日本：构建国际氢供应链，实现氢能社会的第一步
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摘 要：资源贫乏的日本为实现其所追求的“低环境负荷的能源安全保障”，正在积极推动氢能国际供应链的构建和国内PtG产业的发展，并且最大限度地利用可再生能源的潜能，基于各种不同的条件开发最合适的制氢技术。
关键字：国际氢供应链、氢能社会、大规模氢能供给系统、无碳氢能、液化氢运输船、PtG、电制氢、水电解装置
为大量引入氢能，日本启动了国内和国际氢供应链示范项目。
福岛县拥有世界上最大的电制气（Power to Gas，以下简称为“PtG”）工厂，利用由可再生能源产生的电力制取氢气。该工厂开始进入为期三年的实证运行，从文莱和澳大利亚进口甲基环己烷（MCH），然后在日本国内提取出氢气。用来将从澳大利亚的褐煤中制取的液化氢气运输回日本的液化氢运输船也即将下水。
此外，使用含有大量氢气的氨气进行火力发电的设想也逐渐成为现实。以上这些世界首创的项目关系到未来氢气供给基础设施的建设。
液化氢运输船“Suiso Frontier”
（图片均来自网络）
日本在氢能基本战略中，提出以燃料电池的普及为基础，在2020年代后半期正式引入氢能发电并建立大规模氢能供给系统，致力于到2040年左右开始供应无碳氢能。
作为日本新能源与产业技术综合开发机构（NEDO）的项目，“福岛氢能研究产业园”（FH2R）的PtG工厂开始进行实证运行。该工厂利用太阳能和电网电力，通过碱性水电解制氢，每小时可生产2000立方米的氢气，并用高压对外输送。
文莱的氢工厂
新一代电池和氢燃料电池、氢能小组总研究员大平英二表示，NEDO致力于最大限度地利用可再生能源的潜能，基于各种不同的条件开发最合适的制氢技术。NEDO也非常关注在PtG领域领先的欧洲。
山梨县的电制氢工厂中，使用东丽公司的烃系膜的1500千瓦级固体高分子膜（PEM）型水电解装置将在2020年内完成。山梨县企业局正在推进NEDO的项目，该装置的规模可匹敌欧洲企业开发的PEM型水电解装置，利用太阳能产生的电力，每小时可生产340立方米的无碳氢气。
制取的氢气储存在储氢合金罐中。日立能源设备山梨工厂（山梨县中央市）将焚烧重油的锅炉换成氢燃料锅炉，为工厂提供热能。甲府市的超市也计划引进10千瓦的氢燃料电池。PtG设备在经过一年的实证运行后，NEDO计划将其租借给企业局进行产业化，并向民间企业有偿提供氢气。如果该计划得以实现，将成为日本首次实现PtG的商业化。
利用氨气作为氢载体的技术也进入实用阶段。2019年由来自电力、贸易、化学、机械等行业的企业参与成立的“绿色氨联盟”（东京都千代田区）将正式开始构建价值链。
FH2R的氢电解厂房
该联盟的主要成员IHI将使用氨气与燃烧微粉煤的火电或燃气轮机进行混烧，推进氨混烧火力发电的开发和实用化。
IHI在燃煤火电方面计划开发出能够混烧60%氨气的燃烧器，与JERA等公司合作使用100万千瓦的燃煤火电进行混烧验证试验。该技术有助于JERA在将来实现氨气专烧火电代替燃煤火电。
IHI还计划利用自主开发的燃气轮机开展氨混烧技术。该公司在位于福岛县相马市的IHI绿色能源中心新设立了研究氢能的“相马实验室”，开展氢载体、氢气的甲烷化以及氢气烯烃化的研发。
以千代化工建设为中心的“新一代氢能链技术研究合作组”（AHEAD，横滨市西区）在文莱将氢气转换成MCH后用集装箱船进行运输。位于川崎市川崎区的东亚石油京滨炼油厂开始试验从MCH中分离出氢气并作为火力发电的燃料。每年最多能从文莱向日本输送210吨氢气。MCH到达川崎市后进行脱氢化，将氢气用于燃气轮机。脱氢后产生的甲苯将运回文莱，与氢气结合后再运至日本。
燃料电池利用来自FH2R的氢气进行发电（浪江町公路服务区）
AHEAD与新加坡的氢气需求商交换了备忘录，以中东、澳大利亚、东南亚为候选地，致力于打造MCH生产基地。通过MCH运输氢气的方案预计最早于2025年进入实用化阶段。产业技术综合研究所福岛可再生能源研究所（FREA，福岛县郡山市）的氢载体研究组长辻村拓表示，日本国内可能用输氢管道代替MCH供给氢气。
2021年初开始，从澳大利亚维多利亚州的褐煤中提取的氢气经液化后将运往日本。以川崎重工业为中心的“技术研究组合无碳化氢供应链推进机构”（东京都港区）在澳大利亚安置了褐煤气化和氢气精制的设备。由川崎重工制造，搭载1250立方米氢气瓶的世界首艘液化氢运输船“Suiso Frontier”将氢气运往神户港。
为实现商用化，川崎重工还将推进运输用储存设备的大型化和接收基地用设备的开发。川崎重工技术开发总部氢供应链开发中心负责人西村元彦认为，“经过产业化的实证研究，预计于2020年代后半期将进入商业化阶段。商用船的长度为300米，宽度为50米，可搭载4个与LNG船相同规模的4万立方米液化氢储存罐”。预计每年可供应22万吨氢气，目标是实现低成本化，将价格降至现在的三分之一以下，达到每立方米30日元（约合人民币1.89元）。
IHI氢能研究大楼“相马实验室”
日本在氢能技术领域走在世界前列，但欧盟、德国、法国也纷纷制定氢能战略，加入竞争。为了今后日本能够领先世界，FREA的辻村拓组长表示，推进FH2R等的氢能利用和氢载体的高效利用，提高燃气轮机和内燃机的氢燃烧效率，以及进一步扩大氢气的需求至关重要。他还指出，实现氢能发电和热电联产的实用化，扩大工厂、地区和全国的氢气需求战略也十分重要。
日本资源贫乏，为实现日本所追求的“低环境负荷的能源安全保障”，从长远来看，推动氢能国际供应链的构建和国内PtG产业的发展极为重要。首先可以期待利用日本国内可再生能源制氢，构建“地产地消”型网络。为实现政府制定的温室气体排放减少80%的目标，有必要加快步伐，在日本内外采取积极的策略。
翻译：肖永红
审校：李涵、贾陆叶
统稿：李淑珊
●可再生能源制得氢气的利用 | 关于低环境负荷型内燃机汽车用燃料的调查报告书（三）