美國能源部發布國家清潔氫能戰略和路線圖草案

近日，美國能源部（DOE）發布《國家清潔氫能戰略和路線圖（草案）》，指出到2050年清潔氫能將貢獻約10%的碳減排量，到2030、2040和2050年美國清潔氫需求將分別達到1000、2000和5000萬噸/年。該草案確定了美國清潔氫能價值鏈的近、中、長期行動，關鍵要點如下：

一、關鍵戰略方向

該路線圖草案優先考慮三個關鍵戰略方向，以確保清潔氫能作為有效的脫碳工具被開發和利用，并為美國帶來最大利益。包括：

1、明確清潔氫能的戰略性地位及高影響力用途。這將確保清潔氫能被用于價值最高的應用場景。在這些應用場景中，通常深度脫碳替代方案有限。具體包括工業部門、重型卡車和實現清潔電網的長期儲能。長期機遇包括出口清潔氫或氫載體的潛力，以及為美國的盟友實現能源安全。

2、降低清潔氫能成本。“氫能攻關計劃”已于2021年啟動，將促進氫能創新和規?；l展，刺激私營部門投資，促進整個氫能供應鏈發展，并大幅降低清潔氫能成本。還將努力解決關鍵材料和供應鏈的脆弱性，并針對效率、耐用性和可回收性進行設計。

3、專注于區域網絡建設。包括區域清潔氫能中心，以實現區域大規模清潔氫能生產和終端應用，建設關鍵基礎設施，推動規?；l展，促進市場騰飛。優先事項將包括短期影響，創造工作機會，以及快速啟動國內制造業和私人投資。

二、近、中、長期行動時間表

路線圖草案制定了清潔氫能的近、中、長期行動時間表，如圖1所示。

圖1 美國清潔氫能戰略和路線圖近中長期行動時間表

三、各階段支持行動

1、清潔制氫

近期（2022-2025年）：①從生命周期、可持續性、成本、區域和公平角度評估路徑，以優先考慮策略，確定差距；②建立清潔氫標準；③示范熱解制氫、廢物制氫、可再生能源制氫和核能制氫等清潔技術；④通過對制造工藝、電堆、輔助系統組件的研發、示范和部署，大規模降低電解槽成本；⑤通過模塊化設計和過程強化的研發、示范和部署，降低熱解制氫技術成本；⑥開發低成本、耐用的膜和分離材料；⑦促進組件標準化，減少對關鍵材料的依賴，并建立穩健的供應鏈；⑧設計并實施加速應力試驗技術以評估和改善耐久性；⑨發布關于路徑、排放和成本的個案研究；⑩為今后的部署制定嚴格的數據收集和監測框架。

中期（2026-2029年）：①實現電解制氫成本2美元/千克；②實現國內吉瓦級規模電解槽生產能力；③可最大限度地減少關鍵材料用量，同時實現性能和耐久性有競爭力的催化劑和組件；④優化電解槽和清潔能源供應之間的集成，以降低成本，提高效率和彈性；⑤提出目前實驗室規模下最有前景的制氫概念，如熱化學、光電化學或生物法制氫；⑥從真實環境的示范中收集數據，為研發、示范和部署提供信息，并持續改善性能和耐久性；⑦細化和更新路徑評估，以確保以最可持續、公平、彈性和可負擔的方法為目標；⑧通過分析經驗教訓、最佳做法和利益相關方反饋來確定擴大規模的途徑和好處。

長期（2030-2035年）：①大規模部署可再生能源制氫、核能制氫和化石能源結合CCS制氫；②到2030年，清潔氫產能至少達到1000萬噸/年；③不同來源的清潔氫成本達到1美元/千克；④示范可最大限度地減少關鍵材料使用，并達到目標性能和耐久性的電解電堆；⑤利用不同原料（如廢水或高溫熱）大規模生產氫的商業可行方法；⑥確保建設彈性和可持續的國內供應鏈，適用于所采用的所有制氫途徑，并能夠不依賴于進口；⑦從真實環境的部署中持續收集數據，為研發、示范和部署提供信息，確定差距并完善戰略；⑧應用最佳做法、經驗教訓和分析，包括通過全球合作和可持續性框架，確保提出最可持續、公平、彈性且經濟的辦法，以最大限度地發揮效益。

2、輸送和存儲基礎設施

近期（2022-2025年）：①開發和更新分析模型和工具，以評估輸送和存儲技術路徑、確定差距并確定策略的優先順序；②開發嚴格監測和減少氫泄漏和汽化損耗的技術；③評估管道和組件材料與氫氣和氫氣/天然氣混合物的相容性；④提出低成本、高效的氫液化和降低汽化損耗的新方法；⑤發現和開發用于大量存儲和分配的氫載體材料；⑥識別可用于大量儲氫的地質地層，以及相關的開發和運行要求；⑦開發和優化關鍵應用中的氫基礎設施設計，如工業和儲能；⑧制定和協調氫用于重型卡車和越野車輛的燃料協議；⑨加快研發、示范和部署，以降低高壓和液氫儲罐成本，包括碳纖維復合材料容器；⑩建立數據監測和收集框架，評估上游和現場排放。

中期（2026-2029年）：①驗證和改進分析模型和工具，以確定各種應用的輸送和存儲優先順序；②示范高效可靠的氫氣管道壓縮機運行；③量化氣氫和液氫基礎設施損耗，為大規模部署提供信息；④開發商業規模的新型高效氫氣液化系統設計；⑤提出有前景的氫載體系統概念，設計可靠、低成本的系統；⑥啟動區域大規模儲氫示范，包括地下儲氫，并確保當地利益；⑦示范新型、高效、低成本的大規模氫氣輸送方法；⑧部署可擴展的加氫站，以支持氫能交通早期市場，如重型卡車和公共汽車；⑨部署針對潛在的氫氣和其他排放/釋放的監測系統，確保數據收集；在關鍵地點設計可持續和公平的區域清潔氫能網絡，以最大限度地發揮效益，確保能源正義、環境的正義和公平。

長期（2030-2035年）：①與當地社區和利益相關方合作，設計針對區域供需優化的氫能基礎設施網絡，以最大限度地發揮效益，確保實現能源、環境和公平目標；②示范先進液化技術，比當前概念的效率提高一倍；③制定長期儲氫計劃/氫戰略儲備，以確保供應彈性；④部署至少4個擁有先進低成本清潔氫存儲和基礎設施的區域清潔氫能中心；⑤從實際環境中的氫分配示范（如通過管道或載體）收集數據，包括排放數據，為研發、示范和部署提供信息，從而降低成本并提高可靠性；⑥持續收集數據，為擴大最佳輸送和存儲技術部署以及研發、示范和部署提供信息；⑦確保在不同的利益相關方之間共享與氫能基礎設施相關的任何安全或其他最佳實踐，以實現持續改進；⑧通過氫能基礎設施的全球合作，為長期投資計劃和氫出口機會提供信息。

3、終端應用和市場采用

近期（2022-2025年）：①為清潔氫的生產、加工、輸運、存儲和終端應用的大規模部署奠定監管基礎；②開展跨領域工作（如核能、可再生能源、化石燃料、CCS、儲能），確定監管和政策差距，以及解決這些差距的關鍵戰略，以最大限度地減少影響；③制定氫氣管道和大型項目的最新指南，促進利益相關方參與并解決環境、能源和公平優先事項；④啟動難脫碳行業向清潔氫過渡，并確定可能擴大規模的具體場景（如氨、煉油廠、鋼鐵）；⑤推進有效的終端應用技術并擴大規模；⑥通過建模和改進數據采集，量化氫氣泄漏的氣候影響；⑦制定最佳做法和指南，以評估實際部署的清潔氫的生命周期排放，并為“原產地保證”和認證計劃提供信息。

中期（2026-2029年）：①使氫能技術相關的規范和標準能夠實現國際協調；②開發市場模式以加快部署進展，克服監管障礙，促進可再生能源電力用于電解槽；③通過公開訪問的平臺分享安全最佳做法以及從早期部署中汲取的經驗教訓；④部署至少兩個清潔氫能中心，示范氫在難脫碳行業（如工業和重型卡車）中的使用；⑤制定國家對氫摻混限制的指南；⑥供應清潔氫，使得到2030年利用生物質和廢物生產至少30億加侖的可持續航空燃料；⑦提高電解槽、燃料電池和氫價值鏈中其他部件的原料回收和循環利用的效率和成本效益，以使其能夠不賴依于進口。

長期（2030-2035年）：①開發市場模式監管指南，以實現清潔氫的出口；②利用從大規模部署中獲得的經驗教訓，確定未來增長的優先領域，重點是支持最有效、經濟、與氣候目標一致的整體方法，最大限度地改善公共健康安全和環境；③示范和量化氫能在改進未來清潔能源系統的彈性和避免中斷供應方面的益處；④到2030年示范用于發電的純氫燃料超低氮氧化物排放燃氣輪機和低鉑族金屬含量燃料電池；⑤啟動至少一個清潔氫能中心，示范氫在清潔電網儲能中的應用，并量化氫支持到2035年實現零碳電網的機會，包括區域因素。

4、使能因素、能源及環境正義

近期（2022-2025年）：①制定和實施廣泛和包容性的利益相關方參與框架，并收集反饋；②為團隊和組織以及聯邦資助的示范項目的地理/社區選址確定多樣性、公平性、包容性和其他關鍵優先事項的衡量標準；③推出工具和平臺，以促進伙伴關系、包容性和市場部署；④為工人制定再培訓計劃，使其能夠獲得近期和長期的高薪工作；⑤為學生制定招聘和職業計劃，并促進多樣性、公平性和包容性；⑥制定和實施可持續性框架以及環保最佳做法；⑦開發教育資源，以支持氫能中心社區推廣和參與戰略；⑧改進區域優先事項數據收集并確定應用，為清潔氫的部署提供參考。

中期（2026-2029年）：①完善和不斷改進利益相關方的參與和包容性，并應用所學到的經驗；②促進公私合作關系，以實現包容性并加速進展；③與氫能中心所在地區的弱勢社區制定和執行社區獲利協議；④部署氫能技術以減少未達標地區的排放，并為當地和弱勢社區提供彈性、工作和其他關鍵利益；⑤評估氫能技術對區域水供應和其他資源的影響；⑥進行環境和風險評估，總結經驗教訓，包括通過全球和區域協作；⑦與工會合作，發展和擴大氫能技術的注冊學徒計劃；⑧利用氫能安全中心和其他平臺，分享最佳做法和經驗教訓。

長期（2030-2035年）：①量化部署氫能的益處，并確定額外的政策或計劃優先事項，以加快進展；②在弱勢社區部署清潔氫能技術的制造設施；③評估區域清潔氫能中心的技術-社會-經濟影響；④開發和完善市場結構，以公平分配新技術的成本和收益；⑤確保將適應性、網絡、彈性和其他緩解方法納入擴大規模的戰略計劃；⑥更新和完善可持續性框架和最佳做法，為未來部署提供信息；⑦利用全球合作和倡議，最大限度地取得研發、示范和部署的成功，并確保清潔能源轉型公平。