美国能源部发布国家清洁氢能战略和路线图

6月5日，美国能源部（DOE）发布《国家清洁氢能战略和路线图》，提出了加速清洁氢能生产、加工、交付、存储和应用的综合发展框架。路线图指出，到2030年美国清洁氢产量将从当前几乎为零增至1000万吨/年，到2040年、2050年分别增至2000万吨/年和5000万吨/年。部署清洁氢能将使美国在2050年的碳排放量比2005年减少约10%。路线图提出了3个关键优先战略以确保清洁氢能的开发和应用。

一、关键优先战略

1、明确清洁氢能的战略性地位及高影响力用途。这将确保清洁氢能被用于价值最高的应用场景。在这些应用场景中，通常深度脱碳替代方案有限。具体包括工业部门（如化工、钢铁和炼油）、重型卡车和清洁电网的长期储能。长期机遇包括出口清洁氢或氢载体的潜力，以及为美国的盟友实现能源安全。

2、降低清洁氢能成本。美国能源部2021年推出的“氢能攻关计划”（Hydrogen Shot）将促进氢能技术创新和规模化发展，刺激私营部门投资，促进整个氢能供应链发展，并大幅降低清洁氢能成本。还将努力解决关键材料和供应链的脆弱性，并针对效率、耐用性和可回收性进行研究。加上对中游基础设施（存储、分配）的投资，不仅可以降低清洁氢的生产成本，还可以降低交付成本。

3、专注于区域氢能网络。投资和扩大区域清洁氢中心将确保在重点氢能用户附近进行大规模清洁氢生产，从而共享基础设施。此外，这些投资将推动实现大规模的氢能生产、分配和存储，以促进市场发展。如果实施得当，这些区域氢能网络将为当地提供公平、多样化和可持续的发展机遇。优先事项将包括减少环境影响、创造就业机会、确保长期承购合同，并快速启动国内制造业和私人投资。

二、关键绩效目标及指导原则

路线图明确了2022~2036年的分阶段关键绩效目标，涵盖制氢、基础设施及供应链、终端应用和支撑技术等领域，并提出了8个指导原则：通过战略性、高影响力的用途实现深度脱碳；促进创新和投资；促进清洁氢应用的多样性、公平性、包容性和无障碍性；推进能源与环境正义；增加优质工作机会；刺激国内制造业和供应链发展；实现清洁氢的经济性和多功能性；从整体层面规划氢能开发和部署。

1、制氢

2022~2023年：至少确定3个有望实现氢能攻关计划目标的途径；高温电解槽测试时间达到1万小时；至少确定3个生命周期碳排放评估方法；超过两份有条件的贷款计划协议。

2024~2028年：超过10个可再生能源、核能、配备碳捕集与封存（CCS）的化石燃料/废物制氢示范项目；到2026年电解制绿氢规模化成本达到2美元/千克；低温电解槽效率51千瓦时/千克，寿命8万小时，成本250美元/千瓦；高温电解槽效44千瓦时/千克，寿命6万小时，成本300美元/千瓦；20兆瓦核能用于电解制氢供热。

2029~2036年：到2030年美国通过多样化生产实现绿氢产量1000万吨/年；通过多样化生产实现绿氢成本1美元/千克；低温电解槽效率46千瓦时/千克，寿命8万小时，成本100美元/千瓦；高温电解槽保持或改进效率，寿命8万小时，成本200美元/千瓦。

2、基础设施及供应链

2022~2023年：重卡加氢速度10千克/分钟；与现行标准（2016年）相比，液氢加氢站占地面积减少40%；与2018年相比，氢能基础设施密封和金属耐久性提高50%；高压压缩机和低温泵流量400千克/小时；氢气流量计在20千克/分钟流量时精度优于5%。

2024~2028年：氢气液化效率7千瓦时/小时；高压储氢罐碳纤维成本比2020年减少50%；燃料电池膜电极组件中膜/离聚物材料回收率达到50%，铂族金属回收率超过95%；电解槽产能超过3吉瓦。

2029~2036年：氢气规模化供应成本4美元/千克（包括生产、输运和加氢站加氢环节）；燃料电池膜电极组件中膜/离聚物材料回收率达到70%，铂族金属回收率超过99%；超过3条经验证的减排途径，同时满足能源和环境正义。

3、终端应用及支撑技术

2022~2023年：重卡燃料电池成本170美元/千瓦（当前基准为200美元千瓦）；公交车燃料电池耐久性1.8万小时；超过1.5兆瓦燃料电池用于数据中心电源；1兆瓦规模的电解槽和船用燃料电池；15辆燃料电池卡车在贫困社区运营；超过1个集成氢能制氨示范项目。

2024~2028年：重卡燃料电池成本140美元/千瓦；与当前基准（2020年）相比减少50%的铂族金属用量；氢还原炼铁规模1吨/周，进而达到5000吨/天；纯氢燃气轮机NOX排放浓度9 ppm，选择性催化还原后排放浓度2 ppm；完成3个燃料电池超级重卡项目；在部落部署超过2个试点项目；4份社区福利协议；超过4个区域氢中心，多样化资源应用。

2029~2036年：在保持耐久性和性能的同时，重型卡车燃料电池成本达到80美元/千瓦；固定式燃料电池成本900美元/千瓦，耐久性4万小时；超过4个规模化的终端应用示范项目（如氢冶金、制氨、储氢）；超过1000万吨/年的清洁氢用于战略性市场，其规模与国家氢能战略目标一致。

三、近、中、长期行动时间表

路线图提出了近、中、长期行动时间表以及相应的支持行动，时间表如图1所示。

图1 美国清洁氢能战略和路线图近中长期行动时间表

四、清洁氢能的发展阶段

路线图指出，美国清洁氢能发展将经历3个应用阶段（称为“浪潮”，如图2）。

1、第一波浪潮。清洁氢在第一波浪潮中的应用将由现有市场启动，这类市场几乎没有清洁氢以外的脱碳路径，包括炼油厂、制氨厂、公交、长途重卡、物料搬运车、重型机械等。将大规模制氢与此类终端应用集中起来的工业集群有助于降低成本，并建立可在后续阶段用于其他市场的基础设施。

2、第二波浪潮。第二波浪潮涉及在行业承诺和政策支持下可提供不断增长的经济效益的应用，除了第一波中的应用之外，还包括区域渡轮、某些化学品、钢铁、储能及发电、航空等。

3、第三波浪潮。随着清洁制氢规模扩大、成本下降和基础设施普及，第三波应用将变得具有竞争力，包括备用电源和固定式电源、甲醇、集装箱船运、水泥、注入现有天然气网络等。

图2 美国氢能发展将经历的三波浪潮