韓國氫經濟發展規劃

羅 曄

寶鋼中央研究院武鋼有限技術中心

0 引言

隨著國際社會大力發展脫碳能源，氫越來越被視為一種有前途的替代能源，可以解決環境、能源安全和經濟增長方面的諸多問題。雖然通過可再生能源可以生產綠氫，但來源于汽油、生物質、甲烷的灰氫更易于生產。

與此同時，氫作為一種能源在經濟上也越來越可行。據世界氫能理事會估計，隨著價格下降50%，氫在未來十年將變得更具有競爭力，有望成為工業取暖和重型卡車運輸等領域的首選可再生能源[1]。

氫燃料電池的靈活性也提供了其他優勢。據麥肯錫公司估計，氫可以在一系列領域改變全球能源基礎設施，如長期能源儲存、能源分配、化學品的清潔原料以及交通、工業和建筑行業的脫碳。

在運輸領域，相較傳統的電動汽車和燃油汽車，氫動力汽車的優勢也更為突出。作為一種能源，氫的能量密度比汽油高。盡管電動汽車在行駛里程上仍不及汽油動力汽車，但氫動力汽車則與汽油動力汽車相當。近期有研究發現，錳氫化物分子篩可以降低氫系統的成本和重量，今后有望進一步減少氫動力汽車的限制。相比傳統的快速充電站，氫動力汽車的加氫時間快15倍，且加氫站占用空間更小，對自然資源的消耗也更少。

為了應對氣候變化，全球越來越多的國家正在利用可再生能源，而韓國正致力于成為氫經濟發展的領導者。根據文在寅政府提出的發展愿景，韓國將增加氫動力汽車的生產和使用，構建制氫和儲運全流程，同時擴大燃料電池的生產。

文在寅政府制定的氫經濟路線圖盡管涵蓋了氫經濟發展的不同領域，但該計劃將極大取決于韓國本土和世界各地市場對燃料電池電動汽車(FCEV)的接受程度，如果能夠成功開發配套的應用技術，無疑將會助推韓國向氫經濟轉型。在宣布韓國氫經濟路線圖時，文在寅政府還明確了發展氫經濟的三大原因即經濟增長、能源安全和環境。

1 經濟增長

韓國是世界上生育率最低的亞洲國家，其人口老齡化速度快于其他發達國家。生育率下降和人口老齡化直接導致韓國經濟增長放緩。

為了應對經濟放緩和新興經濟體競爭加劇的挑戰，韓國政府正大力投資有前途的新興技術，以培育一系列全新的經濟增長引擎，從而有助于保持經濟競爭力，創造就業崗位。除了氫燃料相關產業以外，韓國還將5G、人工智能、系統半導體、生物技術和無人駕駛汽車作為重點發展領域。

如果能夠實現氫經濟路線圖的目標，韓國將成為可再生能源領域和新興工業部門的引領者。據韓國官方估計，在2040年之前，有望增加43萬億韓元的經濟效益，并創造42萬個就業崗位。

2 能源安全

由于化石燃料儲量不足，韓國98%的化石燃料嚴重依賴進口。韓國的發電主要由化石燃料和核能組成，據美國能源信息署統計，石油占韓國能源消耗的44%，而且大部分從中東地區進口，2017年占石油進口總量的81%。

另據世界核協會統計，核能占韓國發電量的22%，消費量的11%，由于沒有國內鈾供應，韓國也依賴核燃料進口。韓國政府預測，如果實現路線圖目標，2040年氫有望占到預期能源消耗的5%。

3 環境因素

韓國是世界上人均溫室氣體排放量最大的十大國家之一。根據國際能源署的數據，2018年韓國CO2排放量和人均排放量分別達到624 t和12．1 t[2]。根據《巴黎氣候協議》，韓國承諾2030年排放量從850．6 t的基線水平下降37%。為了實現這些目標，韓國迫切需要增加可再生能源的使用。

空氣污染也成為韓國公眾日益關注的問題。近年來，韓國細顆粒物(PM2．5)預警天數明顯增多。中日韓科學家就東北亞空氣污染物長距離輸送項目開展的共同研究顯示,韓國境內51%的細顆粒物來自本土污染因素,32%來自中國。

空氣污染的增多對韓國公共健康產生了不利影響。芝加哥大學能源政策研究所的空氣質量生活指數顯示，韓國國民的平均預期壽命將縮短1．4歲，而居住在首爾地區的預期壽命則會明顯縮短。此外，經濟合作與發展組織預測，到2060年，韓國將成為經合組織成員國中過早死亡人數增長最明顯的國家之一。

空氣污染問題也成了2017年總統選舉中的一個突出政治問題，甚至成為選民表示不贊成文在寅政策的最重要原因之一。特別是20到30歲的選民群體已將細顆粒物污染問題列為不支持文在寅政策的重要理由，目前81%的韓國國民對細顆粒物污染問題深表憂慮。

為了解決溫室氣體和細顆粒物排放問題，氫經濟就成了韓國政府計劃的一部分。韓國政府估計，如果2040年實現氫動力汽車的目標，每年細顆粒物可以減排2 373 T，溫室氣體可以減排2 728萬T。如果采取有力措施減少燃煤使用，隨著時間的推移，大量燃煤發電廠將會陸續關停。在2019年底，韓國已將燃煤發電廠發電量削減至產能的80%，而細顆粒物排放下降了46%。

4 韓國氫經濟路線圖

2019年1月，韓國正式發布了氫經濟發展的路線圖，其重點是氫的生產及其在運輸行業、脫碳工業和建筑行業的分配。該路線圖提供了目標和大綱，而后期韓國國民議會立法則為氫經濟發展奠定了法律基礎。

韓國戰略的核心是“采取措施創造更大的氫市場”，并在早期階段為私營部門提供支持，以長期發展氫市場，并實現規模經濟以降低價格。除了補貼氫項目、研發和監管改革以外，韓國還在努力開發氫燃料電池，并計劃到2022年建立三座氫示范城市[3]。這些城市將率先使用氫氣進行運輸、發電、供暖和冷卻，最終目標是到2040年覆蓋30%的韓國城市。

4.1 交通和建筑業

路線圖重點關注交通部門。盡管有溫室氣體減排的措施，但內燃機汽車仍然占據著全球市場的主導地位。作為其主要替代品，2018年電動汽車的全球銷量為210萬輛，僅占銷售總量的2．2%。2019年氫動力汽車的銷量僅為7 500輛，只占市場很小的一部分。據韓國政府估計，如果全球汽車市場中10%轉為氫燃料，氫動力汽車市場的價值總額將達1 250億美元。

目前，氫動力汽車盡管銷量偏低，但韓國希望到2022年將本國燃料電池電動車產量擴大至3．5萬輛，到2025年生產10萬輛，出口4萬輛。這10萬輛氫動力汽車還將與內燃機汽車展開價格競爭。到2030年，預計氫動力汽車將占韓國國內新車銷售總量的三分之一。

為了鼓勵在國內銷售氫動力汽車，路線圖要求為購買價格提供補貼，并投資研發。根據相關補貼計劃，隨著產量的增加，汽車價格降低，補貼水平也會下降。在2020年，韓國調整了對生態友好型汽車的補貼計劃，并將提供4 250萬韓元（3．47萬美元）用于購買氫動力汽車，根據目前的預算，2020年將在氫技術研發領域投入431億韓元。

除了客車，路線圖還呼吁將氫能擴展到其它交通領域。對于私人旅行，要求到2040年引進8萬輛氫動力出租車和4萬輛氫動力公交巴士，同期還計劃引進3萬輛運輸氫氣的卡車。另外，路線圖還涵蓋了氫氣為船舶、火車、無人機和建筑設備提供動力的研究領域，更多地關注于研發，目標是在2030年之前實現相關技術的商業化應用。

4.2 加氫站

與電動汽車相似，加氫站不足仍是氫動力汽車應用的最大障礙。路線圖要求將加氫站的數量從目前的34座增加到2022年的310座，2040年的1 200座。為此，韓國還計劃提供補貼和減少限制，以鼓勵建造新的加氫站，加快建設新站。

按照路線圖的要求，補貼也會根據加氫站類型而變化。在城市地區，韓國環境部將為每座加氫站安裝提供50%的成本補貼，最高可達15億韓元，而韓國國土、基礎設施和交通部將為每座高速公路加氫站提供7．5億韓元的安裝補貼。韓國還計劃放寬對加氫站地點的審批，采取監管沙盒的新機制，以便在短期內完成安裝。

4.3 發電和供電

目前，韓國的燃料電池發電量為307．6 MW，計劃到2040年將發電量提高到15 GW。其中，8 GW用于韓國本土，而7 GW用于出口。為鼓勵使用燃料電池發電，政府將為燃料電池設定專屬的液化天然氣價格，并在一段時間內維持可再生能源認證，從而為投資者提供一定程度的確定性。大力扶植綠氫項目，并為燃料電池發電構建一個長期穩定的價格體系。

2040年之前，燃料電池還將為家庭和其它建筑物提供2．1 GW電力。通過實施優惠電價的激勵措施，采用燃料電池系統替代公共機構的冷卻系統等強制措施，開展相關業務。如果實施順利，韓國國內氫需求將從2019年的13萬t增至2040年的536萬t。目前，韓國氫需求主要來自石化過程中的副產品。在早期階段，韓國使用液化天然氣生產氫氣，但從長遠來看，考慮生產綠氫，主要包括利用剩余的可再生能源和氫，同時積極開發全新的可再生能源項目。預計韓國將從2030年開始進口綠氫。為了便于進口綠氫的本土運輸，韓國正在考慮在進口接收站安裝管道，境內氫管道總長有望新增200 km。

韓國天然氣公司(KOGAS)也計劃到2030年投資4．7萬億韓元（40．6億美元）建設25座制氫設施和700 km新管道。從2030年開始，隨著韓國氫產量和進口量的增加，KOGAS希望在2040年之前將1 kg氫的國內單價從目前6 500～7 500韓元降至3 000韓元。

4.4 法律框架

2020年初，韓國國民議會通過了《促進氫經濟和氫安全管理法》。該法案是國際上關于氫經濟最早的立法，為政府的努力方向提供了法律框架。還特別成立了“氫經濟委員會”，由韓國總理擔任主席，該委員會將監督與工業推廣、分配和安全有關的問題。盡管該立法為政府開發氫燃料提供了法律框架，但根據執行情況還需要進一步完善。

5 韓國綠色新政

為了應對新冠疫情，2020年7月，文在寅政府制定了“韓國新政”（New Deal），不僅管理疫情的經濟后果，還為后疫情時期的經濟做好準備。韓國新政分為三大板塊，數字新政（Digital New Deal）、人權新政（Human New Deal）和綠色新政（Green New Deal）。

其中，“綠色新政”涵蓋了打造城市生活的綠色基建設施、推廣低碳分散型能源、構建綠色工業創新生態體系[4]三方面的內容，計劃到2025年投入42．7萬億韓元的政府資金，以創造65．9萬個就業崗位，并幫助經濟從新冠疫情的影響中復蘇，加快韓國向低碳經濟過渡。

作為綠色新政的一部分，到2025年將有20萬輛氫動力汽車上路，同時擴大對氫動力汽車的補貼。從2021年起，氫動力卡車將有資格獲得補貼，2022年商用車輛燃料再充電器將獲得補貼。到2025年，所有氫動力汽車都將獲得國家補貼。

根據其可再生能源組合標準(renewable portfolio standards，RPS)，韓國目前 7．6% 的電力來自可再生能源。RPS要求發電能力超過500 MW的生產商從可再生能源中生產更多的電力，或者購買可再生能源認證，在2022年比重達到10%。這些可再生能源認證是根據可再生能源發電的類型發布的，并基于不同的環境和技術考慮，對某些技術給予額外的重視。

在能源總體規劃方面，列出了韓國的長期能源政策目標和潛在的實施步驟，也支持向氫經濟的轉變。目標是到2040年，韓國30%～35%的電力來自可再生能源。高出2030年20%的原定目標值。同時強調了向生態友好型汽車的轉變，以及氫在韓國向可再生能源過渡計劃中的突出地位。

此外，韓國還在本土推廣使用氫氣。在蔚山地區，現代汽車集團將利用來自化工行業的氫副產品，蔚山也有望成為領先的氫經濟中心。到2030年，目標是15%的乘用車和40%的城市公交車使用氫燃料電池，并由60座加氫站提供氫。

6 工業部門的舉措

2019年3月，由韓國能源部牽頭，韓國天然氣公司、現代汽車和韓國液化空氣集團等13家公司共同出資1 350億韓元（1．187億美元），組建了一家特殊用途公司HyNet聯盟，計劃到2022年興建100座加氫站，到2022年加氫站總量將增至310座，并在2028年之前統管運營這些加氫站。

6.1 現代汽車集團

現代汽車集團是韓國最著名的氫燃料財閥。早在2013年，現代汽車推出了第一批量產燃料電池電動車途勝iX35。2018年，現代宣布了“FCEV愿景2030”計劃，現代起亞汽車集團及其供應商計劃投資7．6萬億韓元用于擴建設施和研發，目標是到2030年每年生產70萬套燃料電池系統。燃料電池電動車將需要50萬個燃料電池，其余的將用于鐵路車輛、無人駕駛飛機、船只和鏟車。除了擴大燃料電池設備的生產，這些投資預計將創造5．1萬個就業崗位[5]。

緊跟日本豐田汽車之后，現代汽車目前是全球知名的氫動力汽車銷售商。其Nexo中型SUV目前在韓國、美國和歐盟市場銷售，在全球銷售了4 987輛Nexo燃料電池電動車，其中在韓銷售4 194輛。作為其2030計劃的一部分，該公司希望在2022年將其燃料電池電動車銷量增至4萬輛，2025年達到13萬輛，2030年達到50萬輛。隨著環保法規的日趨嚴格，燃料電池電動汽車、電動汽車和內燃機汽車的總成本相當。

現代汽車集團認為，為了實現氫燃料在社會中的廣泛應用，必須要達到提高安全性、不斷開發相關技術降低成本以及提升公眾對氫作為替代能源優點的認識三個必要條件。為了推廣相關技術，現代汽車希望對外出售氫燃料系統，而不是繼續依賴于傳統的汽車銷售。

乘用車和商用車之間存在經濟協同效應的潛力，但現代汽車的商用車計劃還不夠成熟。2019年，現代汽車與瑞士H2能源公司成立了合資企業——現代氫移動出行公司，到2025年提供1 600輛重型卡車的租賃服務。雖然該合資企業目前立足瑞士，但預計今后還將擴展到歐洲其它地區[6]。2020年，現代汽車與美國能源署簽訂了一項諒解備忘錄，合作評估氫動力汽車技術的可行性。為了在美國市場取得成功，也需要美國政府或州政府通過建造加氫站來支持氫燃料行業的發展。

另外，現代汽車還宣布，計劃在2023年前在中國工廠生產商用車，并直供中國市場。

6.2 POSCO集團

2020年12月，POSCO集團正式提出了“推動氫經濟的綠氫領軍企業”的愿景，到2050年建立500萬t氫生產體制，在氫業務上實現銷售額30萬億韓元，由此開創未來清潔能源氫業務，引領脫碳時代[7]。

為此，該公司計劃到2030年之前，盡快開發出將水電解制氫、提取氫等關鍵技術，并具備配套的生產能力，將氫業務打造成為集團主打新業務之一，在未來氫市場獲得主導權。從長遠來看，通過自主生產和供應清潔氫能源，助力構建韓國氫生態體系，助力實現碳中和社會。

目前，POSCO主要利用焦爐煤氣和液化天然氣制氫，年產能約7 000 t，另外，通過提取約3 500 t副產氫氣，主要用于鋼鐵生產過程的溫度控制和防氧化等。此外，在全球首創氫燃料電池雙極板專用的鋼材產品，主要向氫能源電動車供貨，具備了氫生產和利用的基本能力。

今后POSCO將主要利用氫氣開展“氫還原煉鐵工藝”研究，并積極開發“生產—運輸—儲存—利用”氫氣所需的鋼材產品，增設副產氫的生產設備。除了強化制氫核心技術開發能力以外，還將探索“綠氫”流通及基礎設施建設，參與各類“綠氫”項目，并計劃推進大規模投資。由此，計劃到2025年將副產氫產能增至7萬t，到2030年與全球企業合作生產“藍氫”達50萬t。同時計劃到2050年建成500萬t“綠氫”生產體系，其中，在2040年具備年產200萬t的生產能力。

此外，POSCO還計劃到2050年正式構建以“綠氫”為原料的氫還原煉鐵廠，在鋼鐵領域也將正式開啟“脫碳”的氫時代。氫還原煉鐵工藝商業化后，每年最多可需要370萬t“綠氫”，屆時將成為最大的氫需求企業和生產企業。

POSCO為確?！熬G氫”生產和運輸所需的核心技術，通過與國內外研究機構開展技術合作，進一步與全球企業深化伙伴關系。與此同時，嘗試以氨氣為原料，提取氫，這是因為氨氣是氫氣與氮氣結合的產物，易于運輸和儲存，被認為是一種高效、經濟的載體（見圖1）。

通過集結集團上下的力量，共同創建“生產—運輸—儲存—利用”全周期的價值鏈。作為初期項目，POSCO鋼鐵公司計劃在鋼鐵廠區內建設加氫充電站等基礎設施，將鋼鐵運輸車輛、公司內部業務用車等逐步變更為氫能源電動車，打造以鋼鐵物流為基礎的氫生態體系，由此產生穩定的氫需求。目前，POSCO鋼鐵產品運輸大型卡車約有1 500輛，包括臨時投入的運行車輛，每年總量達5 000輛。

POSCO國際公司利用海外網絡，參與政府主導的加氫業務和海外氫項目。POSCO能源公司在建立氫專用接收端的同時，將現有的LNG渦輪機在30年內逐步轉為氫氣渦輪機。POSCO建設公司不僅負責與氫氣有關的城市開發項目，還將負責儲氫和輸送項目施工。另外，POSCO集團計劃于2021年初成立事業部，以RIST(POSCO產業科學研究院)為中心，與國內外研究機構推進研發合作，全面開展氫業務。

圖1 POSCO“綠氫”業務模式

7 前景與展望

近年來，氫作為新一代清潔能源而備受青睞，預計韓國年均需求總量將在2030年增至194萬t，到2040年將增至526萬t以上，應用領域也將逐步從石化產業擴大至運輸、電力等行業。

事實上，早在20世紀90年代末，盧武鉉政府就曾支持對氫能的研究，但李明博政府將重點轉移到了核能上，目前核能已經是韓國逐步淘汰的能源。目前，文在寅政府已正式宣布，提出氫經濟路線圖，成立氫經濟委員會，實施綠色新政，推動向氫經濟轉型。主要從氫燃料電池汽車和氫能城市入手，對研發和基礎設施進行必要的投入，以培育氫經濟的發展。如果韓國要想創建發展氫經濟所必需的生態系統，還需要在未來幾年內保持政策的一致性。