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日本基本氫能策略 Basic Hydrogen Strategy
2023/06
The Ministerial Council on Renewable Energy, Hydrogen and Related Issues
https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/suiso_seisaku/pdf/20230606_5.pdf
2023年6月6日,日本再生能源暨氫能部長級會議(the Renewable Energy and Hydrogen Ministerial Meeting)六年來首次修訂「基本氫能策略」(the Basic Hydrogen Strategy)。為了在2050年實現碳中和,經權衡國內外局勢,更新後的氫能基本策略,擘畫出公私部門共識與願景,釐清挑戰和政策倡議,展現出日本積極實現氫能社會的國家願望。
日本希望透過對產業鏈的全面支援來拓展氫能市場,希冀生產成本能有效下修。2050年全球氫市場預計每年將產生2.5兆美元的收益、並創造3000萬個就業機會。再者審時度勢,有鑑於俄烏戰爭全球能源供需結構發生巨大變化,日本建立氫能供應鏈需要財源及海外合作盟友。時隔六年,此次基本氫能策略修訂,其目標除了持續深化日本國內市場,更應加強技術與供應方面的國際合作。

一、基本原則
修訂版再次確認,日本的氫能政策立基於S+3E(安全+能源保障、經濟效率和環境,safety + energy security, economic efficiency, and environment),以及透過綠色轉型(Green Transformation, GX)倡議實現脫碳。並在以成長為導向的碳定價願景下,政府計畫挹注高達20兆日圓的前期投資,以吸引公私部門參與GX相關投資,並在未來十年內實現150兆日圓或更多的投資總額。
(一)穩定供應以確保能源安全:制定長期穩定供氫策略,氫氣消耗量目標至2030年每年達300萬噸、2040年每年達1200萬噸(含氨)、2050年每年達2000萬噸。
(二)降低供應成本以提升氫氣利用率:氫氣供應成本目標至2030年每立方米降至30日圓及氨氣供應成本每立方米降至10日圓,2050年將氫氣發電成本每立方米降至20日圓。透過運用綠色創新基金(Green Innovation Fund)推動技術開發,依循基本策略動員各種措施刺激需求,並促進私部門投資等以期降低成本。
(三)向低碳氫化合物轉型以實現碳中和:依照國際探強度計算標準,制定低碳氫的碳強度標準(生產每公斤氫氣的排碳量低於3.4公斤),以及低碳氨的碳強度標準(由氫氣製氨,生產每公斤氨的排碳量低於0.84公斤)。

二、加速邁向氫能社會轉型策略
(一)擴大供應並創造需求:
1.供應端:建立國內氫氣生產基地,制定至2030年國內外電解槽產能新增15GW的目標(全球市場約134GW),並加強與氫和氨的生產國建立國際合作,建置國際供應鏈和物流樞紐計畫,提供保險機制降低企業投資風險,促進日本企業參與相關國家的氫氣生產、運輸和建廠,以確保能源安全。另一方面,建立監管措施激勵及加速推動CCUS商業化發展,目標至2030年碳儲存能力達至600~1200萬噸,以促進低碳氫化合物的應用,創造公平交易的市場環境。

2.需求端:結合國內外情勢,制定發電、燃料電池、熱能和原料應用的氫能需求策略。
(1)發電應用:開發氫及氨的混燒(30%以上的氫/50%以上的氨)和單燒之燃氣渦輪機,目標至2030年氫和氨的發電占比達1%,至2050年由混燒轉向單燒,達火力發電脫碳(使用氫、氨、其他脫碳燃料或CCUS技術)。
(2)燃料電池應用:促進燃料電池在交通運輸、家用發電、商業和工業發電的應用需求。
(3)熱能和原料應用:以氫和氨作為燃料,提供工業中長期中高溫熱能需求。此外,強化以氫做為鋼鐵業及化工業的原料應用,如推動直接氫還原煉鋼技術,目標至2050年將鋼鐵業生產系統由高爐煉鋼轉為電爐煉鋼;在化工業以捕獲的二氧化碳及綠氫為原料,並以氨為燃料生產各種化學品。

3.制定非化石能源過度的中長期計畫:制定策略及至2030年的碳強度標準,加速工業領域向潔淨氫能轉型。

4.制定氫化合物燃料的相關法規:協調國內外電子燃料相關的排碳標準,促進非化石燃料的研發及工業化,以降低燃料成本。

(二)建構具規模且完整的日本與國際氫能產業供應鏈:日本規劃至2030年供應低碳氫和氨,因此制定氫和氨生產、儲存等供應鏈長期補助與融資計畫,降低投資風險。另一方面,建立大規模應用所需的高效供應基礎設施(含儲能、管道),並促進產業聚落發展。

(三)中央與地方政府協作:強化中央與地方政府、地方政府與企業的合作,善用當地資源發展在地特色之供需模式,加速佈建基礎設施,促進氫能應用。

(四)開發創新技術:透過產官學合作,開發創新氫能生產、運輸、儲存和應用技術(如生產技術方面的高溫氣體反應爐、甲烷熱裂解和光催化氫能技術;運輸與儲存方面的儲氫和金、降低氫載體成本和氨裂解技術;應用方面的電子甲烷和合成燃料技術),並培育未來產業人才。

(五)國際合作:推動加氫站、電解水設備、燃料電池車、燃油效率、電子氨等國際共通標準制定,並在轉向國際氫能貿易的過渡期,降低液化天然氣合約的風險。此外,為促進氫能市場發展,一方面規劃多邊框架的行動計畫,致力推動全球氫與氨的應用與發展,另一方面加強公私合作,提高大眾對氫和氨的接受度。

三、強化氫能產業競爭力策略
氫能基本策略強調推動氫和氨應用的重要性,有以下五類域被指定為日本政府重點支持的核心策略領域:氫氣供應(氫氣生產、氫氣供應鏈開發)、脫碳發電、燃料電池、直接使用氫氣(脫碳鋼、脫碳化學品、氫燃料船舶)與氫衍生物的利用(燃料氨、碳回收產品)。
(一)氫氣供應
1.強化氫氣生產:以再生能源電解水製氫為生產氫氣的關鍵技術,日本將主要著重電解槽領域。政策強調集中支持日本企業擴大電解槽規模,降低電解槽設備和再生能源製氫成本,以及持續開發高溫蒸氣及陰離子交換膜等創新電解水技術。目標至2030年鹼性電解槽價格達52000日圓/kW、質子交換膜電解槽達65000日圓/kW。
2.建構供應鏈:2050年實現碳中和是全球共同的目標,長途且大規模的海上運輸將是未來發展趨勢,因此日本積極發展氫和氨的供應鏈。日本目前規劃液化氫、甲基環己烷(Methylcyclohexane, MCH)及氨作為氫運輸載體,如以液態氫提供高純度氫氣,直接作為工業應用(含燃料電池和運輸設備);MCH利於長期儲存且可直接利用現有基礎設施(如儲存槽和貨物裝卸設備);氨則可直接利用既有供應鏈,將積極開發高效氨裂解製氫技術及氨的直接應用(發電、工業燃燒、船舶)。未來將依各區域資源特色採用具效益的運輸技術,以滿足特定應用需求。

(二)發電脫碳
日本致力開發符合歐盟天然氣發電廠排碳標準(每度電排放量需低於270g 二氧化碳)的混燒(30%的氫)或單燒(100%的氫)之燃氣渦輪機設備,以氫能發電技術促進電力產業脫碳。

(三)燃料電池
日本擁有最多燃料電池專利,其研發位於全球領先地位。因此,日本推動以下主要策略:
1.燃料電池產業化:建立產業聚落,如港口、工業園區和城市,以降低燃料電池系統成本(含電池堆),並結合其他新興技術(如自動駕駛技術),創造更大的附加價值。

2.制定全球發展策略:公私合作,發揮技術優勢搶占全球市場,並參與國際管理和技術相關的共通標準制定。

3.擴大日本氫能需求:以燃料電池技術為核心,優先發展交通運輸(車及卡車、鐵路、船舶、港口動力設備)、家用熱電聯產系統、商業及工業發電等領域的應用策略,並加速布建多用途加氫站。

(四)直接使用氫氣
直接應用氫氣的領域包含鋼鐵業煉鋼、化工產業,及氫燃料船舶,日本以氫還原煉鋼技術;以二氧化碳和氫生產烯烴等碳氫化合物和化工產品;開發氫或氨燃料的零碳船舶技術及推動法規制定,並計畫2027年開始商轉。

(五)氫衍生物的利用
日本將打造氨燃料的供應鏈,除開發高效氨合成及氨裂解技術,並實現小型和大型50%以上的氨混燒與單燒技術,以及制定相關國際標準。另一方面,推動氨燃料在海上的應用,計畫在2026年實現氨燃料船舶示範營運。此外,利用碳回收技術,與氫氣合成電子甲烷或其他合成燃料,預計於2030年實現電子燃料商化及10%永續航空燃料的目標。

四、結論
綜合以上所述,修訂後的基本氫能策略將朝向,拓展供給、創造需求、建立大規模供應鏈、持續發展地區性氫能利用、促進技術創新、攜手國際合作、加深國民理解等面向邁進。日本政府亦祭出更積極的政策措施,像是針對率先願意投身供應低碳氫化合物和氨的業者,將透過補償氫、氨和化石燃料之間的價差來減輕業者所承擔的風險。為了實現氫和氨的規模化應用,發展儲槽和管道等供應基礎設施,日本政府計劃在未來10年,在工業需求較大的主要都會區建立約3個大型氫能中心;並依據具體產業特徵,預計在需求較集中的地區建造約5個中型中心。對擴充氫能使用乃是當務之急。以上機制也呼應了氫能基本策略,盡快建立大規模供應鏈與完備基礎建設的規範和支援架構,揭示政府和民間共同的方向與願景。
陳霈
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