绿色氢：对国际合作的影响：特别是南非（英）

我讨论文件9/2023 绿色氢能：对国际合作的影响 与南非 安德烈亚斯·斯塔姆 、蒂尔曼·阿尔滕伯格、丽塔·斯特罗迈尔、埃斯·奥扬、卡塔琳娜·汤姆斯 绿色氢能：对国际合作的影响 与南非 安德烈亚斯·斯塔姆、蒂尔曼·阿尔滕伯格、丽塔·斯特罗迈尔、欧洲经委会·奥扬和卡塔琳娜·汤姆斯 2023年波恩 Stamm安德烈亚斯博士是德国发展与可持续发展研究所（IDOS）“经济和社会体系转型”项目的高级研究员。电子邮件:andreas.stamm@idos-research.de TilmanAltenburg博士是德国发展与可持续发展研究所（IDOS）“经济和社会体系转型”项目的负责人。电子邮件:tilman.altenburg@idos-research.de 丽塔Strohmaier博士是德国发展与可持续发展研究所（IDOS）“经济和社会体系转型”项目的高级研究员。电子邮件:rita.strohmaier@idos-research.de EceOyan是德国发展与可持续发展研究所（IDOS）“经济和社会体系转型”项目的研究员。 凯瑟琳托马斯是亚琛工业大学技术与创新管理研究所的助理研究员。 在联邦教育和研究部（BMBF）的资助下出版 建议引用: 斯塔姆，A.，阿尔滕堡，T.，斯特罗迈尔，R.，奥扬，E.和汤姆斯，K.（2023年）。绿色氢能：对国际合作的影响。特别提及南非（ IDOS讨论文件9/2023）。波恩：德国发展与可持续发展研究所（IDOS）。https://doi.org/10.23661/idp9.2023 免责声明: 本文中表达的观点是作者的观点，不一定反映德国发展与可持续发展研究所（IDOS）的观点或政策。 除非另有说明，否则本出版物根据知识共享署名（CCBY4.0）进行许可。您可以自由复制、交流和改编本作品，只要您注明德国发展与可持续发展研究所（IDOS）gGmbH和作者。 IDOS讨论文件/德国发展与可持续发展研究所（IDOS）gGmbHISSN2751-4439（印刷版） ISSN2751-4447(在线) ISBN978-3-96021-210-2(打印) DOI:https://doi.org/10.23661/idp9.2023 ©德国发展与可持续发展研究所（IDOS）gGmbHTulpenfeld6，53113波恩电子邮件：publications@idos-research.de https：//www.idos-research.de 印在环保认证的纸。 确认 这份讨论文件是由德国国际合作机构（GIZ）代表德国联邦经济合作与发展部（BMZ）和德国联邦教育和研究部 （BMBF）通过“全球氢潜力图谱”（HYPAT）项目资助的。作者感谢VidushiDembi和AnnaStamatogiannakis对本报告的重大贡献;感谢穆罕默德·帕特尔、塔博·乔克、盖勒·蒙马森-克莱尔、西蒙·罗伯茨、安东尼奥·安德烈奥尼、弗洛里安·居尔德纳和陈彦的宝贵意见。错误的责任仍由作者承担。 文摘 用可再生能源生产的绿色氢对于经济脱碳不可或缺，特别是在钢铁、水泥和化肥生产以及海运和航空等“难以减排”的活动方面。因此，对绿色氢的需求正在蓬勃发展。目前，绿色氢比基于化石燃料的替代品贵得多，但正在采取重大举措来开发全球绿色氢市场并降低成本。预计到2030年代中期，绿色氢将具有成本竞争力。 鉴于其太阳能和风能的禀赋，全球南方的许多国家在生产低成本绿色氢方面处于有利地位，因此正在吸引投资 。这些投资是否以及在多大程度上为东道国经济体创造价值和就业，并改善东道国的环境条件，取决于政策。本讨论文件分析了绿色氢生产的潜在工业发展溢出效应，区分了可能受到绿色氢刺激的七个上下游产业集群。然而，它也强调了没有自动性。除非伴随着产业和创新政策，除非有明确规定将收入用于公正转型，否则氢能投资可能会导致形成社会排他性的飞地。 本文由两部分组成。A部分提供了有关新兴绿色氢市场及其技术后果的基本信息，可再生能源资源丰富的国家的机会，国家政策如何在可持续国家发展方面最大限度地发挥效果以及如何通过国际合作来支持这一点。B部分深入探讨了南非的具体情况，南非是拥有先进氢能路线图的国家之一，并拥有多个德国和国际发展项目。国家案例展示了如何根据具体国家条件调整国家氢能战略，以及国际合作如何支持其设计和实施。 关键词:绿色氢，能源转型，产业发展，产业政策，南非，公正转型，技术学习，国际合作 内容 确认第三摘要四世缩写七世介绍1 A部分：绿色氢经济——机遇与挑战3 1需要绿色氢3 2氢颜色的多样性以及欧洲在色谱4 3使用绿色氢脱碳7 3.1绿色氢能促进脱碳的地方8 3.1.1应用在工业8 3.1.2氢和合成燃料运输部门11 3.2绿色氢不应发挥关键作用11 4二、价值创造、就业和技术学习的经济途径和潜力12 4.1绿色氢能为发展中国家带来机遇12 4.2二、价值创造、就业和技术学习的途径12 4.3从要素成本优势到人为竞争优势17 5全球氢经济愿景的不确定性18 5.1在自然条件非常好的国家，能否实现可再生能源发电的快速和急剧扩大？19 5.2全球电解能力能否像目前一样快速扩大氢策略假设?20. 5.3考虑到电位之间的距离很远，所需的大量氢气和衍生物能否以经济、安全和清洁的方式运输导出和导入国家?21 6德国发展合作支持绿色氢能22 6.1二、氢技术展望和产业政策方面的能力建设23 6.2二、职业技术教育与培训24 6.3分享氢能投资收益：“公正转型”维度25 6.4科技合作26 6.5规范、标准、法规27 6.6二、多边方案和南南合作27 在南非B部分:氢经济28 7南非的双重挑战：能源部门危机和脱碳28 8只是能源转型的必要性29 9南非可再生能源和绿色氢的潜力31 10南非的氢的野心32 11价值创造的机会34 11.1大力推广可再生能源和电解，包括后向联系34 11.2化学品转化为衍生物，包括用于出口35 11.3国内工业和运输的脱碳36 11.4吸引外国直接投资进入能源密集型产业37 12对德国与南非在绿色氢能领域发展合作的建议 37 引用41 数据 图1：不断扩大的氢能贸易路线、计划和协议网络1 图2:氢光谱颜色6 图3：绿色氢经济的产业联系13 图4：分享氢能投资收益的选择26 图5:南非的能量矩阵(2019)29 图6：南非铂族金属出口（2015-2021）31 表 表1：非洲可再生能源的扩展：设想19 缩写 AEM阴离子交换膜 BMBF联邦教育部和研究 BMZ德国经济合作与发展部 CBAM碳边境调整机制 CCS碳捕获和存储 情事属实者碳捕获和使用 甲烷甲烷 有限公司一氧化碳 二氧化碳二氧化碳 警察缔约方会议 DRI直接还原铁 DSI科学和创新 电弧炉电弧炉 EPC工程设计、采购和施工 欧盟欧盟 FCEV燃料电池电动汽车 外国直接投资外国直接投资 温室气体温室气体 她们德国国际合作署/德国国际合作署 H2氢 HySA氢南非 国际能源机构国际能源机构 IRENA国际可再生能源机构 KfW德国信用重建研究所 公里公里 LH2液化氢 LOHC液体有机氢载体 中东和北非地区中东和北非 乔丹兆焦 太几百万吨 兆瓦兆瓦 国防委员会在全国范围内确定贡献 PEM聚合物电解质膜 的PGM铂族金属 PtXPower-to-X 光伏光伏 研发研究和开发 SAF可持续的航空燃料 沙索公司南非合成油有限 经济特区经济特区 SOEC固体氧化物电解槽 实验室trl 技职技术和职业教育和培训 TWh兆瓦时 联合国气候变化框架公约》 《联合国气候变化框架公约》 介绍 绿色氢在老牌工业化国家和发展中国家的政策计划中都占有突出地位。它是全球经济脱碳的重要组成部分，特别是对于所谓的难以减排的行业，如钢铁、化工和水泥，以及长途运输。因此，对绿色氢的需求将大幅增加，至少在未来二十年内供应将远远落后。 这一预计需求为所有拥有良好可再生能源禀赋的国家提供了巨大的机会，其中许多国家位于撒哈拉以南非洲、中东和北非（MENA）地区、拉丁美洲和南亚。这些国家可以生产绿色氢，使本国经济中难以减排的行业脱碳 ，可以利用快速增长的世界氢市场，可以创造竞争优势，吸引国际投资能源密集型行业，这些行业面临减少碳足迹的特殊压力。因此，他们可以开展各种具有良好经济效益的绿色氢能战略。同时，也存在风险：鉴于新开发的技术的不确定性，投资失败的风险;环境风险;与资本密集型大规模投资有关的社会政治风险，这些投资可能发展成为与当地联系最少的飞地，并鼓励寻租，这反过来又可能引发政治阻力。 潜在进出口国之间签署了多项国际协议（图1）。 图1：不断扩大的氢能贸易路线、计划和协议网络 资料来源：国际可再生能源机构（IRENA，2022年，第12页） 就德国而言，国际合作现在主要集中在绿色氢能上。已经与潜在的出口国建立了多个氢合作伙伴关系，特别是拥有优良太阳能和风能资源以及可用未充分利用土地的国家和地区。这包括海湾地区、北非、南非和纳米比亚 、智利和印度等。在德国方面，他们的主要目标是加快对出口项目的投资，以确保对德国的进口。本讨论文件从 不同的观点（德国经济合作与发展部（BMZ）的氢能战略也反映了这一点）：具有可再生能源发电有利条件的发展中国家的观点。这些国家如何利用日益增长的绿色氢能需求促进国家可持续发展，积累新的能力，使其产业适应低碳未来，创造额外的就业机会以及税收和外汇收入，同时将风险降至最低？因此，绿色氢能如何为公正转型做出贡献？本文件还探讨了发展合作如何能够支持这种过渡。 本文由两部分组成。部分提供有关新兴绿色氢市场的基本信息，可再生能源资源丰富的国家的机会以及发展合作如何帮助各国利用这些机会支持可持续的国家发展。B部分深入研究南非的具体情况，南非是拥有先进氢路线图并拥有多个德国和国际发展项目的国家之一。国家案例显示了具体的国家条件如何导致量身定制的氢战略， 并同样讨论了双边合作计划的具体贡献。 A部分：绿色氢经济——机遇与挑战 A部分由六个部分组成。第1节阐明了绿色氢在向低碳经济转型中的作用。第2节解释了生产具有不同碳足迹的氢气的各种方法。第3节涉及需要绿色氢能的经济部门，而第4节概述了绿色氢生产国可以采取的路线，以最大限度地提高发展协同效益并使本国经济脱碳。第5节强调了新兴市场的一些不确定性，以及这些不确定性如何给潜在出口商带来风险。第6节在结束本文件的一般部分时，就发展合作提出了结论。 1绿色氢的必要性 “氢经济”一词最早由化学家约翰·博克里斯（JohnBockris，Brandon&Kurban，2017）在1970年代创造，当时已经与非化石能源（太阳能和核能）联系在一起。虽然几个工业化国家，尤其是日本，自那以后的几年里对氢技术的发展表现出浓厚的兴趣，但正是太阳能和风能成本的稳步下降，使绿色氢从假设的脱碳选择变成了最近大肆宣传的选择：对于一些难以减排的行业，如钢铁、化工和水泥，以及长途客运和重型货物运输，这是脱碳的唯一手段。因此，它是净零拼图的重要组成部分。据估计，到2050年，全球能源需求的4-11%将依靠氢，能源载体对欧洲来说比中国更重要（Riemer等人，2022年）。 氢已经是工业部门强大国家的重要投入。2020年，全球氢需求量为9000万吨，其中80%与氨生产和炼油有关。其余部分与其他气体结合使用，用于甲醇生产，直接还原铁（DRI）用于钢铁生产（国际能源署[IEA]，2021a） 。欧盟（EU）目前每年使用约9.7公吨氢气（Kakoulaki等人，2021年），或330太瓦时（TWh）（欧盟[EU]，2020年，第6页）。德国国家氢能战略指出，德国生产和加工的氢气为55太瓦时，这意味着德国占目前欧盟处理的所有氢气的16%左右，在成员国中占比最大。 为了实现净零目标，不仅今天生产的氢气必须被低碳氢取代;但鉴于其使工业流程和运输脱碳的巨大潜力，预计全球氢需求将大幅增加。德国2030年国家氢能战略中提到的110TWh基准相当于3