發更多的氫和燃料電池應用，并計劃擴大已成功證明的應用。例如，最近氫氣列車的成功應該是歐洲范圍內替代柴油列車的開始。在航運方面，除國際海事組織的海運目標外，監管機構還應制定港口、河流和湖泊的脫碳目標，并支持氫燃料加注能力的推廣。推進微熱電聯供（MCHPS）和熱電聯產（CHPS）在住宅和商業物業中的應用，應提高建筑的能源效率，充分利用氫氣和天然氣。