哈佛绿色氢价值链的未来：工业领域的地缘政治和市场影响（英）

环境和自然界ALRES唯一课题 绿色的未来氢价值链 地缘政治和市场对工业部门的影响 DeBlasioLaimaEicke尼古拉 再保险阿宝RT OCTOR2022 环境和自然资源的计划带齿erC哈佛大学肯尼迪学院科学与国际事务中心 肯尼迪街79号 马萨诸塞州,剑桥02138 本报告中的陈述和观点仅代表作者本人，并不意味着得到哈佛大学、哈佛大学肯尼迪学院或贝尔弗科学与国际事务中心的认可。 本报告中所使用的名称和地图上的材料介绍并不意味着对任何国家、领土、城市或地区或其当局的法律地位，或对其边界或界线的划分表示任何意见。 2022年，哈佛学院院长和研究员版权所有。 环境和自然界ALRES唯一课题 绿色的未来氢价值链 地缘政治和市场对工业部门的影响 DeBlasioLaimaEicke尼古拉 代表ORT OCTOR20 关于这个项目 环境与自然资源项目的任务是在区域、国家、国际和全球层面开展与政策相关的研究 ，并通过其外联举措将其产品提供给决策者、学者和感兴趣的公民。 在过去的30年里，环境政策发生了巨大的变化。今天，它是能源政策、经济发展和安全的一个组成部分。安全不仅意味着防止军事侵略，还意味着维持充足的食物和水的供应，以及保护公共健康。这些问题不能从一个学科或从以下的角度来解决 一个问题或一个国家。未来的世界将要求跨越学科和地理界限，整合多种需求和价值。更多信息,访问belfercenter.org/ENRP 致谢 作者感谢AndreasGoldthau,SilviaWeko,HenryLee,JohnHoldren,VenkyNarayanamurti, 和AbhishekMalhotra对本文早期版本的反馈和意见。 利益声明 作者声明，他们没有任何可能偏袒本研究的个人或经济利益。 2 关于作者 LaimaEicke她是贝尔弗中心环境和自然资源项目以及科学、技术和公共政策项目的研究员。她的研究重点是世界各国的脱碳路径、可再生能源技术的价值链，以及两者如何影响地缘政治 。在贝尔弗中心，她特别关注绿色氢气。 Eicke目前正在德国埃尔福特的威利-勃兰特公共政策学院攻读博士学位，同时也是高级可持续发展研究所（IASS）的研究助理。她以优异的成绩获得了社会生态学的理学硕士学位。 她在维也纳商业和经济大学获得经济和政策学学士学位，在德累斯顿技术大学获得国际关系和拉丁美洲研究学士学位。她曾在德国国际合作公司（GIZ）、德国国际事务部、两个非政府组织和咨询公司工作。Eicke在国际气候谈判中是一个热情的观察者和青年倡导者。 尼古拉·德·Blasio他是贝尔弗中心的高级研究员，负责能源技术创新和向低碳经济过渡的研究 。德布拉西奥博士在能源领域拥有超过25年的全球经验，是驾驭战略发展和技术创新挑战的专家，以实现可持续的大规模商业成功。通过他的研究和经验，他对机构发展和创新活动对商业战略的其他方面的影响有了相当深刻的认识。 德布拉西奥博士在世界领先的能源公司之一埃尼公司工作了17年，最近的职务是副总裁兼国际开发部主任。 在加入哈佛大学之前，他是哥伦比亚大学SIPA学院的高级研究学者，以及全球能源政策中心的技术和创新项目主任，他还担任战略伙伴关系主任。德布拉西奥博士拥有哥伦比亚大学的化学工程学位。 米兰大学的Politecnico。他在苏格兰的圣安德鲁斯大学专攻，然后在埃尼企业大学专攻能源经济学。 他是《创新的价值》一书的作者，并在能源、创新、项目评估和催化方面广泛发表和演讲。 贝尔弗科学与国际事务中心哈佛大学肯尼迪学院|3 表的内容 ......................................................................................................................5 1.7 2.9 2.110 3.13 4.15 4.115 4.215 4.316 4.417 5.18 5.118 5.218 ...........................................................................................................................................................19 6.21 7.24 8.25 贝尔弗科学与国际事务中心|哈佛大学肯尼迪学校v 2018年6月28日星期四，在伊利诺伊州花岗岩城的美国钢铁公司花岗岩城工厂的钢铁生产过程中，一个巨大的钢包将里面的红热铁水倒入基本氧气炉的容器后退开（美联社照片/JeffRoberson）。 执行概要 全球向低碳经济的转型将极大地影响现有的能源价值链，并改变生产到消费的生命周期 ，极大地改变了利益相关者之间的互动。由于其多功能性，绿色氢气正在获得经济和政治上的动力，并可能在无碳的未来发挥关键作用。此外，它的采用对于大规模的工业流程的去碳化至关重要，特别是那些难以消减的流程，如钢铁和水泥生产。总体而言，预计到2050年，氢气需求将增长700%（BP，2019年）。 目前，绿色氢气的采用和规模使用的两个核心挑战是有限的基础设施可用性和成本。虽然最近由于乌克兰战争导致化石燃料价格飙升，使绿色氢气与蓝色和灰色氢气在成本上具有竞争力（Radowitz，2022），但从 从长期来看，国际可再生能源机构（IRENA）预测，到2050年，绿色氢气的成本将下降高达85%（IRENA，2020年），使其成为主要的氢气形式（IRENA，2022年） 。 贝尔弗科学与国际事务中心哈佛大学肯尼迪学院|1 评估各国在工业绿色氢气价值链中作用的新框架 本报告研究了各国在未来绿色氢气工业市场中可能发挥的作用，重点关注三个关键应用 ：合成氨、甲醇和钢铁生产。今天，这些部门是最大的氢气消费者之一，约占全球需求的41%，并且由于全球去碳化的努力，预计将增加其份额（IRENA，2022）。 分析一个国家在这些市场中的潜在定位是帮助政策制定者确定战略产业政策的关键。为了阐明向低碳经济转型对能源价值链的影响，我们提出了一个分析框架，根据资源禀赋、现有工业生产和经济关联性等变量将各国分为五组。 领跑者。这些国家可以在全球范围内引领绿色氢气的生产和工业应用。潜在的领跑者应关注促进绿色氢气升级的产业政策，以获得全球领先地位。 升级。拥有充足的绿色氢气生产资源和高度相关的经济活动的国家有可能提升其价值链定位，吸引绿色氢气产业。潜在的升级者可以从与领先者的战略伙伴关系中受益，以促进技术和知识转让。政策应侧重于吸引外国资本，例如，通过降低市场风险、发展公私伙伴关系和组建合资 企业。 绿色氢出口商。升级潜力有限的资源丰富的国家应优先考虑绿色氢气的出口，并将从与绿色氢气进口国的伙伴关系中受益，以部署有利的基础设施和减少市场风险。此外，协调绿色氢气生产和使用的国际标准将促进全球范围内的贸易。 绿色氢进口商。拥有工业氢气生产的资源有限的国家将需要发展战略伙伴关系，以确保安全和稳定的绿色氢气供应。此外，通过有针对性的政策刺激创新和知识创造，对于保持竞争力和避免产业转移到领先者或升级者那里至关重要。 2 旁观者。在所有三个关键变量方面都存在重大制约因素的国家应评估是否可以克服其中 一些制约因素，如有限的基础设施或淡水供应，以融入未来的绿色氢气价值链。否则，它们将继续成为工业产品的最终进口者。 这些群体中的国家面临着独特的挑战和机遇，我们通过以美国、德国和泰国为重点的案例研究来说明这一点。 工业领域绿色氢气的地缘政治地图 现有能源价值链的低碳转型也将产生新的市场和地缘政治动态和依赖性。我们的分析阐明了关键的地缘政治趋势，这些趋势可能塑造未来几十年的国际关系，各国将竞争工业领导地位、市场和创造就业的机会。 只有几个国家，包括中国和美国，可能会成为明显的领跑者。这些国家在当今的氢气工业应用中拥有巨大的资源禀赋和相当大的市场份额，这将使它们能够整合绿色氢气价值链的生产和工业应用环节。将工业设施设在靠近低成本绿色氢气生产的地方，将通过增加国家对供应链的控制和尽量减少氢气运输成本来创造价值。因此，这些国家可以获得最广泛的利益，成为地缘政治和市场的赢家。 然而，这些动力可能会刺激绿色产业领导权的竞争，造成国际关系的紧张。此外，绿色氢气产业的竞争态势可能会促进绿色氢气产业之间的市场紧张。 氢气进口国和升级国。资源丰富的国家，如泰国和墨西哥，具有绿色工业化的潜力，并可能与依赖进口的工业大国争夺市场份额和就业机会，导致新的地缘政治紧张局势。 第二，可能会出现新的依赖性。目前拥有高度发达的合成氨、甲醇或钢铁工业的大多数国家 ，如沙特阿拉伯、日本和德国，都受到资源的限制，并将依赖绿色能源。 贝尔弗科学与国际事务中心哈佛大学肯尼迪学院|3 氢气进口以满足需求。因此，从地缘政治的角度来看，在低碳能源世界中，依赖性和供应中断的风险可能会持续存在，但会与今天的情况不同。这些新的地缘政治 依赖性将涉及新的联盟，也将是未来市场结构的一个功能。像天然气市场一样，氢气市场将作为区域性市场出现，但只有全球和更有结构性的市场才能减少风险。 最后，全球北方的高收入国家和通常位于全球南方的低收入国家之间的紧张关系可能会加剧 。我们的分析显示了三种工业氢气应用的潜力 氨气、甲醇和钢铁--在全球范围内的分布是不均匀的。尽管世界所有地区都有经济增长的机会，但大多数领先者是中高收入国家。许多低收入国家，特别是 在非洲，由于无法在价值链的增值环节中竞争，它们将仅限于绿色氢气出口。因此，通常与能源转型相关的"可持续发展"和绿色工业化的承诺，可能不会在各地复制。这可能会加剧对技术转让和财政支持的需求，以实现所有人的可持续发展和绿色工业化。 4 1.介绍 绿色的氢1可以在钢铁和水泥等难以消减的工业部门的去碳化中发挥重要作用。到2050年，全球氢气需求预计将增长700%（英国石油公司，2019年），而目前每年的需求量为7000万吨（国际能源署，2019年）。这种规模的氢气使用将大大影响现有的价值链2并为那些在未来绿色氢气市场中进行战略定位的国家创造经济机会。为了获得领导地位，包括美国、挪威和智利在内的一些国家已经开始采取产业政策；这些政策支持大规模采用绿色氢气，并促进关键行业的创新（IEA，2021a）。 以前关于氢气地缘政治的研究已经分析了各国在未来绿色氢气市场中可能采取的不同角色 ，以及相关的经济收益如何影响国际关系（Pflugmann&DeBlasio，2020；VandeGraaf等人，2020）。这些研究主要确定了绿色氢气生产潜力较大的国家以及相关的市场和地缘政治影响。相比之下，很少有研究关注工业部门驱动的绿色氢气需求（IRENA，2022 ）。由于工业应用推动了当今大部分的化石燃料的生产，因此，工业部门对绿色氢气的需求是非常大的。 基于燃料的氢气需求，该部门很可能在塑造新兴绿色氢气价值链方面发挥关键作用。在采用的早期阶段尤其如此，届时脆弱的新生市场动力将得到该部门较高的规模经济的支持，并且比其他潜在应用的风险更低（国际可再生能源机构，2022）。 本研究回答了这样一个问题：哪些国家有潜力在关键行业的绿色氢气价值链中发挥关键作用，不仅是绿色氢气生产，而且是其工业应用。为此，我们采用了一种混合的方法。首先，我们提出了一个框架，根据三个变量对国家进行分类，这些变量将使它们在未来具有明显的优势 绿色氢气市场：资源禀赋，当前工业生产。 1绿色氢气指的是利用可再生电力进行水分离而产生的氢气。 2我们使用"价值链"一词来定义利益相关者之间的商业关系的更多概念性设计，以支持市场或技术的大规模发展和采用。这与"供应链"一词不同，后者通常用于定义一组旨在使单一利益相关者受益并提供产品或服务的业务关系。 贝尔弗科学与国际