环境和自然资源计划使命氢加速向低碳经济转型尼古拉·德布拉西奥编辑作者Nicola De Blasio Fridolin Pflugmann Henry Lee华夏亚历杭德罗·努涅斯-希门尼斯 菲比·法伦报告1 0 月 2 0 日 2 1 环境和自然资源计划贝尔弗科学与国际事务中心哈佛肯尼迪学院肯尼迪街79号马萨诸塞州剑桥 02138本报告中表达的陈述和观点仅代表作者本人，并不意味着哈佛大学、哈佛肯尼迪学院、贝尔弗科学与国际事务中心、国际政治研究所、T20 或 G20 的认可.版权所有 2021，哈佛大学校长和研究员 报告1 0 月 2 0 日 2 1环境和自然资源计划使命氢加速向低碳经济转型尼古拉·德布拉西奥编辑作者Nicola De Blasio Fridolin Pflugmann Henry Lee华夏亚历杭德罗·努涅斯-希门尼斯 菲比·法伦 关于该计划环境和自然资源计划的任务是在区域、国家、国际和全球层面开展与政策相关的研究，并通过其外展计划向决策者、学者和感兴趣的公民提供其产品。在过去的 30 年里，环境政策发生了巨大的变化。今天，它是能源政策、经济发展和安全的一个组成部分。安全不仅意味着防止军事侵略，还意味着维持充足的食物和水供应，以及保护公众健康。这些问题不能从一门学科或从一个问题或一个国家的角度来解决。未来的世界将需要跨越学科和地域界限的多种需求和价值观的整合。更多信息，请访问 belfercenter.org/ENRP致谢“氢任务”是全球能源技术创新 (GETI) 计划——贝尔弗中心环境与自然资源项目和科学、技术和公共政策项目的一个项目——与意大利国际政治研究所（ ISPI) 在意大利 2021 年 G20 背景下关于氢的未来。作者要感谢 Minoru Aizawa、Alessandro Gili、John Holdren、Silvio Micali、Ernie Moniz、Shigeru (Sam) Muraki、Venky Narayanamurti、Masakazu Toyoda 和 Raffaella Turatto（按字母顺序排列），感谢他们坚定不移的支持和坚定的友谊.感谢阿曼达·萨多尼斯 (Amanda Sardonis) 成为一盏明灯。编辑还要感谢他的合著者和整个研究团队的不懈努力热情、决心和想象力——用 Enrico Mattei 的话来说：“未来属于那些能想象的人！”ii使命氢 感谢 Paolo Magri 和 ISPI 的所有“grandissimo grazie”，感谢他们帮助使氢使命成为现实并热烈欢迎我。我对外交和国际合作部深表感谢。感谢总领事 Federica Sereni 和波士顿的优秀团队（加上 Maria）成为我的家外之家。最后但并非最不重要的一点，感谢 Sharon Wilke 始终让我们关注新闻。关于作者/编辑Nicola De Blasio 博士是领导贝尔弗中心能源技术创新和低碳经济转型研究的高级研究员。 De Blasio 博士在能源领域拥有超过 25 年的全球经验，是应对战略发展和技术创新挑战以实现可持续商业成功的专家，规模。再加上他对机构发展和创新活动对商业战略其他方面的影响的洞察力，例如环境、社会、运营、地缘政治和政府因素。 De Blasio 博士在 Eni 工作了 18 年，Eni 是世界领先的能源公司之一，最近担任副总裁兼研发国际发展负责人。在加入哈佛大学之前，De Blasio 博士是哥伦比亚大学 SIPA 学院的高级研究学者和全球能源政策中心的技术与创新项目总监，他还担任战略合作伙伴关系总监。博士。De Blasio 拥有米兰大学理工学院的化学工程学位，其论文是工业催化。他先后在苏格兰圣安德鲁斯大学和埃尼企业大学攻读能源经济学。他是《创新价值》一书的作者，并在能源、创新、项目评估和催化方面发表了大量文章和演讲。贝尔弗科学与国际事务中心|哈佛肯尼迪学院三 目录1.2.3.4.5.处于十字路口的欧盟：释放可再生氢的潜力 206.7.8.9.参考文献 41贝尔弗科学与国际事务中心|哈佛肯尼迪学校v 1 照片由 Shizuo Kambayashi/AP 拍摄 1贝尔弗科学与国际事务中心|哈佛肯尼迪学院执行摘要为了加快全球向低碳经济的转型，所有能源系统都必须积极脱碳。几十年来，氢一直是能源和化工行业的主要原料，而清洁氢（定义为用零碳电力电解水生产的氢）作为未来碳排放中的多功能和可持续能源载体，已获得越来越多的政治和商业动力。自由能源拼图。但充分利用这一潜力需要公共和私营部门之间的协调努力，重点是扩展技术、降低成本、部署支持性基础设施以及确定适当的政策和市场结构。只有这样，我们才能避免重复过去整个系统的低效率已经成为部署新能源基础设施的区域方法的特征。主要发现包括：•清洁氢可以在加速向低碳经济转型方面发挥重要作用，特别是对于难以减排的行业，并为实现国家和国际气候和污染目标同时避免依赖进口燃料提供了途径。•大规模采用和使用清洁氢的两个关键挑战是其成本和有限的基础设施可用性。公众对安全的担忧也可能给部署带来额外的挑战。•从市场角度来看，清洁氢与天然气一样，最初将在区域市场蓬勃发展，并有相应的地缘政治冲突潜力。 2使命氢•一个国家在清洁氢市场中的作用不仅取决于其以具有成本竞争力的方式大规模生产和分配可再生氢的能力，还取决于其政策选择。各国可能在未来的清洁氢市场中扮演特定的角色，可分为五类：出口冠军、水资源受限的生产商、主要进口商、自给自足的生产商或区域出口商，以及基础设施受限的生产商。例如，我们对中国的分析（第 4 部分）表明，在氢能社会取得成果之前，北京还有很长的路要走，但如果该国要复制它在其他清洁技术（如太阳能光伏）方面取得的成功中国可以显着降低生产成本并加速全球采用，同时成为可再生氢超级大国。•清洁氢可以帮助解决可再生能源的间歇性和限电问题，并为国内和出口市场开发清洁技术制成品开辟新途径，从而提供大量额外收益对地方经济。•在交通领域，氢可以补充现有的公路和铁路运输电气化工作，特别是在长途和重型部门，并为航运和航空的脱碳提供可扩展的选择。•区块链可以极大地加速向低碳经济的过渡，因为脱碳的技术和政策途径将需要依赖于准确测量和记录全球市场上的排放量和绿色分子的过程，其特点是透明度有限、标准不一、监管制度不同，以及信任问题。应对这些挑战需要管理大量的多方交易，这些交易需要快速、安全且廉价地进行结算。区块链可以极大地帮助这些过程。 3贝尔弗科学与国际事务中心|哈佛肯尼迪学院基于这些发现，我们建议采取以下措施：•G20 应成立一个“技术 20”官方参与小组，汇集来自整个价值链的私营和公共部门的全球领先利益相关者，以服务作为技术沙箱并提供技术和政策建议以加快创新周期。氢的案例凸显了采用新的清洁技术如何为加速向低碳经济转型提供独特的机会。尽管如此，大规模部署仍面临着私营部门和公共部门都无法单独解决的重大挑战。•寻求清洁氢能的政府应增加对创新的投资，召集整个价值链的利益相关者，并在应对先发风险、战略障碍和机遇方面促进合作。•希望大规模采用清洁氢的国家和地区现在应该优先进行详细的分析和规划，因为今天做出的政策选择的影响将在未来几十年感受到。正如我们的研究所强调的那样，各国需要从地缘政治和市场的角度仔细考虑它们在未来清洁氢市场中的作用。确定基础设施瓶颈并解决特定市场和应用程序中的资金缺口也至关重要。例如，建立管道网络为尚未安装氢燃料炉和供暖系统的房主输送氢气在经济上将是灾难性的。因此，使基础设施投资与供需增长同步至关重要，但也具有挑战性。•解决清洁氢和化石氢之间的价格差距将需要积极的政策干预。此类政策可能包括激励清洁氢的价值和使用的措施，例如实施清洁氢标准和碳定价。 4使命氢•利益相关者必须因投资生产无碳氢所需的当前溢价而获得适当的认可。这将需要齐心协力，为稳健的区块链平台确定设计原则、最佳实践和标准，以在关键利益相关者之间达成共识（包括强制要求清洁区块链），并教育利益相关者了解区块链技术及其价值主张。•国家和地区应实施市场调整政策以及生产和安全标准，以加快清洁氢的采用并促进跨国贸易。清洁氢为加速全球向低碳经济转型提供了独特的机会，但大规模部署面临着重大挑战。我们相信，只有对潜在动态有更深入的了解，决策者、投资者和其他利益相关者才能更好地应对低碳经济的挑战和机遇，而不会陷入过去的陷阱和低效率。利益相关者需要彻底评估清洁氢的经济、环境和地缘政治影响，制定解决这些问题的战略，并制定长期实施计划——现在就必须这样做。 5贝尔弗科学与国际事务中心|哈佛肯尼迪学院1.介绍氢能和能源有着悠久的历史。尽管过去的错误开始，氢正在捕获前所未有的政治和商业作为一种多功能、可持续的能源载体，可以作为全球脱碳努力中的“缺失环节”。通过称为水电解的过程从可再生能源和核能等零碳能源生产的清洁氢气似乎更有可能在全球向低碳经济过渡中发挥重要作用。虽然能源转型的途径在电力部门是可见的，但所有其他碳排放部门也必须找到大幅减少排放的方法。随着政府和企业越来越他们致力于应对气候变化，更加重视所有能源密集型行业的深度脱碳；特别在电力不是首选能源载体且排放“难以减少”的行业。例子包括钢铁生产、高温工业供热、航空、航运、长途公路运输和建筑物供暖；所需的双重转型——在电力生产脱碳的同时，将电力作为首选的能源输送系统——可能无法奏效。由于其多功能性，氢可以发挥这一作用，并作为排放部门之间的“纽带”。需要注意的是，要获得清洁氢的全部环境效益，必须从零碳来源生产氢。虽然氢气在其使用点作为燃料燃烧干净，但由化石燃料产生的氢气只是将排放物从一个地点转移到另一个地点。同时，大规模采用清洁氢将取决于不仅仅是它的环境效益；还必须解决经济、政策、技术和安全因素。两个关键因素将决定氢的全球增长率：生产成本的竞争力和大规模部署支持性基础设施。 6使命氢今天，绿色氢（通过水电解由可再生电力产生）的成本是化石燃料产生的氢的两到三倍；然而，创新、规模经济和碳定价政策可以提高其经济可行性。氢的主要优势之一是它可以在多个部门提供无碳能源——运输、供暖、工业和发电。但这种优势也带来了不确定性。氢主要用作运输燃料的经济体所需的基础设施与其主要价值是作为加热燃料的经济体有很大不同。目前不存在主要的氢气管道网络，也没有液化氢气船投入商业运营。这是一个真正的鸡和蛋问题。如果没有运输氢气的基础设施，供需投资是否会以实现国家脱碳目标所需的速度进行？这一挑战提出了一个更紧迫的问题：公共部门和私营部门在大规模部署支持性基础设施方面应各自发挥什么作用？清洁氢气可用于固定和移动应用。作为一种易于调度的能量储存方式，氢可以帮助解决与扩大可再生能源容量相关的日益严重的间歇性和限电挑战。它可以作为固定系统的燃料，用于建筑物、备用电源、分布式发电或高温工业热。在移动应用中，氢可以成为可持续交通必不可少的能源载体。无论是为氢燃料汽车、卡车和火车等燃料电池电动汽车提供动力，还是作为船舶和飞机合成燃料的原料，氢都可以补充正在进行的公路和铁路运输电气化工作，并为航运和航空脱碳提供可扩展的选择部门。 7贝尔弗科学与国际事务中心|哈佛肯尼迪学院由于清洁氢有可能成为无碳能源难题的重要组成部分，因此探索其地缘政治影响也很重要，因为它使政策制定者能够驾驭新能源世界。需要考虑的关键变量是技术、基础设施、环境、金融、全球市场和地缘政治。专注于可再生氢，我们在第 3 节中描述的工作开发了一种方法来构建这些变量解决了它们带来的挑战以及它们带来的潜在机遇。如果氢能被大规模采用，未来的市场动态可能类似于今天的区域天然气市场——为类似的地缘政治动态创造潜力。事实上，各国可能会根据其资源禀赋和基础设施潜力在未来的可再生氢系统中扮演特定角色。因此，欧洲和东南亚资源匮乏国家的未来地缘政治现实可能与目前的现实非常相似，因为能源进口依赖可能会继续。我们也可能见证新的出口冠军的出现，例如澳大利亚和北非。可再生氢如何重塑全球能源市场结构的一般原则是什么？这种变化可能会导致哪些地缘政治后果？对这些新