气候变化领域集成服务门户

2021年5月6日，《自然·气候变化》（Nature Climate Change）发表题为《氢基电燃料减缓气候变化的潜力和风险》（Potential and Risks of Hydrogen-based E-fuels in Climate Change Mitigation）的文章，分析了电燃料的能量转换效率、气候减缓效果和气候经济成本，指出明智的气候政策应该支持电燃料的部署，同时规避大规模使用电燃料的风险，应以“最终用途的优劣次序”为指导，将氢和电燃料优先用于那些无法直接电气化的部门。

E-fuels（即电燃料、动力燃料或基于电力的合成燃料）是由氢和CO₂合成的碳氢化合物燃料，其中，氢由水电解产生，CO₂从化石来源（例如工业工厂）或大气（生物质或直接空气捕获（DAC））中捕获。电燃料有望用可再生电力替代化石燃料，而不必经过直接电气化所需的需求侧转换。但是，电燃料受到其气候有效性、高成本和可用性不确定的制约。电燃料减缓气候变化的成本为每吨CO₂耗费800~1200欧元，到2050年大规模部署可以将成本降低至每吨CO2耗费20~270欧元。该研究的主要结论如下：

（1）氢和电燃料无法广泛替代化石燃料，因为成为便宜和丰富的燃料还需要时间。氢和电燃料的扩张在很大程度上取决于对其大量且持续的政策支持，从而弥补非常高的初始减排成本与实际碳定价水平之间的差距。预计至少到2030年的碳价格仍然太低，无法使电燃料具有竞争力。因此，未来电燃料市场的规模仍然高度不确定。

（2）考虑到电燃料的短期稀缺性和长期不确定性，应优先针对特定的“无悔”部门使用氢和电燃料。无悔部门包括不仅难以减排，而且无法电气化的过程，例如化学原料（氨、烯烃）、初级炼钢、长途航空和运输。在经济合作与发展组织（OECD）中，这些无悔部门约占所有最终能源（包括原料使用）的1/4，这表明存在相当大的氢和电燃料市场，在这些选择中可能需要进一步考虑优先次序。

（3）如果未来氢和电燃料的大规模推广达不到预期，那么对化石燃料的依赖将可能面临被锁定的风险。氢和电燃料可能分散了最终用途转变为大规模直接电气化的迫切需要，而直接电气化更加便宜，效率更高，通常是许多行业先进技术的一部分，例如轻型车辆或建筑物和工业中的低温供暖。

（4）电燃料不太可能为2030年的气候目标做出实质性贡献。尤其是因为其气候有效性取决于非常先进的电力转换（例如，运输应用中可再生电力份额大于90%），而低碳电力可以通过直接电气化有效减少排放。从中长期来看，随着大规模生产和技术进步（可再生电力、电解和直接空气捕获），仅基于碳价，电燃料成本便将具有竞争力。其次，电燃料可以发展成为一种长期的支持技术。在一定的碳价之上，电燃料可以替代所有剩余的化石燃料，从而减少了对诸如生物燃料、碳捕集与封存（CCS）、碳去除（CDR）等可持续性较低的方案的依赖。

（5）电燃料可以帮助解决人口密集国家的可再生资源限制，例如日本、德国或韩国。此外，电燃料为中东和北非、冰岛、拉丁美洲和澳大利亚等可再生资源丰富的地区创造了出口机会。利用全球巨大的风能和太阳能潜力，电燃料可以进行全球贸易，从而解决可再生能源供应与能源需求模式之间的地理差异。但是，发展全球电燃料市场是一项巨大的挑战，需要依靠政策支持、国际协调的电燃料供需技术以及氢气和CO₂基础设施的逐步推广。

（6）氢和电燃料选项应嵌入到总体政策和转型战略中，包括基础设施路线图。全球电力和CO₂的来源、未来全球可再生能源贸易的模式以及直接使用氢的程度将决定长期基础设施需求。化石能源碳捕集与利用（CCU）和大气碳捕集与循环需要在不同空间地形上建设CO₂和氢基础设施，这意味着由于基础设施投资的长期性，化石能源CO₂利用并不是一个明智的可持续循环选择。