分析：美国公布了国家清洁氢战略和路线图草案，有三个关键优先事项
该草案侧重于高影响用途、降低成本和区域 H2 网络——并设定新的长期生产目标
1美元的目标在2021年6月首次宣布，名称为 "氢气射击"，而区域中心--连同80亿美元的联邦资金--在去年11月成为法律的《基础设施投资和就业法案》中被明确阐述了。
该文件还设定了美国的目标，即到2050年每年生产5000万吨清洁氢气（见下文定义），中期目标是到2030年生产1000万吨，到2040年生产2000万吨--而目前的目标是 "几乎为零"。美国目前每年从未减少的化石燃料中生产约1000万吨灰色氢气。
顺便提一下，《基础设施投资和就业法案》要求美国能源部长珍妮弗-格兰霍姆 "在法律颁布之日起180天内 "向国会提交清洁氢气战略和路线图。该法案于2021年11月15日由总统乔-拜登签署成为法律，而战略文件于2022年9月22日--311天后发布。
高影响力的用途
这份长达121页的文件为 "氢气的战略性、高影响力用途 "提出了以下论点--它可能会让很多人失望。
"虽然氢气的多功能性使其能够用于许多应用，但能源部的重点将是清洁氢气，用于工业和重型运输等难以电气化的领域的脱碳。在这些领域内，使用化石燃料作为化学原料[如氨和甲醇]的工艺，或在产生高温热量或长期可调度的电力方面，将需要清洁燃料，如氢，以实现脱碳。"
它说，一半的工业排放是由于燃烧化石燃料来生产热能和电力。
"虽然较低等级的发热通常是可行的电气化，但工业中使用的大约30%的热量是在300℃以上的温度，很可能需要清洁燃料来脱碳。"
但这表明对选项缺乏了解。正如当时德国智库Agora Energiewende的分析师Gniewomir Flis去年告诉Recharge的。"高温工艺热能只能用氢气进行脱碳的想法是一种营销策略。在大多数情况下，电加热也是可行的，甚至可以比氢气更有效地使高温工业热能脱碳。"
正如最近的一篇科学论文所指出的那样，今天的重工业已经有了全电加热的解决方案，可以提供超过1000℃的高温热量，包括红外线和微波加热器、感应炉和电阻炉，以及美国钢铁行业常见的电弧炉。
该战略草案说："燃烧纯氢或氢气与天然气混合的炉子是这些应用的关键选择。"
多项研究表明，燃烧氢气和天然气的混合物是一种极其昂贵和无效的使用高价值H2的方式。由于体积能量密度较低，大约需要三个单位的氢气才能产生与一个单位的天然气相同的热量，因此20%的氢气混合物只能减少7%的碳排放。
然而，文件中的一张图表（上图）表明，到 2050 年，每年将使用约 300 万吨清洁氢来“混合天然气供热”。
能源储存
该文件补充说，它认为使用氢气进行长期储能是 "使各部门使用清洁电力增长的关键"。
"在燃料电池或低NOx涡轮机中使用氢气是一个领先的选择，可以向电网提供多天的可调度电力。在电气化率高的情况下，可能需要更多的清洁氢气和其他清洁燃料来提供可靠的电力，并将可变的可再生能源纳入电网，以获得稳定的可调度的电力"。
在电解器中把电转化为氢气，再在燃料电池中转化为氢气，会导致大约65-72%的能量损失，这取决于氢气的运输、储存和分配。许多专家认为，因此，只有当可变的可再生能源在电力组合中占了很高的比例，而便宜的选择又不够时，才应该将氢气用于能源储存。
氢气在运输中的使用
战略草案说："在运输方面，氢气在卡车运输部门有很强的价值主张，特别是对于拥有重型车辆、长途（>500英里）路线或需要快速加油的多班作业的车队。氢气也是生产液体燃料的基本原料，这些液体燃料将是大规模能源应用所必需的，如航空、铁路和海运。"
它补充说，清洁的氢气可以取代炼油中用于裂解重质原油和去除硫磺的灰氢，以及用于从生物质中生产生物燃料，并作为化学上与石油或航空燃料相同的合成燃料的基本成分。
该文件表明，氢气将被直接用作中型和重型卡车和巴士的燃料。
"燃料电池在重型卡车等应用中特别可行，这些卡车需要与今天的柴油相当的快速填充时间，或超过500英里[805公里]的长距离行驶。"
该文件没有指出，使用绿色氢气的车辆的运行成本将是全电动电池供电的同类车辆的两到三倍，或者像特斯拉Semi这样的电动卡车也将能够在一次充电中行驶500英里。氢气将对航空业的去碳化非常重要。
"开发SAF[可持续航空燃料]，如可替代传统喷气燃料的生物燃料和动力转液体燃料，对该行业的去碳化至关重要。"
氢气可以与捕获的二氧化碳相结合，生产出理论上至少是碳中性的合成喷气燃料。氢气也可以直接用作短途飞行的燃料，ZeroAvia等公司开发的飞机单程可行驶1800公里。
第一、第二和第三波
在战略文件的后面，它谈到了清洁氢气应用的 "第一波"，这将是在 "除清洁氢气外几乎没有替代品的现有市场"。
它列出了这些应用是叉车、炼油厂、合成氨生产、公共汽车、长途重型卡车，以及采矿、建筑和农业中需要快速加油和远离电网运行的重型机械。
战略文件中的图表显示了清洁氢使用的预期浪潮。照片：美国能源部
在第二波浪潮中--"清洁氢气提供了一个日益增长的经济价值主张，并得到行业承诺和政策势头的支持--应用将是钢铁生产、能源储存和发电、航空、中型卡车、区域渡轮、"某些工业化学品生产"，如塑料。
随后是第三波，应用将 "随着清洁氢气生产规模的扩大、成本的下降和基础设施的普及而变得有竞争力"。
在这里，它列出了集装箱船、甲醇生产、水泥、与现有天然气网络的混合，以及在医院和数据中心等关键的全天候设施中取代柴油发电机的备用和固定电源。
清洁氢气的定义
基础设施投资和就业法案--也被称为两党基础设施法（BIL）--要求能源部制定清洁氢气生产标准，即每公斤氢气的二氧化碳当量（CO2e）低于2公斤--这一点在氢气战略草案中得到重申。
然而，在昨天发布的另一份文件中，能源部表示建议将该标准提高一倍，即每公斤氢气含4公斤二氧化碳。
这与上个月的《减少通货膨胀法案》一致，该法案对生命周期内温室气体排放量为4kgCO2e/kgH2的清洁氢气项目给予税收抵免。
能源部为这一增长提供的理由是："这个目标也有可能被那些在生产现场达到BIL对 "清洁氢气 "定义的<2kgCO2e kgH="">2的设施所实现，并且可能有一些来自上游和/或下游过程的额外排放。提出这个4.0kgCO2e/kgH2的初始目标，是为了鼓励从不同的原料中生产低碳氢气，并使用预计今天可以大规模部署的最先进技术。"
该战略文件--没有提到新的4公斤标准--指出，通过蒸汽甲烷重整（SMR）和碳捕集与封存（CCS）生产的蓝色氢气的生命周期排放 "可能在3-5公斤CO2e/kgH2之间，这取决于逃逸性排放的程度、捕获率和电网的碳强度"。
它补充说："当电力供应是100%无碳污染时--正如政府在2035年之前的目标--电解的井-门排放接近于零，但当使用目前美国平均电网组合时，电解的排放可能是SMR的两倍。"
该文件还指出，从废物或生物质产生的氢气也可以满足标准，生物质途径加上CCS可以产生碳负的H2。
降低成本
去年6月宣布的 "氢气射击"，寻求在十年内将清洁氢气的成本降低到1公斤1美元，它称之为 "1 1 1"。新的战略文件增加了一个中期目标，即到2026年达到2美元/公斤。 这一挑战的一个关键部分是降低电解器的成本，它说 "这将需要大批量的制造，电解器堆栈和工厂组件平衡的创新，以及电解器在下一代系统中的整合。"
对于蓝氢，"二氧化碳运输和储存、可变[运营和维护]成本以及资本成本的降低可以帮助实现氢气拍摄目标"。
区域网络
BIL呼吁建立至少四个生产清洁氢气的区域中心，在化石燃料、可再生能源和核能这三条生产路线中，每条路线至少有一个中心提案--由80亿美元的资金支持。 每个中心应展示清洁氢气的不同用途：发电、工业制造、住宅和商业加热以及运输，同时法案还希望每个区域中心位于美国的不同地区，使用 "该地区丰富的 "能源。
然而，这些标准并不是一成不变的，因为该法案只是要求能源部长 "在实际可行的最大范围内 "满足这些标准。BIL将区域清洁氢气中心定义为一个由清洁氢气生产商、消费者和连接基础设施组成的网络，彼此 "相距不远"。
该战略文件指出："氢气供应和需求的共同定位可以减少对新的长距离基础设施的需求，降低早期市场增长的成本，直到大规模、稳定的需求在区域和全国范围内发展。80亿美元的资金 "将推动清洁氢气的生产、加工、交付、储存和最终使用，实现可持续和公平的区域利益以及市场吸收。从中心收集的数据将用于未来的分析，以确定市场启动的最佳方法，如使用差价合约，将生产与承购商相匹配，与主要租户一起创造有针对性的大规模需求，以及在适用情况下使用现有基础设施的战略，包括CCS和其他管道基础设施。"
结论
该文件最后指出，清洁氢气 "将是国家去碳化道路上的一个重要因素"。
"尽管仍有许多不确定因素，但氢气的潜力是明确的。需要在近期、中期和长期进行重点投资和行动，以便为更广泛地采用清洁氢气奠定基础，推动成本下降，并以可持续和全面的方式扩大规模。通过有效和高效的合作与协调，以及正确的战略和实施计划，美国能够而且必须成功地发展一个可持续的、有弹性的和公平的清洁氢气经济。"
