日本是最重視氫能利用的國(guó)家，提出要在全球率先實(shí)現(xiàn)“氫社會(huì)”，以擺脫能源困境，確保能源安全。繼2017年12月出臺(tái)《氫能基本戰(zhàn)略》后，日本政府又于2019年3月公布《氫能利用進(jìn)度表》，旨在明確至2030年日本應(yīng)用氫能的關(guān)鍵目標(biāo)。主要包括：到2025年，使氫燃料電池汽車價(jià)格降至與混合動(dòng)力汽車持平;到2030年，建成900座加氫站，實(shí)現(xiàn)氫能發(fā)電商業(yè)化，并持續(xù)降低氫氣供應(yīng)成本，使其不高于傳統(tǒng)能源。

 

自使用化石能源以來(lái)，能源資源幾乎為零的日本始終處于極其被動(dòng)的境地，氫能產(chǎn)業(yè)的美好前景使日本看到了根本擺脫這一困境的曙光，甚至期待未來(lái)能占據(jù)該產(chǎn)業(yè)鏈頂端，成為能源出口國(guó)。2017年12月，日本發(fā)布《氫能基本戰(zhàn)略》，提出率先在全球?qū)崿F(xiàn)“氫社會(huì)”。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，2019年3月，日本政府匯總并公布了旨在活用氫能的進(jìn)度表，旨在為普及氫能應(yīng)用提供助力。該進(jìn)度表主要從氫能應(yīng)用、氫能供應(yīng)和全球化氫能社會(huì)三大維度展開。

 

(一)氫能應(yīng)用

 

目標(biāo)：到2025年，全面普及氫能交通，并進(jìn)一步擴(kuò)大氫能在發(fā)電、工業(yè)和家庭中的應(yīng)用。

 

首先，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域：

 

(1)氫燃料電池汽車。日本交通運(yùn)輸行業(yè)的二氧化碳排放量約占全國(guó)總排放量的20%，其中汽車(轎車、貨車等)占85%。因此，要降低交通運(yùn)輸行業(yè)的二氧化碳排放量，就要降低從轎車到卡車、公共汽車等大型汽車的二氧化碳排放量。較之蓄電池，氫能的單位重量及單位體積的能量密度較大，因此在大型或遠(yuǎn)距離運(yùn)輸時(shí)，氫燃料電池汽車比純電動(dòng)汽車更具優(yōu)勢(shì)。為此，日本提出：

 

在氫燃料電池轎車方面，到2025年其年產(chǎn)量應(yīng)達(dá)到20萬(wàn)臺(tái)，到2030年應(yīng)達(dá)到80萬(wàn)臺(tái)。要縮小氫燃料電車轎車與混合動(dòng)力轎車的價(jià)格差，到2025年使二者價(jià)格相當(dāng)。要降低氫燃料電池轎車主要要素的成本，到2025年使氫燃料電池系統(tǒng)的價(jià)格由目前的2萬(wàn)日元/千瓦降至0.5萬(wàn)日元/千瓦(當(dāng)前日元對(duì)人民幣匯率：1日元約合0.06元人民幣)，使儲(chǔ)氫系統(tǒng)的價(jià)格由目前的70萬(wàn)日元降至30萬(wàn)日元。

 

在氫燃料電池公共汽車方面，計(jì)劃2020年達(dá)到100臺(tái)，2030年達(dá)到1200臺(tái)。另外，2020—2025年間要實(shí)現(xiàn)氫燃料電池公交車價(jià)格減半，由目前的1.05億日元降至5250萬(wàn)日元，到2030年要開發(fā)出氫燃料電池?zé)o人駕駛公交車。

 

在氫燃料電池卡車方面，日本廠商已著手開展小型卡車實(shí)證研究。對(duì)于大型卡車，要進(jìn)行近距離(200公里左右，高壓氣罐)、遠(yuǎn)距離(500公里左右，液氫罐)運(yùn)輸相關(guān)氫燃料電池技術(shù)開發(fā)，并于2020年制定具體方案。

 

(2)加氫站。加氫站是普及氫燃料電池汽車的重要一環(huán)。日本自2013年起著手完善商用加氫站，并于2018年成立了日本加氫站網(wǎng)絡(luò)公司(JHyM)。截至2018年底，日本共設(shè)立了100座商用加氫站。到2025年，日本計(jì)劃設(shè)立320座加氫站，到2030年進(jìn)一步增至900座。2025—2030年間還計(jì)劃設(shè)立無(wú)人運(yùn)營(yíng)加氫站。另外，到2025年，加氫站建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用應(yīng)大幅下降，其中建設(shè)費(fèi)應(yīng)由目前的3.5億日元降至2億日元，運(yùn)行費(fèi)應(yīng)由目前的3400萬(wàn)日元/年降至1500萬(wàn)日元/年;相關(guān)設(shè)備成本也應(yīng)大幅下降，其中氫壓縮機(jī)應(yīng)由目前的0.9億日元降至0.5億日元，蓄壓器應(yīng)由目前的0.5億日元降至0.1億日元。

 

其次，在電力領(lǐng)域：

 

日本電力行業(yè)的二氧化碳排放量占全國(guó)總排放量的40%，未來(lái)要轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥稍偕茉礊橹髁﹄娫吹哪茉聪到y(tǒng)。除天然氣等火力發(fā)電方式外，利用氫能發(fā)電的成本較低，二氧化碳排放量較低，是一種極具潛力的清潔能源。日本計(jì)劃到2030年實(shí)現(xiàn)氫能發(fā)電的商業(yè)化。

 

其中，氫燃料電池發(fā)電技術(shù)是氫能發(fā)電領(lǐng)域最重要的技術(shù)之一，具有發(fā)電效率高、體積小、余熱可有效利用等優(yōu)點(diǎn)。氫燃料電池發(fā)電是小規(guī)模分布式發(fā)電，不僅可實(shí)現(xiàn)與大型火力發(fā)電廠同等水平的發(fā)電效率，還不需要大規(guī)模投資。

 

在商業(yè)和工業(yè)用氫燃料電池發(fā)電領(lǐng)域，2017年日本廠商已正式將固體氧化物型氫燃料電池(SOFC)投入市場(chǎng)。到2025年，結(jié)合余熱利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)平價(jià)(是指一種電力技術(shù)使其發(fā)電成本與現(xiàn)有電力成本持平的能力)。其中，低壓發(fā)電的設(shè)備資本性支出應(yīng)降至50萬(wàn)日元/千瓦，發(fā)電成本應(yīng)降至25日元/千瓦時(shí);高壓發(fā)電的設(shè)備資本性支出應(yīng)降至30萬(wàn)日元/千瓦，發(fā)電成本應(yīng)降至17日元/千瓦時(shí)。另外，還要提高固體燃料電池的發(fā)電效率和耐久性。到2025年，發(fā)電效率要超過(guò)55%，未來(lái)則要超過(guò)65%，耐久性則要由目前的9萬(wàn)小時(shí)增至2025年的13萬(wàn)小時(shí)。

 

在家用氫燃料電池發(fā)電領(lǐng)域，早在2009年日本就已將家用燃料電池裝置投入市場(chǎng)，領(lǐng)先世界。截至2019年1月底，已普及27.4萬(wàn)臺(tái)。到2030年，日本則計(jì)劃達(dá)到530萬(wàn)臺(tái)。同時(shí)，到2020年要將固體高分子型氫燃料電池(PEFC)價(jià)格降至80萬(wàn)日元，將固體氧化物型氫燃料電池(SOFC)價(jià)格降至100萬(wàn)日元。

 

第三，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域：

 

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，氫氣經(jīng)常作為副產(chǎn)物生成，這些副產(chǎn)物可以回收后作為原料使用，該方法有望在未來(lái)的氫能供應(yīng)鏈中成為氫能供應(yīng)來(lái)源。另外，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中利用氫能能夠減少二氧化碳排放。因此，未來(lái)日本將從供應(yīng)氫能和利用氫能兩大維度出發(fā)，研究工業(yè)生產(chǎn)使用氫能對(duì)二氧化碳減排的重要影響，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中不排放二氧化碳的氫能應(yīng)用及供應(yīng)潛力開展調(diào)查。

 

(二)氫能供應(yīng)

 

目標(biāo)：加快研發(fā)，以技術(shù)迎接未來(lái)氫能社會(huì)。具體為：到2030年，使氫氣價(jià)格降至30日元/標(biāo)方，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步降至20日元/標(biāo)方，確保其價(jià)格不高于傳統(tǒng)能源。

 

當(dāng)前，氫氣制備主要通過(guò)兩種方式：一是通過(guò)煤、天然氣等化石能源制氫(如煤氣化制氫);二是通過(guò)風(fēng)能、太陽(yáng)能(2.940, -0.10, -3.29%)等可再生能源電力制氫(如水電解制氫)。

 

在化石能源制氫方面，為到2030年使氫氣供給成本降至30日元/標(biāo)方，基于日本與澳大利亞合作的褐煤制氫項(xiàng)目，日本計(jì)劃2020—2025年間實(shí)現(xiàn)以下基礎(chǔ)技術(shù)目標(biāo)：在制造環(huán)節(jié)，降低褐煤氣化的制氫成本，由數(shù)百日元/標(biāo)方降至12日元/標(biāo)方;在存儲(chǔ)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)，提高氫氣液化效率，由13.6千瓦時(shí)/千克降至6千瓦時(shí)/千克，增大液氫罐容積，由數(shù)千日元/立方米降至5萬(wàn)日元/立方米;在碳捕集與封存環(huán)節(jié)，降低二氧化碳分離回收相關(guān)技術(shù)成本，由4200日元/噸降至2000日元/噸。

 

在可再生能源制氫方面，日本相關(guān)技術(shù)要達(dá)到世界最高水準(zhǔn)。其中，到2030年，水電解制氫裝置成本要由目前的20萬(wàn)日元/千瓦降至5萬(wàn)日元/千瓦，耗能量要由目前的5千瓦時(shí)/標(biāo)方降至4.3千瓦時(shí)/標(biāo)方。另外，還要開發(fā)新技術(shù)，提高水電解裝置的效率及耐久性，并以福島氫能源研究站為示范區(qū)進(jìn)行實(shí)證。

 

(三)全球化氫能社會(huì)

 

目標(biāo)：以日本為主導(dǎo)開展國(guó)際合作，實(shí)現(xiàn)全球化氫能社會(huì)。

 

日本《氫能基本戰(zhàn)略》中就將“國(guó)際化”設(shè)為重要舉措之一，提出日本要構(gòu)建從氫氣制造到存儲(chǔ)、運(yùn)輸和利用的全供應(yīng)鏈技術(shù)，并將其打包推向全世界;在國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)和燃料電池伙伴計(jì)劃等政府層面的國(guó)際框架中，積極宣傳日本的措施;引領(lǐng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定。

 

為此，日本于2018年10月發(fā)布《東京宣言》，提出要協(xié)調(diào)各國(guó)的氫能發(fā)展舉措及標(biāo)準(zhǔn)制定;共享有關(guān)氫能安全性及供應(yīng)鏈的信息，推動(dòng)國(guó)際共同研發(fā);調(diào)查氫能應(yīng)用潛力，減少二氧化碳及其他污染物質(zhì)的排放;開展普及教育，推廣活動(dòng)，提高公眾對(duì)氫能的接受度。后續(xù)舉措將包括：比較美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)的氫能發(fā)展規(guī)劃及重點(diǎn)舉措;共享日本氫能供應(yīng)鏈實(shí)證成果，讓澳大利亞等資源豐富的國(guó)家參與其中;利用2020年日本將舉辦奧運(yùn)會(huì)、殘奧會(huì)，2025年將舉辦大阪世博會(huì)等契機(jī)，宣傳最先進(jìn)的氫能技術(shù);開展創(chuàng)新型技術(shù)研發(fā)。(文/吳善略 張麗娟，中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所，科技中國(guó))