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日本氢能战略的展望和课题──2050年实现碳中和的关键是电气化、氢化

本文为日本国际环境经济研究所理事、主席研究员,并且被任命为经济产业省氢与燃料电池战略委员会委员的竹内纯子对日本氢能战略的展望和课题进行了重新整理,并且对于2050年实现碳中和的个人见解。

2020年12月,日本经济产业省发布了《2050年碳中和绿色增长战略》。虽然该战略因涉及各方利益、无具体性,收到各种批评,但是笔者(文中均指竹内纯子)认为值得称赞的是,面对30年后实现碳中和这一巨大挑战,需要组合和发展所有相关技术,而该战略中明确提出将电力部门的脱碳化和非电力部门(部分燃料和原料,实际上是需求侧的对策)的“电气化、氢化”作为脱碳化的战略支柱。

特别重要的是,该战略强调了需求对策的重要性。鉴于此前的能源政策均偏向于供给对策,因此可以说该战略是一个重大的政策转换。笔者认为,供给侧和需求侧的对策就像是车的两个轮子,而此前对需求侧的讨论很少,因此笔者对于这种改变表示欢迎。

但今后必须要细分实现此战略的对策。笔者目前被任命为经济产业省氢与燃料电池战略委员会的委员,该委员会对氢能技术的相关企业进行了广泛的采访,包括其技术前景、成本预测、所需要的政策措施,并加快讨论,以期制定下一个能源基本计划以及修订氢基本战略。目前已有关于此战略的中期报告,在此,笔者对日本氢能战略的展望和课题进行了重新整理。

氢能技术对于日本的意义

在2020年12月25日日本政府发布的政府成长战略会议资料中,氢被描述为“广泛应用于发电、工业、运输等领域的碳中和关键技术”。大量的低碳化理论是指要同时全面推进需求侧的电气化和电力的低碳化。笔者在2017年9月发表的《能源工业向2050年Utility3.0的变局》(日本经济新闻出版社)中表示,在针对2050年减排80%这一目标的估算中,如果在陆地运输、家庭和民生部门以及工业中将全部未满100℃的热量电气化,并利用低碳电力(包括大规模水力在内的可再生能源以及核能)供给该电力需求的65%,就可削减72%左右的CO2。但是,要实现2050年温室效应气体净零排放,必须使用氢作为火力发电的燃料,以提供难以电气化的高温热需求和调整力,同时必须使用氢代替作为石油化学工业和钢铁业等原材料的化石燃料。

另外,考虑到日本的可再生能源与其他国家相比成本高、且核发电的利用非常困难等因素,利用氢能的意义更大。期望在推进电气化和电力低碳化理论的同时,促进氢相关技术的开发和普及,并且通过在国际上普及日本企业多年一直致力于开发的氢相关技术,为日本的经济增长做出贡献。

现阶段,很多技术仍处于实证阶段,因此关于通过技术开发的推进预计能降低多少成本,目前还存在很多不确定性。但今后,所有的方案都会被逐一探讨。在2020年12月25日发布的《2050年碳中和绿色增长战略》注1)(以下简称“绿色增长战略”)中,提出了14个重点产业,当然氢能也包含其中。在下一章,笔者将对包括当前绿色增长战略在内的日本政府氢能战略中应该注意的课题进行梳理。

作为氢能的氨

在绿色增长战略的“能源相关产业”中,同时列出了“燃料氨产业”和“氢能产业”。虽然氨和氢是不同的物质,但氨是由氢合成的,因此笔者认为基本上应该看作一种能源。

氢是地球上最轻的元素,是密度较小的气体,因此在运输和使用时需要一种被称为“载体”的物质。而氨既可作为氢的载体,又可作为燃料直接使用,极具便利性。而且,由于氨是化学肥料等的原料,在国际上已建立有供应链。燃料氨作为氢的能源载体,其基础设施比液氢完善,不仅适用于过渡期,还可成为具有可持续性的有用技术。

但是,由于氨是具有剧毒性的有害物质(有毒有害物质控制法),因此关于其使用也存在反对意见。不过,氨具有起燃温度高、火势蔓延慢等特点,因此在美国并没有将氨归类为易燃或易爆物质注2)。氨具有强烈的臭味,但在安全性方面已经采取了充分的措施,笔者认为,在现有的多个氢载体中,氨在降低成本的前景和技术熟练度方面具有一定的优势,因此扩大其使用需求的可能性非常大。

表1 氢载体的特点

出自:日本经济产业省 氢与燃料电池战略委员会 中期总结

另外,在氢能产业中,列出了液氢的运输船,但氨气运输船的技术难度较小。关于氨,有卸货后热分解氨使之脱氢的技术,所以需要从运输的角度进行比较,选出合理性更高的方式。

此外,从⑦船舶产业(绿色增长战略中14个产业之一)中用于实现碳中和的相关产业来看,氨作为船用燃料也备受期待注3)。当然,和陆地运

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