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在奥地利林茨奥钢联综合钢铁工厂绿色氢电解设施。 信贷:钢联股份有限公司
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2020年11月30日8:00

深度问答:世界需要氢来解决气候变化问题吗?

多个作者

11.30.20
金博宝188备用地址 深度问答:世界需要氢来解决气候变化问题吗?

氢气长期以来被认为是化石燃料的替代品,也是应对气候变化的潜在有价值的工具。

现在,随着各国采取净零战略以配合其国际气候目标,从澳大利亚、英国到德国和日本,氢再一次被提上了议程。

在最乐观的前景中,氢气可能很快动力卡车,飞机和船只。它可以热,平衡电网,帮助重工业,使一切从钢到水泥。

但是,用氢做所有这些事情将需要惊人数量的燃料,而燃料的清洁程度仅与生产方法相同。此外,对于氢的每一个潜在的变革性应用,都有必须克服的独特挑战。

在这种深入的Q&A中 - 包括一系列信息图表,地图和互动图表,以及数十名专家的观点 - 碳简短检查“氢经济”周围的大问题,并看起来它可以金宝搏bet188帮助世界避免危险的气候变化。

什么是氢,以及它如何可以帮助应对气候变化?

氢是宇宙中最轻最丰富的元素。它也是一种爆炸性的、清洁的气体,每单位重量的能量比化石燃料还要多。金博宝188备用地址

在氢经济中,氢将取代目前提供的化石燃料四分之五of金博宝188备用地址能源供应并发出大部分全球温室气体排放的比例。

这可能有助于实现气候目标,因为氢在燃烧时只会排放水,而且在生产过程中不会排放二氧化碳。(它的生产目前是排放830亿吨二氧化碳[MtCO2]。)

氢经济可能是无所不包的。或者,根据氢的可得性、相对于替代品的成本和性能,它可以填补每一个潜在应用的一系列缝隙。

在这两个极端之间,仍有潜力在达到净零排放方面发挥着非常重要的作用,需要戏剧性扩大其生产和使用。

“你是不是还是反对氢?这似乎是错误的问题。我认为这个问题是:你真的需要在哪里使用它吗?“说Jan罗斯诺夫博士监管援助项目

氢可以帮助解决“关键的”难以减少的行业,如钢铁和长途运输,说帖木儿居尔他是总部位于巴黎的世界卫生组织的负责人国际能源局金博宝188备用地址(国际能源署金博宝188备用地址)能源技术部门的主要负责人2019年的报告关于氢的未来。他告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“我认为氢有它的位置,它有相当重要的位置……但我认为,如果你的目标是净零排放,你就不会寻找建立一个氢经济,你会寻找一个脱碳能源部门。”金博宝188备用地址这是达到目的的一种手段。”

通过用电解 - 电解 - 或通过用热量或蒸汽分裂化石燃料或生物量来制造氢气,使用“改革“ 或者 ”热解“。可以捕获并存储任何CO2。

氢可以储存,液化和通过管道,卡车或船舶运输。它可用于制造肥料,燃料,热室,发电或驱动重工业。

这种潜在的氢“经济”如下图所示。这些插图的标题从一到三,说明了氢是如何被制造、移动和使用的。

氢气可以是储存

转换合成

燃料或运输通过

卡车,船舶或管道

氢经济

2.

网格

贮存

出口

如何低碳氢可以作出,

移动和使用

电解

供应和分配

太阳的

行业

加热

最终用途

生产

氢气可以是

使从电力,

生物能金博宝188备用地址源或化石燃料

碳捕获

运输

1。

改革

CCS.

化肥

生产

气体

二氧化碳

二氧化碳

氢气可以是使用

运输、工业、

发电,

化肥或加热

3.

煤炭

转换

石油

生物量

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图片由Tom Prater绘制。

一些氢经济的倡导者描绘了一个广阔的未来愿景,在那里它将取代目前由化石燃料占据的大部分社会、经济和地缘政治地位。

Saehoon金博士,在现代汽车的燃料电池部门负责人告诉一个英国能源金博宝188备用地址网络研讨会在七月:

“在过去,我们的技术和行业都是关于收集油,交付油和使用石油。现在,在未来,它将收集阳光,提供阳光和使用阳光 - 以及可能的是氢气。“

在这个构想中,太阳能——以太阳辐射和风能的形式——通过电解转化为金博宝188备用地址氢气,然后在世界各地运输。

作为一种全球交易的大宗商品,氢可能会重塑地缘政治版图,结束对化石燃料出口国的依赖,并改善进口国的能源安全。金博宝188备用地址

在其2019年报告中,国际能源署将工业发展和技术工作列为氢的潜在优势。该公司表示,氢具有灵活性和多用途性,可以作为燃料,也可以作为地点之间的能源载体,以及通过存储在一天或一年的不同时间之间的能源载体。金博宝188备用地址

根据IEA的2019年报告,它还可能延长化石燃料和天然气管道等相关基础设施的寿命氢的报告说:

“CCUS(碳捕获、使用和储存)被用于降低化石燃料制氢的二氧化碳强度,这将使一些化石燃料资源能够继续被使用。”

城市燃气管在地面维修。
城市燃气管在地面维修。信誉:安德尔·布吉斯诺/ alamy股票照片。

此外,氢气经济有助于平衡使用可变可再生能源以产生电力。电解可以吸收多余的用品,当风或太阳很小时,氢气可能是在燃气轮机中燃烧确保电力需求得到满足。IEA解释道:

“通过生产氢气,可再生电力可以用于化学燃料更好的应用。低碳能源可以长距离供应金博宝188备用地址,电力可以储存,以满足每周或每月的供需失衡。”

这意味着,氢可以帮助加强和连接目前用于供热、电力、工业和交通的很大程度上独立的能源系统,这个想法被称为“金博宝188备用地址部门的耦合“。

而且,制造和使用氢气所需的技术有可能受益于可再生能源的政策和成本降低经验成为廉价

考虑到所有这些优势,国际能源署的报告称,“在未来,设想一个全面的低碳氢经济是很诱人的。”但它补充道:

“然而,其他清洁能源技术的机会最近有了很大的金博宝188备用地址改善,最重要的是直接使用电力的解决方案,这意味着未来的氢可能更多地是集成到多样化和互补的能源网络。与其他(低碳)竞争对手相比,氢在某些终端行业的使用面临技术和经济挑战,因此情况尤其如此。”

同样,彭博财经网的资深撰稿人Micheal Liebreich在一篇文章中写道最近的一篇文章“从表面上看,(氢)似乎是所有能源问题的答案。”金博宝188备用地址但他补充道:“遗憾的是,氢也有同样令人印象深刻的缺点。”

氢的优势

  • 清洁燃烧,只释放水和能量。金博宝188备用地址
  • 每单位重量能储存比大多数金博宝188备用地址其他燃料更多的能量。
  • 可以由低碳来源制成。
  • 可以用作燃料,将能量从一个地方传送到另一个地方,作为一种能量储存形式或作金博宝188备用地址为化学原料。
  • 可用于“难以减少”的行业的脱碳。
  • 为能源安全、产业战略和空气质量提供更广泛的好处。金博宝188备用地址

氢的缺点

  • 今天几乎所有的生产都来自高碳源。
  • 目前生产成本昂贵,降低成本也不确定。
  • 体积庞大,运输和储存费用昂贵。
  • 生产效率低下,成本增加,总体上需要更大的能源供应,清洁能源生产的规模甚至更快。金博宝188备用地址
  • 供应链和价值链为它的使用很复杂,需要协调。
  • 需要新的安全标准和社会认可。

国际能源署表示,目前面临的挑战包括高昂的成本,以及成本如何随时间发展的不确定性。见下文).它补充道:

“氢有安全风险,高昂的前期基础设施成本和一些化石燃料供应和分配的工业动态,特别是与CCUS配合使用时[碳捕获、使用和储存].目前还不清楚市民对氢的这些方面会作何反应。”

国际能源机构还说,由于氢的复杂性,存在“先有鸡还是先有蛋”的风险供应和价值链,这使得逐步部署更加困难。

例如,用化石天然气替代建筑供暖将依赖于大量低碳氢的供应,以及适当升级的基础设施来分配和安全燃烧燃料。

对氢气的政府和政策支持也有不确定性,尽管各国名单正在开发专用的氢策略(见下文).

低效率是另一个重大挑战,在生产和使用氢气中的每一步都浪费了更多的能量比许多替代品。金博宝188备用地址

国际能源署表示:“以氢为基础的燃料可以利用现有的基础设施,价值链的变化有限,但代价是效率损失。”

经济学家说氢是“不可避免的低效”,而金博宝188备用地址能源技术研究所总工程师在2018年写道::“基于对相关技术的了解,对经济的全面采用氢气进行全面采用的战略看起来严重效率。”

下面的图表显示了为什么电动汽车比氢燃料电池汽车或那些使用从氢中提取的合成燃料的汽车效率高几倍。

它是一个类似的故事什么时候比较带氢气锅炉的电热泵,或者在效率时储存多余电力以氢的形式,供以后使用。

IEA解释道:

“所有金博宝188备用地址能源公司,包括化石燃料在内,在每次生产、转换或使用时都会遇到效率损失。就氢而言,这些损失可以在价值链的不同步骤中累积。在将电能转化为氢气、运输和储存后,再将其在燃料电池中转化为电能后,输送的能量可能会低于最初输入电能的30%。金博宝188备用地址

“这使得氢比电力或用于生产它的天然气更‘昂贵’。它还提出了在任何价值链中尽量减少能源载体之间的转换数量的理由。金博宝188备用地址也就是说,在没有能源供应限制的情况下,只要重视二氧化碳排放,效率在很大程度上可以是一个经金博宝188备用地址济问题,在整个价值链的水平上加以考虑。”

实际上,基于化石燃料的传统能量系统是金博宝188备用地址已经高度效率低下,燃烧发动机汽车返回汽油中的能量的20%作为有用的前进运动。金博宝188备用地址同样,平均效率燃煤电厂是只有33%。

这表明低效率并不是使用氢的根本障碍。相反,低效率可能会因为更高的成本和更大的能源供应需求而阻碍氢的使用。金博宝188备用地址

最后,尽管成本、效率和技术性能都是需要解决的重要因素,但“除了技术经济之外,还有一些真正关键的驱动因素,”他说托马斯空白,高级主管工业和重型运输在落基山研究所

谈到欧盟最近发布的氢战略(见下文),他告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“最终,对欧盟来说,驱动它的不一定是成本,而是能源供应安全,减少(俄罗斯石油和天然气进口)对普京的影响,以及创造就业机会。金博宝188备用地址目前,氢能源机遇的这些方面被低估了,而它们将推动事情向前发展。”

哪些国家正在探索氢的使用?

去年,国际能源局金博宝188备用地址(IEA)制作了关于该报告氢的未来他指出,该公司“目前正享受着前所未有的政治和商业势头”。

它将2019年描述为能源承运人的“批判年份”,并概述了支持其在能源应用中使用的政策和研究的稳步金博宝188备用地址增加。

包括国际能源署在内的有影响力的组织氢委员会英国石油公司,所有人都揭示了他们未来的重要性和其他人的愿景预示21世纪20年代被称为“氢的十年”。

利用可再生电力生产“绿色”氢气的管道正在迅速扩大,近三倍在今年早些时候的五个月内。然而,这些项目仍然对全球能源系统进行了边际贡献。金博宝188备用地址

仅有的197个政党中的6个2015年巴黎协定在他们的第一章中提到了“氢”国家决定捐款但随着一波又一波的国家对该协议的兴趣越来越大,受到了零的目标,阐述国家氢策略。

一个最近的评论由这件事世界能源理事金博宝188备用地址会德国章节发现,20个国家介绍了这种战略或“濒临依赖”。

下图是基于安理会与碳简介共享的更新分析。金宝搏bet188它显示另外33个国家朝着这个方向发展。这导致小组得出结论,到2025年,这些战略可能会涵盖占全球GDP超过80%的国家。

选定国家对氢的支持程度,包括国家战略、试点和示范项目以及政策讨论。这是根据Ludwig-Bölkow-Systemtechik GmbH (LBST)和世界能源理事会(World Energy Council)德国分会的一份报告得出的数据。金博宝188备用地址乔·古德曼(Joe Goodman)为Carb金宝搏bet188on Brief绘制的地图。

最重要的声明之一是欧盟委员会的“氢的策略该计划包括一个雄心勃勃的目标:到2030年,欧洲电解槽产能将达到400吉瓦(GW),以生产“绿色”氢气。

对于上下文,2000年至2019年,全球部署了0.25gW绿色氢工程的总容量,根据咨询Wood Mackenzie。

在一个新闻发布会推出战略,欧洲委员会副总裁Frans Timmermans将“清洁”氢气作为欧盟的“至关重要”绿色交易“,将净零排放量目标为2050。

“大部分能源过渡将专注于直金博宝188备用地址接电气化,但在钢铁,水泥,化学品,空中交通,重型运输,运输等领域,我们需要别的东西。”

这种野心被几个欧洲国家挥霍,包括德国葡萄牙荷兰,释放自己的氢策略,一些在“中的背景”绿色复苏“从Covid-19大流行。

在压力下与欧洲邻居,英国部长已经说过他们很快将宣布一项“世界领先”的氢战略,以帮助实现这一目标2050年零的目标.国家电网已表示氢将被要求”为了达到这个目标。

近期承认最近国家氢策略的“势力”环境审计委员会听力英国商务大臣阿洛克·夏尔马(Alok Sharma)表示,政府预计将在“明年初(2021年)”发布自己的产品。

总理鲍里斯·约翰逊的“10分计划”为‘绿色工业革命’提及在氢气上的“高达500米(667米)”的支出,包括未来十年的5GW低碳生产能力的目标。

这是大大减少比其他一些欧洲国家。德国人士表示,在清洁氢生产和出口海外技术,达到2030年的目标,在2030年的目标容量相同的情况下,将花费9亿欧元。

下面的地图展示了世界各地目前和计划中的氢气产能,并显示了欧洲目前在未来生产计划方面的领先地位。

(使用左上角的开关在两者之间切换。)

目前和计划中的低碳氢生产能力,数千吨。请注意,根据捕获和储存的二氧化碳排放量的比例,使用CCS技术生产化石燃料的能力将被列为零碳排放。计划中的项目可能不会全部进行下去,因为它们处于不同的开发阶段,包括没有明确时间表或确定投资决策的项目。资料来源:公开提供的最新版本IEA氢工程数据库, IEA向《碳简报》(Carbo金宝搏bet188n Brief)提供。汤姆普拉特地图碳简介。金宝搏bet188

然而,在他的演讲中,蒂默曼斯表示,虽然欧洲一直领先,但其他国家正在迎头赶上计划沙特阿拉伯的一个大型氢气厂使用了4千兆瓦的风能和太阳能。“(氢)已成为全世界新能源的明星,”他表示。

最近,一位能源专业人士将这个市场的竞争和对新项目的资金争夺称为“氢战”金博宝188备用地址彭博

特别是日本,自20世纪70年代以来一直在探索将氢作为一种能源金博宝188备用地址2017氢策略宣布计划建立第一个“基于氢气社会”。

日本政府在因新冠肺炎疫情而推迟活动之前,曾打算展示它的进步在2020年东京奥运会上,使用氢气为奥运火焰和100辆车供应游戏的巴士。韩国一直另一个早期采用者。

其他国家,包括澳大利亚新西兰美国已经公布了计划,要调动本国丰富的可再生资源,成为绿色氢的主要出口国亚洲部分地区和欧洲。

负责欧洲绿色协议的欧盟专员弗朗斯·蒂莫曼斯在欧盟委员会总部的新闻发布会上发表讲话。
负责欧洲绿色协议的欧盟专员弗朗斯·蒂莫曼斯在欧盟委员会总部的新闻发布会上发表讲话。图片来源:路透社/ Alamy Stock Photo。

然而,当中国氢技术和两大权力之间的竞争时,中国被视为欧洲最大的竞争对手可以帮助降低价格。

已经是世界的最大作为氢的生产者和使用者,中国已经开发氢燃料电池近20年了。前科技部部长万188bet博彩公司怎么样功是中国电动汽车战略的先驱它“应该调查建立氢社会”。

金博宝188备用地址能源公司,例如贝壳英国石油公司此外,还具有氢计划,致力于将低碳氢项目部署为其净零排放目标的组成部分。

与此同时,一度被认为是氢技术领先国家的美国,一直近年来逐渐落后。

(虽然上面的地图显示了相当大的计划氢容量,但它被扭曲了一个大型项目该公司表示,它打算在2023年之金博宝188备用地址前建成一个利用生物质生产氢气的设施。)

一个最近的报告由该国几家石油公司和汽车制造商支持的声明称,氢“在保持美国全球能源领导地位方面发挥着关键作用”:金博宝188备用地址

“其他国家,如德国、日本和中国,正在开发氢基础设施,并投资于氢经济的基础。美国不应该落后。”

限制气候变化需要多少氢气?

在这篇文章的两次面试中,通过达到净零排放来避免危险的气候变化,需要广泛共识。关于世界需要多少氢气的达成一致性以及将使用哪些部门。

和电一样,氢也是一种金博宝188备用地址能量载体或“能量矢量金博宝188备用地址”。简单地说,这意味着它是一种存储、移动和使用从其他来源提取的能量的方便方式。金博宝188备用地址

至关重要的是,电力和氢气的生产可以脱碳。(查看:哪些国家探索使用氢气?)这些零碳能源载体对于实现净零至关重要。金博宝188备用地址

电气化播放主导作用路径识别由这件事政府间气候变化小组政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告显示,目前还无法解锁某些领域,比如长途运输。

这使得氢对于达到净零“至关重要”,说大卫·约菲博士他是英国咨询公司碳预算主管气候变化委员会.他告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“在我们看来,您应该在任何地方都能看到电动。在那里,这是一个非常昂贵的,或者在哪里是不可行的,这是您正在寻找氢的角色。“

与电不同的是,储存在氢中的能量是通过相对稳定的化金博宝188备用地址学键携带的,而不是更短暂的电荷。这意味着它的能量更容易储存、运金博宝188备用地址输和转化为其他分子用作燃料或化学原料。

“总有一些应用场合不适合电气化,”他说梅雷迪思附件,作用于氢气和加热和冷却的头部BloombergNEF

“这可能是因为你需要一个燃料分子[更高]金博宝188备用地址能量密度,或用于化学反应,或用于储存的持久性。因此,我们认为氢燃料和低碳燃料对净零经济是不可或缺的。”

尽管预计氢在实现净零排放方面的作用要小于电力,但从今天开始,氢的生产和使用仍需要大幅增加。

氢燃料的急剧扩张将取决于政策决定、社会选择、相对成本和技术性能,以及每种燃料的潜在应用。

在未来,低碳氢的制造成本是多少,以及在多个经济领域成功大规模部署这种燃料的难度有多大,都是不确定的。

其结果是,全世界以及各个国家或地区都有广泛的氢能使用途径,以模拟如何减少排放以避免危险的气候变化。

金宝搏bet188《碳简报》分析了一系列深度脱碳情景下的氢使用情况,以衡量整体的采用水平和特定的最终用途部门。

下图显示了……的比例最终能量金博宝188备用地址到2050年,全球(顶部)、欧盟(中间)和英国(底部)将实现深度脱碳。

每一行都显示了单个报告或组织的调查结果,浅蓝色的条形图显示了不同情况下的氢共享范围。中心估计值和最大电位分别显示为中蓝色和深蓝色的圆圈。

氢气提供的最终能量的份额份额金博宝188备用地址
最终由氢提供的能源份额,%。金博宝188备用地址2019年的全球份额(最高)与2050年的全球份额(上),欧盟(中)和英国(下)。范围(浅蓝色条)表示相关场景的传播。中心估计(中蓝点)和最大采用(深蓝色)也显示。来源:碳简要分析金宝搏bet188列出的研究和分析欧盟委员会的联合研究中心.看联系表参考。Joe Goodman进行碳简介的图表金宝搏bet188Highcharts

从图表顶端的全球研究来看,到2050年,氢将达到最终能源的零到30%。金博宝188备用地址上限是理论上的最大值,而不是现实的潜力。

覆盖欧盟的方案也有类似的范围,根据欧盟委员会的方案,到2050年净零排放的上限为23%联合研究中心

值得注意的是,这篇文章分析了英国的途径包括多达被氢满足在2050年最终能源的一半,远高于欧盟和全球研究的份额。金博宝188备用地址

金宝搏bet188碳简介了解新建议气候变化委员会(CCC),12月9日到期,将有氢的股票的场景,以少于总数至三分之一。

重要的是,场景的氢气用途取决于几个因素,包括建模者的假设他们的模型的细节水平和模型路径的雄心。

前英国政府顾问人韦认为“在许多方面,在英国将其雄心从2050%降至100%后,在英国雄心所以来下,氢气[是大奖赛的大奖赛。这是支持的研究显示了一个方案的雄心和氢吸收之间的相关性。

在任何特定模型或场景中使用的低氢气利率可能反映了关于其成本或技术潜力的过时的假设,相对于每个最终使用的其他脱碳选项。

类似地,表现出广泛使用氢的情景可能反映了关于在氢生产和使用中可以实现的潜在成本降低的过度乐观假设,或者可能会以不切实际的快速速率看到其产出缩放。

“从历史上看,在有影响力的全球能源情景中,氢的作用是有限的。金博宝188备用地址研究希拉博士Samsatli在巴斯大学,与国际同事。它补充道:

“从一个过于简化的模型中得到的结果和结论可能具有误导性,甚至可能是错误的。在氢的情况下,如果一项技术没有出现在结果中,那么就不可能确定这是由于该技术的固有缺点,还是由于模型不能充分反映该技术的好处。”

在图表中查看全球研究,上面,最低水平的氢气使用是IPCC的在1.5C 2018特别报道.这种低摄取可能部分反映当时可用的建模文献的年龄,氢气可能被认为是昂贵的。

BP最新的氢气功能更强烈金博宝188备用地址能源展望它建立在“氢和生物能源在能源转型中可能发挥作用的更全面模型”的基础上。金博宝188备用地址

其“净零”途径 - BP所说的广泛符合1.5C场景 - 将氢气使用达到58个exajoules(ej)到2050年,占最终全球能源需求的15%左右。金博宝188备用地址

英国石油公司指出,在这一途径中氢的使用处于IPCC方案的“范围上限”,即当排放达到净零时,对氢的需求在15-60EJ之间。

该公司的展望补充说,这“可能反映出,IPCC的许多设想是在过去几年政策和私营部门对氢的兴趣增加之前编制的”。

在一个报告发表于2020年3月,BloombergNEF为氢气奠定了更强烈的情况。它确定了2050年满足最终全球能源需求的最大技术潜力。金博宝188备用地址

在将预热至1.5℃的途径中,总体上限和能量使用总体的能量使用远低得多,BNEF看到氢会满足最终全球能源需求的24%,如上图所示。金博宝188备用地址

公司是最近的。”新能源前金博宝188备用地址景“预计到2050年将使用8亿吨氢(MtH2),以满足全球最终能源需求的四分之一,同时将气温升幅控制在远低于2摄氏度的水平。”金博宝188备用地址

如果全部采用电解方式,将需要36000太瓦时(TWh)的电力。BNEF指出:“这比当今世界生产的电力多38%。”

BNEF的新能源展望预金博宝188备用地址计,氢的使用量将在电力部门(30%)、工业(30%)、交通(25%)和建筑(15%)之间划分,如下图所示。

最近的另一个研究是国际能源机构(IEA)金博宝188备用地址金博宝188备用地址能源技术的角度,于2020年9月出版。这表明,到2050年,氢的使用只满足不到7%的最终能源需求,其中交通(44%)、工业(28%)、电力(19金博宝188备用地址%)和建筑(9%)。

到2070年,如果全球变暖保持在2摄氏度以下,国际能源署预计氢将满足最终能源需求的13%,各部门之间的总需求分布不均。金博宝188备用地址如右图所示,氢将满足航运和航空的大部分能源使用,但几乎不用于建筑。金博宝188备用地址

最终能量需求金博宝188备用地址
左:IEA能源技术的氢气使用透视可持续发展场景,每年数百万吨金博宝188备用地址(左轴)和作为最终能源(右轴),2019-2070的份额。右:每次最终使用部门2070年最终能量的氢份份额。金博宝188备用地址资料来源:IEA金博宝188备用地址能源技术观点2020

Samsatli及其同事的研究得出结论,行业和重型运输为氢气提供了最大的机会。它补充说,如果建造大规模的氢基础设施来服务这些行业,那么气体也可以在其他地方提供灵活性,例如电力部门。

艾玛冒牌的他是美国贸易集团首席执行官金博宝188备用地址英国能源,讲述碳简介:“金宝搏bet188氢气最强的商业案例是少数替代品的行业。”

平奇贝克说,这可能包括航运、重工业或供暖行业,不过她也指出:“电气化将是解决供暖问题的重要途径。”铜锌补充道:

“从根本上说,能源市场的未来价值将主要体现在电子和灵活性方面。金博宝188备用地址因此,氢燃料需要弄清楚它将如何适应这种模式……氢燃料确实是一个很有吸引力的解决方案,但挑战在于它如何具有商业吸引力,以填补经济空白,而电力无法做到这一点。”

为什么现在氢又被“炒作”了?

氢气得到了许多报纸社论和世界各国领导人作为一个修复到今天的问题,从驾驶“绿色复苏”是继Covid-19大流行减少英国对电动汽车电池的依赖。

这种将氢作为能源解决方案的热情并不新鲜。金博宝188备用地址第一个氢气内燃机在1807构造和从电解槽取代煤辩论周围使用氢出现早在1863年。

汤姆布朗博士该公司的能金博宝188备用地址源系统模型师卡尔斯鲁厄理工学院,概述了一些早期的历史一系列的最近的Twitter帖子。他告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“事实是……只要你足够聪明,基本上任何事情都可以用氢做。人们在很早的时候就意识到了这一点,并且它一直作为一个主题反复出现,但只有当你拥有非常低成本的电力时,它才会真正变得重要。”

这一点的一个早期的例子来自20世纪20年代的100多兆瓦(MW)的氢电解器,以供应肥料行业,在挪威和印度等地方使用廉价水电。

随着其他行业的电力需求增长,以及廉价的化石燃料可用于氢生产,这些早期的努力被淘汰了。然而,从那以后,已经有几个炒作周期政府也在努力让氢气脱离地面。

“氢经济术语”是第一个创造1970年被化学家发现约翰教授Bockris,他愿景一个由太阳能和核能产生的氢气驱动的世界。

同年,一篇论文以“朝向液态氢燃料经济经济性”的标题劳伦斯琼斯教授是密歇根大学的物理学家的结论:

“作为一种无污染的燃料,(氢)必须被认真考虑为21世纪碳氢化合物的合理替代品。”

氢的发展燃料电池对于商业应用开始后不久开始石油输出国组织(opec)强加了一个禁运在这一点美国,日本和西欧,提高价格并提示寻找替代燃料。

随着禁运的解除,新的化石燃料的开发和石油价格的下跌,人们的兴趣减弱了。下一个“虚假的黎明“氢经济进展了20世纪90年代,当汽车制造商特别倾倒投资这项技术。

这次,根据在国际能源署(IEA)看来,油价“在这十年的后半段一直处于低位,扼杀了本可以推动这些项目向主流靠拢的支持”。

美国总统布什发表2003年国情咨文
美国总统布什发表2003年国情咨文。图片来源:路透社/ Alamy Stock Photo。

在担心“石油峰值2003年,美国总统乔治•W•布什(George W Bush)宣布注资12亿美元氢燃料倡议在他的联盟地址希望“由今天出生的孩子推动的第一辆车可以由氢气提供动力”。

然而,这种炒作又一次相对短暂,如下图所示,在2008年达到峰值后,全球政府在氢方面的支出开始下降。(请注意,该图表只包括30个IEA成员国和欧盟。这还不包括中国。)

氢和燃料电池技术的研究和开发支出
国际能源署和欧盟的30个成员国在氢和燃料电池技术上的研发支出。金博宝188备用地址来源:IEA..Joe Goodman进行碳简介的图表金宝搏bet188Highcharts

“21世纪后半期,当氢经济没有真正实现时,它再次被搁置了。”Gniewomir FLIS他是智库的金博宝188备用地址能源和气候顾问集市Energiewende,讲碳简短。金宝搏bet188

气候变化一直是氢能讨论的主题,但对石油供应和价格的担忧一直占据主导地位,道路车辆一直被视为主要目标市场。

因此,在每一轮的兴趣中,每当石油成本下降或新的化石燃料供应被释放时,围绕氢的兴奋往往会消退。

Ad van Wijk教授在未来的能源系统教授金博宝188备用地址代尔夫特理工大学他告诉《碳简报》金宝搏bet188,这一次的情况不同:

“当然,你所看到的是一个非常不同的系统改变,那就是可再生能源变得非常便宜。这是主要的司机。“

成本下降可再生能源带来的热情劲浪的丰富,成本低功耗许多人认为作为氢成功的先决条件现在可以实现。

至关重要的是,气候目标巴黎协定2015年不太可能实现,除非脱碳达到经济的每个角落,包括“hard-to-decarbonise“钢铁生产,航空等部门。

国际可再生​​能源机构金博宝188备用地址(IRENA)建议氢可能是全球能源系统中“缺失的一环”,有助于减少所有这些难以实现电气化的部门的排放。金博宝188备用地址

(Sunita Satyapal,主任美国能源部的金博宝188备用地址氢办公室的负责人告诉Carbon Brief,金宝搏bet188相对便宜的氢的可用性意味着人们的兴趣已经远远超出了道路运输:

她说:“氢的一个关键好处是,它可以为各种应用提供价值,并有助于整合行业。”

与此同时,Flis指出,石油和天然气巨头已经开始推动氢作为替代燃料。“他们开始意识到,他们最终将不得不做出改变,”他表示。

来自世界上最大的石油生产商、汽车制造商和工业公司的首席执行官们组成了这个组织氢委员会国际能源署(IEA)和国际能源署(IRENA)等机构对氢的兴趣,帮助将其推到了聚光灯下。

最近推出可再生氢联合按关键贸易机构展示了风和太阳能行业的支持方式,并承诺有重点贸易机构,以帮助“开发将使可再生氢主流的商业模式和市场”。
本·加拉格尔一位分析师专业咨询公司伍德 - 麦肯兹氢经济,告诉碳简介,归根结底,最重要的因素是,这种技术只是“更有经济意义......比以往任何时候都”。金宝搏bet188

低碳氢是如何产生的?

几十年来,对氢的需求已经稳步上升站在根据国际能源署的数据,大约是7000万吨。其中绝大多数是由化石燃料制成的,二氧化碳排放量很高。

该机构表示,满足所有这些用电需求将需要3600太瓦时(TWh)的专门生产——“超过欧盟每年的总发电量”。

在与其他气体的混合物中,在工业中使用额外的45mt氢气,例如钢和甲醇生产。

几乎所有的应用,如炼油和化肥生产今天纯氢被使用,不要加热建筑物,驱动卡车或发电。

一份报告关于2020年初发布的行业现状,Wood Mackenzie结论是,虽然氢的需求已经在过去十年中增长28%“相比,多项新技术的小”这种增长。(风能和太阳能输出具有飙升在同一时期。)

“如果对低碳氢的需求成长,市场将会看到增长的高潮。但我们尚未见过爆炸,“在不幸的措辞中,木头麦肯齐注释说,”Wood Mackenzie Notes。

“低碳氢”一词在这里至关重要,因为尽管所有的氢燃烧都不会产生温室气体排放,但不同的生产方法对气候的影响存在很大差异。

氢气管道。资料来源:蒂森克虏伯欧洲钢铁公司/ Alamy
氢气管道。信用:Thyssenkrupp钢铁欧洲/ alamy。

氢的产生通常由不同的颜色来表示。为了脱碳,两种最突出的品种是“绿色”和“蓝色”。(国际能源署避免这些标签作为生产的环境影响可能在单一颜色类别中很大。)

制氢类型

  • 绿色:由可再生电力驱动的电解发电。
  • 蓝色:生产基于化石燃料,但捕获了二氧化碳排放。
  • 灰色:使用化石气体制造,没有捕获排放物。
  • 黑色:用煤制成。
  • 棕色:用褐煤制成。
  • 绿松石:在一个被称为“热解”的过程中,热量被用来分解化石气体。
  • 紫色,粉红色或黄色:来自核反应堆的电力和热量均可用于生产氢气,但这些方法没有广泛商定的颜色。
  • 不同意:生物质生产。

绿色氢通过电解产生,使用从可再生能源产生的电力来使用电流将水分成氢气和氧气的过程。该标签有时会误导地应用于来自电网电力的氢,只能与网格本身一样“可再生”。

另一方面,蓝色氢通常通过使甲烷气体与蒸汽反应,然后捕获并储存所得的二氧化碳排放来制备。在蒸汽甲烷重整这是最常见的方法,燃烧化石气体作为燃料,同时用作原料。

目前来看,绝大多数氢不是绿色或蓝色的,而是使用化石燃料制造的,没有任何碳捕捉。以煤、褐煤和气体为原料而不进行碳捕捉和储存(CCS)的生产方法分别被称为“黑”、“棕”和“灰”。

根据根据国际能源署的数据,76%的氢气来自天然气,23%来自煤炭(后者主要在中国),只有2%来自电解。目前只有不到0.7%的氢生产来自低碳的绿色或蓝色供应。

此外,氢气生产消耗了全球6%的天然气和2%的煤炭,每年产生8.3亿吨二氧化碳,略高于德国的年排放量。

在短期内,灰色氢气可能仍然是最便宜和最广泛的生产路线,因为目前没有低碳生产方法在成本上与它竞争。(看:“How much is it going to cost?”

为了实现净零排放,氢生产需要从灰色转变为绿色和蓝色。下一节将讨论这两种变体所扮演的角色。'蓝色'氢气在零零的未来有一个地方?

除了基本的调色板,还有一些其他的生产方法——其中一些是低碳的——可能有助于未来的氢需求。

还可以使用核能驱动的电解产生的氢气。根据IEA有“无建立颜色”用于经由核动力产生的氢气,但报道不同地称为它为“黄色的“,”粉色的”和“紫色的“。

此外,核反应堆产生的热量可以通过产生蒸汽来生产氢气更高效的电解或以化石气为基础的蒸汽甲烷重整。

从长远来看,先进核反应堆的高温可以直接从水中提取氢热化学分解.这些项目仍处于开发的早期阶段。

教授罗宾·格里姆斯他最近撰写了《皇家学会》(Royal Society)一书关于“核热电联产”,即在“难以脱碳”的领域利用反应堆产生的热量发电的过程。

虽然到目前为止,没有使用核能的大规模氢气生产设施在任何地方建立,但GRIMES告诉碳简介这两种行业将受益于更大的整合:金宝搏bet188金博宝188备用地址

“核能并没有被孤立,只能产生基本负荷的电力,实际上核能是解决方案的一部分,因为它的热量可以在不需要电力的时候直接使用。”这就是热电联产的想法。”

在氢研究的早期,利用核能生产氢是一个流行的想法,现在也是仍然法国倡导,俄罗斯美国,已经依赖于核的大部分电力供应的国家。

西沃核电站,维恩,普瓦图-夏朗特地区,法国。图片来源:imageBROKER / Alamy Stock Photo
西沃核电站,维恩,普瓦图-夏朗特地区,法国。图片来源:imageBROKER / Alamy Stock Photo

一个报告通过咨询清醒催化剂认为要达到国际气候目标所需的氢气量“远远超过可再生能源的产量”,这使得核能氢成为一种必需。

Lucid的报告认为,有一条通往廉价核能的清晰道路,再加上廉价的高温电解槽,将使核能驱动生产成为最便宜的制氢方式,部分原因是更高的转换效率。金博宝188备用地址

然而,据IEA称,利用核热制造电解氢所需的固体氧化物电解电池(soec)比其他品种昂贵得多。它他们的成本高达每千瓦5600美元,大约是其他电解器的三到五倍。

该机构还笔记在其氢报告中指出,soec是“最不发达的电解技术”,尚未商业化。

也可以使用生物质生产氢气,虽然是IEA得出的结论是需要复杂的加工,缺乏足够的便宜和可持续生物质这使得它没有其他“低碳”技术那么吸引人。没有颜色分配从生物质到氢气。

还有"绿松石氢气,甲烷的副产品热解它利用热量将化石气体分解成氢和碳。

这仍然是一个利基战略虽然规模很小,但确实存在一直工业利益考虑到其碳副产品的潜在有用应用。

如果绿松石氢是由可再生能源或核能提供动力,并将产生的碳储存起来,那么绿松石氢就有潜力成为低排放的选择。

然而,一个最近的研究结论是,由于蓝色氢气,它仍然会产生由于用于为该方法提供必要的热量的气体而产生的大量排放。

'蓝色'氢气在零零的未来有一个地方?

周围有蓝色的氢的实现净零排放的贡献相当大的争议。一些人认为它一个显著的作用,也有人认为最多而绿色氢规模的扩大,它应该被用来作为临时的解决方案。

与此同时,某些人活动人士科学家们他们认为,蓝色氢将国家锁定在化石燃料使用和甲烷排放泄漏的未来,这意味着应该完全避免使用蓝色氢。

如下图所示,目前计划在全球范围内迅速扩大绿色和蓝色产能。(请注意,并非所有的提议都能实现,图表中大约一半的计划产能来自于三个主要方案:Solena的“等离子气化”方案。建议在美国,在图表中标记为“其他”;的H21蓝色氢气方案在英国;和亚洲可再生能源枢纽金博宝188备用地址计划在澳大利亚。)

估计每年生产数千吨氢气
据估计,全球氢气生产能力为每年数千吨,分为使用可再生电解生产的绿色氢气(黄色)、使用含有碳捕获和储存的化石气体生产的蓝色氢气(蓝色)和使用其他技术生产的氢气(灰色)。最右边的一栏表示没有分配完成日期的项目。并不是所有的项目提案都会被采纳。资料来源:公开提供的最新版本IEA氢工程数据库, IEA向《碳简报》(Carbo金宝搏bet188n Brief)提供。Joe Goodman进行碳简介的图表金宝搏bet188Highcharts

上图中的项目管道大致反映了净零场景下生产方法的分裂BP的能量金博宝188备用地址前景到2050年,美国最终能源消耗的16%来自氢——一金博宝188备用地址半是绿色,一半是蓝色。

并非只有石油巨头在描绘蓝色氢气的未来。气候变化委员会(CCC)指示路径对于英国的净零主要依靠蓝色氢气,但是碳简要了解更新的指导,预计在12月,将指向绿色更大的份额。金宝搏bet188

蓝色氢的支持者争辩说,净零是必要的,因为它既可立即可用,允许在短期内更好地利用可再生电力资源。它也可以整合到现有的化石天然气基础设施中。

在能源前景的推金博宝188备用地址出,BP集团首席经济学家斯潘塞·戴尔专注于绿色氢气将“约束氢气经济可以生长的节奏”。

能源贸易专家的报告金博宝188备用地址拉尔夫·迪克尔为了牛津能源研究所金博宝188备用地址得出的结论是绿色氢的过度依赖,将意味着“蚕食可再生能源发电在电力行业的成功......是为了什么?蓝氢可以做到低碳化非电力行业从现在开始”的工作。

各国政府至少在短期内对蓝色氢气表示支持。朱利安Critclow他是英国能源转型和清洁增长总干事金博宝188备用地址商业,能源和工业战略部金博宝188备用地址(Beis)它“在中世纪扮演着一个角色”。

一个地址关于欧盟委员会的氢的策略,副总裁蒂默曼斯强调,绿色氢将在欧洲得到优先考虑,但将暂时支持CCS生产,以“帮助我们取代污染的氢”。

欧洲环境局描述该委员会的p港口因为蓝色氢气是“送给化石燃料行业的礼物”。

虽然委员会的自己的分析支持Timmerman的评论,它也提到了保留蓝色氢的一个关键问题:

“在脱碳的未来,使用脱碳电解的电解获得的氢是优选的选择,包括从可再生能源获得的”绿色“氢。从与CCS耦合的天然气的蒸汽重整获得的“蓝色”氢也可能发挥作用,只要CCS的固有约束被提升。“

这些“固有的约束”被突出显示国际可再生​​能源机构金博宝188备用地址(IRENA)笔记在其氢报告中,CCS技术目前还没有发挥其潜力,“在发电和工业领域都偏离了轨道”。

它还指出,蓝色氢“并非天生不含碳”,因为一般CCS都是这样ly削减二氧化碳排放量80-90%。

超过90%的碳捕获率是可能的根据IEA,特别是如果被称为替代氢气生产方法自热式改革是用来代替更常规的蒸汽甲烷重整。

然而,由于甲烷生产过程中的排放,即使是100%的捕获率,蓝色氢气也不会是零碳的。托马斯空白来自落基山研究所的研究员告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“在周围氢气新生的讨论,我认为这是假定,蓝色氢气是零碳 - 像有生物燃料的假设 - 它只是不是一个零碳排放的燃料。”

他指出,虽然高碳捕获率可以实现,这使得该过程更昂贵。“我认为政策制定者开始唤醒那个现实,”他说。

一个净零报告由英国金博宝188备用地址能源系统弹射器指出,虽然导致99%的碳捕获导致的“投机创新措施”将使蓝氢“高度吸引力”,但任何更少的东西都会有效地排除:

“如果没有投机性创新措施,95%的甲烷重整率对碳排放来说太高了,无法达到净零排放。”

下面的IEA图表明,与可再生能源或核电驱动的电解相比,通过使用化石燃料仍然出现的排放。

CO2强度的氢生产采用不同的方法。这包括使用不同电力来源的电解(蓝色),以及直接从化石气体(黄色)和煤炭(灰色)生产氢。来源:IEA。
CO2强度的氢生产采用不同的方法。这包括使用不同电力来源的电解(蓝色),以及直接从化石气体(黄色)和煤炭(灰色)生产氢。来源:IEA。

然而,该图表仅示出了CO 2的强度。它没有考虑在气体生产和分配系统的泄漏,这不会即使CCS能够捕获由过程中释放的CO 2的100%一定要避免造成上游甲烷排放量。

Agora Energiewende的Gniewomir Flis告诉《碳简报》,当考金宝搏bet188虑到蓝色氢气时,他“非常担心”这些排放。

“没有公布我的知识 - IEA或其他人 - 占这些上游排放量可靠,”他说。

上游排放可以显着改变蓝色氢气的气候影响,如图所示一份报告这些渗漏的原因是什么彭比纳研究所智库。它侧重于加拿大,在那里计划正在进行中在富含化石富含艾伯塔省的富含石油生产的蓝氢生产。

它估计每公斤蓝氢的2.3-4.1kgco2e的范围,报告称,该报告称反映了全国各地的上游甲烷排放的变化。

CCC的零技术报告对于英国来说,低碳氢气可以从化石气体中生产出来,每千克二氧化碳排放量约为0.3千克,捕获率为95%。相比之下,IEA估计每千克氢气捕获0.9千克二氧化碳的比例为90%,如上图所示。

然而,当包括从化石天然气生产上游的排放,该委员会说,排放将围绕每个氢的公斤0.7-2.5kgCO2e,在95%的捕获率。

To put this in context, BNEF’s “new energy scenario” envisages 800m tonnes of global hydrogen use in 2050. If all of this were to be made from blue hydrogen at a 95% capture rate, it would be associated with lifecycle emissions of 600-2,000m tonnes of CO2 equivalent.

大卫·约菲博士,的CCC’s head of carbon budgets, tells Carbon Brief that there is room for some blue hydrogen within the UK’s net-zero target, but not the very large quantities that would be required to meet all potential demand in large-scale sectors, such as heating and transport. He says:

“没有特定的阈值,超出了它绝对不行的...... [但]当你更接近Net-零时,那些残留的排放真的开始。”

最后,也有证据表明,基础设施泄漏释放到大气中的氢可能对气候变化产生直接影响。

一份报告为英国政府准备指出的是,虽然氢气不是污染物本身,它可以通过加速甲烷和臭氧在低层大气中的积累来充当“间接温室气体”。

根据报告,一项模型研究评估了全球变暖潜力氢的值为4.3。报告的结论是,虽然氢排放对气候的影响可能很小,但这个问题值得进一步研究。

低碳氢的成本是多少?

绿色氢和蓝色氢在经济脱碳中的作用很大程度上取决于它们的成本。

这些形式的“低碳”氢不仅必须相互竞争,从化石燃料中提取的氢不需要CCS的额外成本,它们还需要与其他替代能源解决方案竞争,从电动汽车到生物燃料。金博宝188备用地址

虽然生产氢的成本是一个重要组成部分,但它不是消费者支付的最终价格的唯一因素。

运输成本可能是一个重要因素,特别是如果氢是从海外进口的,以及在一个国家内分销氢的成本。此外,企业的获利也被计入最终价格。

IEA被直率关于这个话题的不确定性,他指出“在不同地区从不同来源生产氢的相对成本,以及它们在未来将如何竞争,都还不清楚”。

目前,灰色氢气是最便宜的选择,成本约为1美元/公斤,如果从中东天然气中获取,但在一些地区高达3美元/公斤。对于中国和印度这两个天然气供应主要依靠进口的国家来说,煤制氢往往是最便宜的选择。

如果使用CCS来转动最低价格的灰色氢气蓝色,则根据IEA的说法,它将成本为1.5美元/千克。

相比之下,原子能机构指出,使用太阳能或陆上风产生的绿色氢通常在2.5美元至6美元之间。(其他人估计较低,见下文。)

而氢气则来自可再生能源可能已经尽管在某些领域具有成本竞争力,但要想超越化石燃料衍生的同类产品,它仍有很长的路要走。

然而,随着可再生电力成本的不断下降,人们普遍对绿色氢的竞争能力持乐观态度。

下图显示,在BNEF的“乐观”假设下,到2030年,最便宜的可再生氢将超过天然气中最便宜的低碳氢。

预计未来的氢成本范围
预计的未来的氢成本,$ / kg的,到2050年为绿色氢范围使用可再生电力(黄色)和低碳氢造用气体与碳捕获和储存(蓝色)制成。来源:BNEF.Joe Goodman进行碳简介的图表金宝搏bet188Highcharts

许多,关于太阳能的记录低价格报告沙特阿拉伯葡萄牙最近几个月的研究支持了这样一种观点,即尽管进口绿色氢的效率很低,运输成本也可能很高,但对世界上大部分地区来说,进口绿色氢可能是一种成本效益高的解决方案。

另一个关键因素是用于生产绿色氢的电解器的推出,在过去十年中已经以60%的价格下降了60%。根据在欧盟委员会(European Commission)的报告中,“在规模经济的作用下,预计到2030年,价格将比现在下降一半”。

在中国,规模的这样一个经济已经为碱性电解实现,生产成本已经比欧洲和北美低80%,根据BNEF。欧洲的生产商希望为“创新的”新型电解槽做同样的事情。

一份报告作者,氢委员会的氢委员会得出结论,“低碳”氢气,包括绿色和蓝色,在22种氢应用中,包括在2030年的全球能量消耗约有15%的氢应用中具有竞争力。金博宝188备用地址

与此同时,国际可再生​​能源机构金博宝188备用地址(IRENA)断言“绿色氢的未来成本将低于蓝色氢化石燃料的费用”。它表示,从5年内,来自低成本可再生能源的氢气将与来自化石燃料的蓝色氢相当。

尽管存在承认不确定性,但IEA表示绿色氢的成本在明确的向下轨迹上,可能会在2030年下降30%“由于可再生能源的降低和氢气生产的扩大而下降”。

来自美国的Jan Rosenow博士对最近的成本研究进行了评估监管援助项目显示了对绿色氢的估计范围,大多数在2到4美元/公斤左右。

有几个因素可能导致对氢气生产成本的不同看法。

例如,如下图所示,国际能源机构的预测——以蓝色条形代表——通常比BNEF的预测(以红色表示)更为保守。

预计氢成本的范围
基于IEA的工作(蓝色,中央估计较暗)和BNEF(红色)的预计氢成本,$ / kg。资料来源:IEA,BNEF。Joe Goodman进行碳简介的图表金宝搏bet188Highcharts

EAGORA Energiewende的GNiewomir Flis表示,IEA和绿色氢的IEA和BNEF图之间的主要差异是IEA预测中的两倍,以及该机构的电价假设略高。

为了使在电解槽上的投资有价值,需要有相对便宜的电力供应。

直接将电解槽与可变可再生能源连接的一个问题是,它们不会一直运行,导致产生的氢气成本更高。

可能是将它们连接到网格中的更便宜,其中生产将是恒定的,但电力成本将更高,并将包括支付网格连接。除非网格完全脱碳,否则这也意味着氢气不能被称为“绿色”。

即使电力是免费的,就像“被削减的”可再生能源电力的情况一样,也需要大量的使用才能使投资获得回报。这就是为什么建造电解槽来储存被削减的电力可能并不总是具有经济意义(见:“Electricity“低于).

电解器的高使用率有助于使氢生产的初始资本成本变得有价值,尽管这必须与使用时的电力成本相平衡。

最终,预计燃料成本将对未来的氢价格产生最大的影响,这意味着绿色和蓝色氢气的相对成功的最重要驱动因素将是未来的电力和天然气成本。

一个报告由英国海上可再生能源(ORE)弹射器金博宝188备用地址基于“保守假设”估计氢气产生氢气的潜力 - 基于“保守假设” - 2050,绿色氢气比蓝色氢气便宜。

然后,它指出了近海风和电解的指标可能比预期更快地迅速下降,并指出“决策者被风险和太阳能成本的意外迅速下降不断盲目”。金博宝188备用地址

在这种情况下,矿石说,绿色氢气可能比2030便宜到蓝色,“我们预测提前20年”。

考虑氢的成本时,另一个重要因素是运输,因为移动氢气比移动甲烷更具挑战性和成本。

从阳光充足或多风的地区进口廉价氢气是一项很有吸引力的战略,一些国家正在探索(年代ee:“氢将如何影响全球地缘政治?“低于).

然而,由于在特殊容器中运输世界各地的氢气成本的高成本,这些进口可能最终没有特别便宜在高压力和较低的温度。

Flis告诉《碳简报》金宝搏bet188,使用国际能源机构的估计,甚至使用日本研究机构更为乐观的运输成本假设Nedo在美国,进口氢可能难以与国内来源的供应竞争。

例如,到2030年,英国生产绿色氢的成本可能为每公斤3.20美元,而葡萄牙为每公斤1.70美元,沙特阿拉伯为每公斤1.30美元。但燃料的运输成本(IEA的数据显示,每公斤约为2.7 -4美元)意味着,进口的选择仍将更加昂贵。

然而,如果各国缺乏足够的可再生资源在本国生产足够的氢,它们可能需要进口氢。

运输成本也取决于在路线上。通过管道运输氢气的成本随着距离的速度迅速增加,而使用船舶时,起始成本要高得多,但随着距离的增加,仍然保持相对稳定。

国际能源署表示,在1500公里左右的距离内,通过管道输送和分配氢气更便宜。2020年初,一批欧洲天然气基础设施公司出现了计划用管道“主干”连接整个大陆。

然而,对于更长的距离,它使氢气转化为“液体载体”,例如氨。(有关运输氢气和氨的更多信息,请参阅:“航运和航空”以下。)

最后,供求关系也会对最终价格产生影响。一个报告通过极光能源研究金博宝188备用地址结论是,在氢需求高的情况下,绿色氢“明显比蓝色氢更贵”。

相比之下,如果需求较低,以绿色能源为主的氢燃料的推广成本“可以忽略不计”。

氢的使用将如何影响全球地缘政治?

几十年来,化石燃料,尤其是石油玩过在国际关系中发挥了关键作用,并引发了世界上许多重大冲突。

在他2002年的书中氢经济、社会理论家杰里米·里夫金想象一个世界,氢气的大量释放结束了这一切:

“路到全球安全在于减轻我们对中东石油的依赖,并确保所有的人在地球上获得他们需要维持生命的能量。金博宝188备用地址氢经济是一个更安全的世界本票“。

Rifkin的书在对氢气热情的时候出来了,但这是之前水力压裂的繁荣,什么时候被想到了美国的石油储备将在10年内枯竭,因此迫切需要替代能源。(看到:“为什么氢气现在再次被”炒作“?”

氢是目前一个非常本地化的行业,85%现场生产和使用-部分原因是运输成本高。由于大多数氢是“灰色的”,它确实是最便宜的在天然气价格较低的地区,如中东和北美。

在其最新的“快速”通道金博宝188备用地址能源展望,BP表示,电力和氢气具有日益增长的作用,加入:“这些能量载体比传统的碳氢化合物更昂贵,导致能量市场变得更加局部。”金博宝188备用地址

然而,虽然里夫金对氢的乐观可能为时过早,但他确实如此不是一个人将氢与石油进行比较,并推测其对地缘政治的影响。作为一篇论文于2020年6月发表这是范德格拉夫根特大学同事们将其命名为“新石油?”所言:

“随着时间的推移,跨境海上氢贸易有可能从根本上重新划定全球能源贸易的版图,创造一个新的能源出口国类别,并重塑国家间的地缘政治关系和联盟。”金博宝188备用地址

绿色氢的扩张有可能改变现有的贸易平衡,使太阳能和风能等丰富的国家金博宝188备用地址智利美国、澳大利亚和摩洛哥成为主要的出口国。的经济学家将这些未来的能源强国称为“电态”。金博宝188备用地址

Ad van Wijk教授代尔夫特理工大学他说,尽管许多国家计划扩大氢的使用,但在他们自己的土地上很难做到,世界范围内将有足够的可再生能源。金博宝188备用地址

举个例子,他告诉《碳简报》金宝搏bet188覆盖大约占撒哈拉沙漠8%的太阳能电池板可以满足全球能源需求。金博宝188备用地址“当然,建设太阳能和风能需要时间,但最终没有限制。”

他说,由于缺乏足够的廉价可再生能源,欧洲国家最终将转向进口:

“这就是我们今天做同样的事情。我们进口了很多精力的,至少在欧洲,在那里你有廉金博宝188备用地址价生产的石油和天然气或煤的网站。”

这一点在现有的氢战略中很明显,这些战略表明,未来的氢生产商只有一小部分的供应是在本地生产的。

在它战略,德国提出的一个温和的到2030年,中国对绿色氢的需求为110太瓦时,其中14太瓦时(TWh)来自中国境内。出于这个原因,德国还拨出资金,支持其电解槽设备在海外的使用,以生产供国内使用的氢。

有限的国际贸易已经开始了,日本最近收到了“世界上第一个从文莱和德国”氢的装运签订协议与摩洛哥共同利用其"理想的“绿色制氢的条件。

日本和澳大利亚的部长今年早些时候会见同意关于氢贸易的未来,为氢气提供资源贫困的亚洲国家。澳大利亚政府有以来的支持投资530亿澳元(合390亿美元)的“亚洲可再生能源中心”将对此做出贡献金博宝188备用地址。

德国也是看着远在刚果,其中大型水电的网站被认为是制氢装置的“附加”一个可能的位置民主共和国。此类交易有提出了担忧Van de Graaf和他的合作者暗示的一种新的动态:

“在某种程度上,发展中国家被视为唯一的原材料供应国,氢气革命就带有‘绿色殖民主义’的风险。”

氢贸易——以及氨等氢衍生燃料的贸易——的未来将受到它们在世界各地运输成本的影响(请看:“低碳氢的成本是多少?”).

IEA强调对氢的国际航运路线的需求,指出这种贸易“如果要对全球能源体系产生影响,就需要尽快开始”。金博宝188备用地址Van Wijk告诉Carbo金宝搏bet188n Brief,至少在欧洲,另一个关键部分将是扩大和改造从非洲运输氢气的天然气管道。

其他人警告说天然气市场“缓慢而不完全的全球化”表明,氢贸易可能不会像一些人想象的那样迅速发展。

世界上第一艘液态氢运输船“Suiso Frontier”在下水仪式上亮相。
世界上第一艘液态氢运输船“Suiso Frontier”在下水仪式上亮相。资料来源:美国自然资源和能源署。金博宝188备用地址

如果出口市场也开始上升,这将不能保证“更安全的世界”,由里夫金建议。一份报告哈佛大学的2020年3月发布贝尔弗科学与国际事务中心188bet博彩公司怎么样结论是,绿色氢经济不会破坏石油富国的“霸权”,而是可能以与现有的化石燃料经济类似的方式发挥作用:

“未来的市场动态可能类似于今天的区域天然气市场 - 具有相应的地缘政治冲突潜力”。

在一篇文章中外交政策,在2020年10月发布,杰森Bordoff教授他描述了氢和氨海上贸易可能面临的风险。

他此外,他说,沙特阿拉伯和俄罗斯等国家可能是最终主导市场的国家。沙特能源部长金博宝188备用地址阿卜杜勒拉齐兹·宾萨哥尔曼王子最近概述他计划确保美国成为“地球上最大的氢出口国”。

Bordoff写道:“为了挑战传统观点……考虑一下,今天的一些石油国家可能会成为明天的电州。”

氢如何帮助不同行业实现净零排放?

从理论上讲,氢有脱碳一切从用来让别人的车去气体加热他们的家钢的潜力。

然而,在实践中,氢不太可能被普遍吸收。此外,满足所有可能应用的低碳氢所需的数量可能会远远超过现有数量,即使生产规模显著扩大。

本节将分析氢如何应用于交通运输、工业、供暖和电力部门,以帮助它们实现净零排放。

运输

重点对使用氢气作为交通替代化石燃料的历史可以追溯到热情最早波,当它被晋升为替代石油。

这是明显从所带来的政策中,支持氢,这主要是针对汽车,加油站和公共汽车。

尽管如此,移动性目前正在最小的在整个氢市场的组成部分,占不到全球需求的0.1%。

热情从许多行业参与者为氢在运输部门的成功,它已经被应用在一些利基市场。例如,大约25000辆叉车现在的使用氢气。

然而,纯电动汽车的兴起意味着它们被广泛认为是未来的“净零”汽车。英国的气候变化委员会得出的结论2018年,电动汽车“现在处于有利地位,可以为汽车和货车提供大部分脱碳服务”。

从长途卡车到飞机,氢在难以脱碳的交通工具中可能仍有重要作用,但这些领域中的许多进展仍处于早期阶段。

公路运输

截至2019年,有只是1.12万辆使用氢燃料电池的乘用车正在运行,主要分布在加利福尼亚州、欧洲和日本。作为对比,全球的电池电动汽车车队超过7m.,到达后一百万就在5年前。

氢燃料电池车辆行业已经被限制“鸡蛋“ 问题。没有足够的汽车制作了降低价格下降,并且缺乏需求意味着富含富有氢的站,尚未被广泛安装。反过来,这有助于限制需求。

最近的氢理事会报告他的结论是,要想让燃料电池汽车更具竞争力,就必须“彻底”地将产量提高到每年100万辆左右。

与此同时,在燃料电池汽车早期非常昂贵的电动汽车,成本大幅下降,并推出了广泛的充电基础设施。

氢动力丰田Mirai成本与电池电动特斯拉模型3相比,66,000英镑(88,015美元)大约4.5万英镑(6010美元),或一辆中型英国传统汽车往往在22,000英镑到36,000英镑(29,338美元到48,008美元)之间。

氢气燃料电池有一些声音折断剂,直言不讳的特斯拉首席执行官Elon Musk打电话给他们“愚弄细胞”,并将该技术斥为“令人难以置信的愚蠢”。

Ferdinand教授Dudenhöffer.在杜伊斯堡 - 埃森大学主任汽车研究中心他告诉《碳简报》金宝搏bet188,他一直对氢燃料汽车持怀疑态度:

“我根本不相信氢燃料电池汽车能成为乘用车,因为这种技术成本非常高……如果你想以3万欧元左右的价格出售一辆汽车,通过(使用)燃料电池技术大幅提高价格是没有意义的。”

虽然已经试图将燃料电池车辆进入大众市场,但Dudenhöffer表示现在广泛接受,这不太可能发生这种情况。

今年,梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)做到了取消了它的燃料电池计划在三十年后由于高成本和大众已经公布一份声明总结:“一切都表明赞成电池和几乎没有什么有利于氢的讲话”。

珍妮Nelson教授他是伦敦帝国理工学院的教授欧洲学院的科学咨询委员会188bet博彩公司怎么样(EAC)评论他告诉《碳简报》,交通运输是一个很好的例子,金宝搏bet188说明氢在利用可再生能源方面效率低下:金博宝188备用地址

“使用可再生氢和燃料电池驱动同一辆汽车所需的电力大约是使用普通电池的2.5倍,使用可再生氢合成燃料驱动同一辆汽车所需的电力大约是使用普通电池的5倍。”

然而,氢气分析师Gniewomir Flis表示,仍有很多人对这项技术的成功感兴趣:

“这么多年来投入了这么多钱,这么多年来,承认纯电动汽车只是一个更好的解决方案,会让人相当尴尬。”

日本宣布了计划在2030年和韩国将80万氢燃料电池车辆达到其道路上它将上升到更高的1.8米。

燃料电池确实具有优于电池的优点,并非最不重要的加油时间。有些人建议居住在茂密的东亚城市的人们不太可能在一夜之间充电空间,而是将选择氢气。

日本和韩国的汽车制造商丰田和现代已经宣布雄心勃勃的计划扩大他们的生产。丰田最近推出了它的新版本Mirai- 尽管如此,日语词为“未来”低销售额之前的模型。

丰田未来(第二代概念)。信用:丰田
丰田未来(第二代概念)。信用:丰田

然而,有迹象即使是这些行业领袖也在经历转弯,他们透露了增加纯电动汽车产量的计划。

丰田计划到2025年,将电动汽车和混合动力汽车的全球销量扩大至550万辆,而氢燃料汽车的销量仍在数万辆。

乔恩狩猎他是美国能源部替代燃料部门的经理丰田他告诉Carbo金宝搏bet188n Brief,虽然他们也在推动电动汽车,但最终他们认为燃料电池汽车“和混合动力汽车一样容易实现”。

亨特说,随着生产缩放,价格将下降。他还强调,虽然电池昂贵并且寿命有限,但氢气汽车中的燃料堆栈“将继续运行和运行”,这意味着它们可以重新销售。

至关重要的是,他还提到了Mirai燃料堆栈(使用氢气和氧气产生电力的燃料电池的组装是大约需要的两倍。他说:这使它更昂贵,但对丰田的动机提供了洞察力,他说:

“你这样做的原因是标准化的单元,单元进入Mirai可用于卡车,我们所做的,或在我们做公共汽车,或在船上我们所做的,它不需要太大的改变。”

燃料电池汽车的命运,在某种程度上,与更大的道路车辆捆绑在一起,那里可能有更大的氢需求。

对于普通公交车来说,电动汽车已经主导了从化石燃料的过渡。根据智库碳追踪在美国,去年中国59%的客车销量是电动的。

然而,对于具有高功率需求并且需要覆盖长距离的重型卡车和跨度教练,使用电池的直接电气化更具挑战性。因此,燃料电池可以对这些车辆具有竞争优势。

亨特告诉碳简介,对于这金宝搏bet188些应用成功,特别是对于商用车,必须证明“超越怀疑”的技术。“你不能再向[拖运公司] Eddie Stobart并说'看,你能扔几辆燃料电池卡车,绕着你的货物运送,只是为了尝试它,”他说:

“我们的战略是,让汽车上路,因为汽车是一个相当容易渗透的市场……我们知道,我们可以向特定用户销售足够多的汽车,以证明技术的有效性,并帮助基础设施得到发展。”

然而,尽管重型汽车是一个重要的排放来源,也是一个“难以脱碳”的行业,但转向燃料电池并非已成定局。

Patrik akerman.他认为,如果你认为电池电动汽车已经“赢得了与燃料电池汽车的竞争”,那么这些汽车就是一个“高风险的赌注”。

他讲碳简短说,如果金宝搏bet188你“采取现代和其他人”,那么燃料电池市场的规模将太小,无法在卡车内实现规模经济:

“那意味着,不仅燃料对于卡车来说太昂贵,而且车辆也不会以价格竞争而贬低。”

根据Bloombergnef,而氢气仍然可以为长途卡车的作用,未来的公共汽车,轻型卡车和汽车市场的大部分可能是电气的,并且在2030年之前将燃料电池产业从2030美元中获得1050亿美元。

根据阿克曼的说法,一个明确的替代方案是安装架空充电电缆,就像他的公司所使用的那种已经试图了在德国。

一个文献综述对气候友好型卡车运输的研究发现,几乎所有包括这些“悬链线”的研究都得出结论,这是更可取的脱碳技术,优于氢燃料电池。

下面的图表,来自一份白皮书国际清洁交通委员会(ICCT)表明,由紫色杆表示的氢燃料电池比延长线更昂贵,以及德国卡车的传统化石燃料的其他替代品。

四种不同减排方案的额外成本
与基于德国长途重载货运部门使用化石燃料的参考案例相比,四种不同减排方案的额外成本。来源:国际清洁基于Kasten等人。(2016)

也可能对于不依赖接触网的电动卡车的发展,尽管这可能是可行的担忧电池的大小和重量。

奥霍克斯特拉是一位智能行动性的高级顾问埃因霍温理工大学,发现在一个场景比较它的成本与其他选项国际能源机构的报告在卡车运输方面,电动卡车脱颖而出。

一个关键问题是低碳氢可用性的永远存在的问题。根据国际能源署(IEA),如果目前在运作每一辆汽车,卡车和客车用燃料电池车辆取代,氢需求将每年达到300吨,超过四次目前水平的所有用途。

由于车辆所有权增加,由于车辆所有权增加,低碳氢气的供需设定有限,以继续上升,因此Akerman讲述了碳简介,在可能的情况下,它更好地通电:金宝搏bet188

“(西门子生产)(氢)电解槽。我们很高兴向市场供应这些产品,但我们也看到,仅满足现有需求就需要进行大规模的工作。”

他补充说,有一些部门,如长途运输,这是不太可能切换到电池,使他们的绿色氢气甚至更大的需求。“任何事情如果你能[直接]用电......你应该”,他总结道。

航运和航空

航空和航运负责大约5%而且很难实现电气化。氢或以氢为基础的燃料因此,可以对零零目标至关重要。

过去的一年见证了日本发射第一艘远洋液氢运输船,被称为“氢前沿”号首先氢气动力的小客机乘飞机。

但是,这些演示项目,两者都使用过氢气最终衍生的来自化石燃料,目前是氢在这些部门进展的上限。

氢气动力吹笛者Malibu从英国的Cranfield机场制作了第一次飞行,以推出零日努力在2023年底到达服务条目。
一架由氢气驱动的Piper Malibu从英国克兰菲尔德机场(Cranfield Airport)首次起飞,开启了ZeroAvia在2023年底实现服务进入的努力。来源:ZeroAvia。

小丽毛,一个海事研究员国际清洁交通委员会(ICCT),讲碳简介她认为金宝搏bet188它不太可能运输将脱碳而没有氢气,但有障碍阻止它取代化石燃料:

“该行业表示,氢是他们对追求感兴趣的主要选择之一,但没有专门的资金,也没有太多。”

到达国际海事组织的(IMO)目标行业数据显示,与2008年相比,到2050年全行业减排50%已经同意在商业上可行的零排放船只必须在2030年前进入全球船队。

然而,尽管各种早期项目根据a的说法,在运输中使用基于氢气燃料的运输燃料,通过“死锁”抓住了“死锁”报告壳牌。

海事组织的另一个报告劳埃德银行注册结束于2019年,“选择一种燃料,一种技术和一条路线时,”仍存在不确定性“。

船舶中的氢气可以在发动机中燃烧或用于在燃料电池中产生电力,但两种选择需要昂贵的新基础设施来运输和存储船上的气体。

需要储存容量至少是石油燃料的五倍担心它可能会消耗货物储存,因此,利润。

然而,毛泽东进行了造型的研究今年早些时候,该公司发现,在中美之间繁忙的航线上,99%的集装箱船可以由氢气驱动,“只需要对燃料容量或运营进行微小的改变”。

尽管如此,Ole Graa雅各布森世界上最大的集装箱运输公司Maersk的舰队技术负责人讲述碳简介,虽然它可以在较小的船只中使用,但他们“不要指望氢气成为相关燃料”。金宝搏bet188

我们相信将氢转化为甲醇或氨并将其用作燃料将更有意义,并将其用作燃料,“他说。

虽然它仍然比化石燃料需要更多的空间,但氨的能量密度比氢更高,已经通过船舶在世界各地运输。金博宝188备用地址甲醇也正在考虑作为氢的更实用的替代品。

如下图所示,在远程运输中,特别是氨可能比氢气便宜,主要是由于较低的储存成本(以绿色显示)。虽然氢气难以液化,但在适度的压力和温度下,氨气容易储存为液体。

大型运输船不同燃料和动力系统替代品的当前和未来成本,包括极低硫燃料油(vlfo)和液化天然气(LNG)的化石燃料选择,以及以氢和氨为动力的内燃机(ICE)。来源:IEA。
大型运输船不同燃料和动力系统替代品的当前和未来成本,包括极低硫燃料油(vlfo)和液化天然气(LNG)的化石燃料选择,以及以氢和氨为动力的内燃机(ICE)。来源:IEA.

如氢,氨和甲醇可以是低碳,但大部分电流需求是由化石燃料供给(年代EE:“工业”).

一份报告根据对80位业内人士的采访,绿色氢和氨是脱碳航运的热门选择,65%和55%的受访者表示,他们认为它们是未来组合的一部分。甲醇“很少被提及”,只有10%的人说他们认为甲醇对未来很重要。

然而,该报告还得出结论,“几乎没有证据”表明其他行业认为氨是未来的燃料:

“因此,如果航运选择氨作为主要燃料,基础设施成本很可能将完全由该行业承担。”

最终,要求船舶减少排放的规定、有效的碳定价和低碳燃料标准都可能是使这些替代方案更具竞争力的建议之一。

航空业是另一个难以脱碳的行业,而氢在其中可能发挥关键作用,他说艾哈迈德博士Baroutaji,工程师沃尔弗林大学谁发表了概要关于这个话题。他告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“航空业有一个目标通过2050年实现净额二氧化碳排放量减少了50%,而2005年级别和这种雄心勃勃的目标仅通过将更多的氢技术部署到该部门。“

这种气体可以直接燃烧,为燃料电池提供动力,或者与二氧化碳结合,制造类似煤油的液体合成燃料,这将相对不需要对现有的基础设施做出什么改变。

在飞机上使用氢的一个问题是它燃烧时产生的水蒸气水的贡献高海拔地区的温室效应。

这个问题导致了英国的问题气候变化委员会完全不考虑这个选项,声明因此,在2018年,“氢在航空脱碳方面似乎没有作用”。

最近的评估更为积极。一份报告今年5月,欧盟委员会(European Commission)提出了2035年和2040年引入氢动力中短程飞行的目标,目前飞机排放的三分之二来自氢动力中短程飞行。

同一份报告得出结论,氢燃烧可以将每次飞行对气候的总体影响减少50-75%,占非二氧化碳影响包括水蒸气,烟灰和氮氧化物(NOx)。燃料电池推进将具有更大的益处,介于75-90%之间。

根据该报告,氢燃料电池产生的水蒸气温度足够低,可以捕捉并储存在飞机上,因此可以避免气候影响。虽然这对氢燃烧来说是不可能的,但它对气候的影响仍然低于煤油。

Baroutaji表示,尽管燃料电池的承诺和在测试航班中使用它们仍然是“仅适合发光和小型飞机”。尽管如此,他说,对氢技术有相当大的行业兴趣。

空中客车已经发布了“世界上第一架零排放商用飞机”的三个概念,该公司希望在2035年投入使用。这些飞机将依靠氢燃料电池来支持氢燃烧。

零空客概念飞机。信贷:空客
零空客概念飞机。信贷:空客

据航空网站(Aviation网站)表示,在启动空中客车的2035个目标之后,波音产品开发商迈克尔·斯诺特表示,他并不认为氢飞行是“围绕角落的东西”。FlightGlobal

虽然波音本身推出2008年的第一个氢气飞机,Sinnett将氢气生产和储存限制为商业应用的障碍。液化氢需要煤油的储存量四次。

从短期来看,是公司可以使用尽管生产成本高,但用氢气和二氧化碳来替代煤油的合成燃料。它们也有排放二氧化碳的主要缺点。

然而,如果用于制造燃料的二氧化碳被发电厂捕获,理论上可以减少总排放量,因为每个二氧化碳分子将被使用两次。如果它们是用二氧化碳生产的话,它们甚至可以达到净零排放从空中捕获

至于航运,欧盟委员会报告得出的结论对于任何这些选项扩大和替代品如生物燃料的竞争,长期的政策框架和显著的科研经费是必需的。

铁路

最后一种可以从氢燃料中受益的交通方式是轨道交通。氢动力列车正在缓慢推出,目前有两列操作在德国和审判中进行英国奥地利.计划在法国和日本正在进行中。

铁路已经是世界上电气化程度最高的运输方式四分之三在电动火车上进行旅客运输。

然而,国际能源署表示,在“对燃料电池成本降低的乐观假设”下,与其他运输方式不同,氢燃料实际上可能对铁路具有竞争力,特别是对不常使用的线路和大型长途火车,如用于运输货物的那种。

伯明翰大学的原型氢燃料电池驱动的Hydroflex列车
伯明翰大学的原型氢气燃料电池供电的Hydroflex火车在Quinton Rail Tech Center进行测试运行。信用:g.p.essex / alamy股票照片。

尽管如此,一个最近的报告英国铁路网所有者网络轨道结论是氢技术“不适合长途、高速和货运服务”。

具体地说,该报告引用氢燃料的存储容量是柴油的8倍,而且迄今为止还没有氢燃料驱动的货运或高速列车。

相反,报告框架氢气主要是农村地区低速客车线的解决方案,或处理“离线”部分,如隧道和桥梁,这很难通过架空电线通电。

一些建议在某些地方安装架空电线的高成本使氢在某些情况下成为更经济的选择。

另一个报告,去年为英国铁路部长制作铁路工业脱碳专责小组他指出,“氢的未来成本是不可预测的,尤其是在生产方式缺乏确定性的情况下”。

在英国,火车排放的二氧化碳已经减少了被削减了在过去的十年中,在过去的十年中,通过电气化并且电力系统被脱碳,在过去的十年中达到50%。

国家铁路公司认为,电气化可以解决该国至少四分之三的未电气化铁路的问题。氢被认为是最好的选择,只占5%。

其报告还指出,即使在技术上可以使用电池或氢气的情况下,电气化仍然可能“代表最合理的选项”。

行业

氢气的灵活性意味着它具有广泛的行业现有和潜在的应用,包括生产肥料,钢和水泥。它可以是化学原料,可燃燃料或反应物以除去杂质。

所有这一致意味着行业,特别是石油精,氨和甲醇生产,目前弥补了大部分氢需求。这种氢气从化石燃料完全是完全的。

然而,这种需求已经存在的事实意味着这些部门中的一些可能相对“唾手可得”为脱碳。到那里,他们所使用的气体必须从低碳源氢被替换。

仅就这些现有需求而言,扩大低碳氢生产规模将是一项重大任务,因为其需求量巨大。

钢铁制造业一直是讨论的焦点。根据我们的数据世界,钢金博宝188备用地址铁制造的能量相关排放占全球温室气体排放量的约7%。

亚历山大博士Fleischanderl,一个技术人员在工程公司Primetals技术他告诉《碳简报》金宝搏bet188,钢铁制造商一直在通过优化工艺来减少排放,但这些努力只能到此为止:

“你可以达到一定的物理极限……(但)要达到净碳零排放的目标(这些变化)是不够的。”你必须改用氢。”

钢铁生产。信用:原始。
钢铁生产。信用:原始。

虽然炼钢的直接起电使用过程被称为“电瓦宁“可能是未来的一个选择,到目前为止只在试点规模上进行了演示。”

一些钢已经回收了使用炉废料由电力驱动的,这可能脱碳。然而,根据Fleischanderl,大多数钢铁仍然需要来自Virgin Iron Ore,例如是在汽车行业中使用足够高的等级。

这依赖于一个多世纪以来基本保持不变的过程。铁矿石在高炉中与焦炭熔炼,焦炭既是燃料又是还原剂,用来除去氧气,留下纯金属,释放出二氧化碳。

氢气可以作为燃料注入这些熔炉,减排高达20%。这个技巧被测试由德国钢铁生产商Thyssenkrupp仍然依赖于煤炭来减少矿石。

叫一个较新的生产方法直接重新简化铁(DRI)使用氢气作为还原剂。这不需要熔炉来熔化矿石并且仅排出水。

目前,在7%左右使用DRI制造钢,足以使钢制造氢的第四大用户。缩放此过程将帮助行业脱碳如果使用低碳氢代替来自化石燃料的氢气,则为Fleischanderl解释:

“技术上,没有一个大问题。大多数事情已经解决了......真正的障碍是有足够量的可用性以及绿色氢的价格。“

根据根据国际能源署(IEA)的预测,如果将所有炼钢行业都换成直接动力炼钢和电炉,该行业的氢需求将增加15倍。

试点项目欧洲正在进行将低碳氢融入炼钢的计划,但“绿色钢铁”何时才能具有竞争力的问题仍然悬而未决。

瑞典钢铁公司SSAB.正在运行混合项目据悉,这将从2026年实现“无化石钢铁产品”,并使其能够将化石燃料从2045年删除。

Ad van Wijk教授代尔夫特理工大学说他是持怀疑态度的过程中会如何迅速起飞与其他行业相比:

“人们认为绿色氢气首先将更换工业中的灰色氢气,但我怀疑如果这真的会发生的事情......最终它会,但起初它很难,因为价格和音量[必要]很难。”

一个美国东部时间伴侣BloombergNEF,假设氢的成本约为每公斤2美元,那么到2030年,绿色氢可以与最昂贵的煤基钢铁竞争。这种估计取决于电解器成本的大幅下降和可再生能源的广泛部署。

用氢和煤制造钢铁的成本
平准化成本,不包括碳的价格,钢的使用氢气(紫色线)和钢使用煤(黑块)制成制成。来源:BNEF

一份报告关于这个话题,咨询麦肯锡当“纯净的氢气钢铁生产”在欧洲的“纯氢气钢铁生产”是成本竞争力的地方的地方,预计大部分绿钢部署都是如此。

然而,绿色钢铁仍可能需要政府的大力支持,可能包括碳排放交易计划支持绿钢的开关和配额。

Fleischanderl还强调了a的重要性碳边境调整该机制旨在使绿色钢铁与来自中国的廉价进口钢铁竞争世界上最大的钢铁生产商。

“否则,因为很明显,绿色钢铁将花费更多的你不会管理。这已被接受,” Fleischanderl说。

落基山研究所(Rocky Mountain Institute)的托马斯•布兰克(Thomas Bla金宝搏bet188nk)告诉《碳简报》(Carbon Brief),由于许多政策制定者热衷于保护炼钢这一战略产业,价格远不是唯一的考虑因素。

他指出,尽管最具成本效益的绿色钢铁生产地点可能是干燥的澳大利亚西北部,那里有铁矿石开采,可再生电力可能既便宜又充足,但欧盟和印度可能会接受更昂贵的钢铁,如果这意味着保持本地生产。

另一个“难以脱碳”的部门可能会从中受益从引入氢气是水泥。来自水泥生产化学过程的二氧化碳3%的全球排放,虽然这不包括所涉及的能源投入的排放。金博宝188备用地址

燃烧氢气可以达到制造水泥所需的高温,避免化石燃料燃烧,目前化石燃料燃烧占其排放量的三分之一。

然而,这一领域的进展目前非常有限,取代化石燃料将需要一个全新的基础设施,因为现有的水泥窑不能使用纯氢。

英国政府可行性研究去年出版地研究了生物质和氢气的混合物,以制造“净零”水泥,注意到在这种情况下氢气“从未被测试过”。一个专案获得了600万英镑(800万美元)的资金来测试这个想法。

其他工业部门,如玻璃、造纸和铝的制造,也依赖热源进行各种过程,包括熔化、干燥和驱动化学反应。

尽管可能需要一个强有力的政策框架来与廉价的化石天然气竞争,并弥补对新的加热设备的需求,但氢可以燃烧或用于燃料电池,以满足部分热量需求一篇论文被称为“一些新兴解决方案的适度技术准备水平”。

就目前的情况来看,“几乎没有专门用于产生热量的氢气生产”,预计它将与生物质和CCS“竞争不佳”,根据IEA。

该机构表示,尽管电力已经远远发展起来,但它可以与工业热电气化竞争。一项研究发现78%的欧洲行业的能源需求使用已建立的技术已经是可透水的。金博宝188备用地址

至于已经严重依赖氢的工业过程,虽然效率的提高可能会抑制一些需求,但总体上预计会增长。这意味着企业将需要寻找低碳氢源,以实现脱碳。

只有一个部门最大的需求就是炼油,用氢来除去硫磺和其他杂质。

虽然石油使用量可能会随着气候行动而下降,但收紧对燃料硫含量的监管意味着,该行业对氢的需求可能仍然相当大。

氢也是化学工业的主要原料,特别是对溶剂,粘合剂和各种其他物质进行肥料和甲醇的氨。

对这些物质的需求预计将在未来几十年增长。然而,如果这些化学物质被确定为长距离运输氢的方式,或其本身作为替代燃料,它可能会进一步发展。

尽管氨具有毒性,但人们仍在讨论氨在某些应用中作为氢的替代品,特别是在航运(请参阅:“运输”).它可能是潜在的储存和运输

比氢更容易,因为它是一种压力相对较低的液体,要么转化回氢,要么燃烧而不产生二氧化碳。

最近euractiv事件,欧盟委员会能源顾问金博宝188备用地址都铎康斯坦丁他说,他认为这种氢衍生燃料在完全脱碳的经济中扮演着“非常重要的角色”。

低碳氢对于所有这些应用来说都是脱碳的关键,但它的成功将取决于与使用CCS和生物质的天然气的竞争,这两种技术也可以用于减少工业排放。

汤姆布朗博士卡尔斯鲁厄理工学院他告诉《碳简报》金宝搏bet188,这有助于解释为什么会出现这种情况如此多的变化在氢的使用预测中。他表示:“我认为没有人确切知道哪一项将取得最大进展。”

不管哪个解在上面国际能源机构说明迅速扩大规模以解决工业排放问题的紧迫性。

在它氢的报告根据该机构的计算,为了满足未来对氨和甲醇的需求,同时利用化石气体将升温控制在远低于2摄氏度的范围内,从现在到2030年,每年捕获1万吨二氧化碳的CCS装置必须以每月4个的速度建造。

如果使用绿色氢来实现同样的目标,到2030年之前,每周必须建造6或7座新的100兆瓦电解槽。
根据国际能源署的数据,2021年才是当前设置看到更接近4台100兆瓦的电解槽在全年投入使用。

氢的多功能性意味着它可以在电力扇区中具有各种应用,包括更换改装电厂中的化石气体提供电力在偏远的岛屿上使用燃料电池

特别是,氢在电力系统中可以发挥两个有价值的作用。

首先,它被提议作为一种潜在的低碳电力的灵活来源,可用于补充由风能和太阳能等可变可再生能源主导的电网。

其次,电解器可用于使用“减少“当可再生能源供大于求的时候,在阳光充足或多风的时期,发电就会被浪费掉。

在德国Madfeld的多云早晨光的风农场
德国马德菲尔德的风电场在多云的晨光中。图片来源:毛里求斯图片公司/ Alamy Stock Photo。

作为可再生能源提供更多世界的权力,氢倡导者将气体视为“深脱碳,在太阳能和风能不足的情况下提供电力。

在这种情况下,氢气可以是有用的储存形式,涵盖电池不足时可再生系统的季节变化。金博宝188备用地址

可再生电力,从国内网格中采购充足,廉价,可以转化为氢气。或者,它可以从有风或太阳盈余的国家进口(请看:“氢将如何影响全球地缘政治?”

通过将其压缩到地下盐洞穴或耗尽的化石燃料部位,可以将氢气储存,与化石气体混合或用于生产其他燃料。然后,它可以在需要时转换回电力,或者在能量系统中用于其他目的,例如运输燃料。金博宝188备用地址

短期来看,是电池倾向于提供一个优越的存储系统,与往返效率(能量与能量的比例)金博宝188备用地址超过80%,相比35-41%为氢。

然而,随着电池的患有持续数天或数周时,可以使用氢气金博宝188备用地址自放电在更长的时间内。

与氢气储存的空间相比,它还需要更具更大的存储要求,这将需要“巨大”电池数量的电池。根据IEA。

尽管这些应用程序,汤姆布朗博士卡尔斯鲁厄理工学院, WHO已建模他说,电力部门不太可能成为大规模推广氢燃料的首要任务。他告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“如果你去除了一吨二氧化碳,将在钢铁或氨部门中放入钢铁或氨部门的氢气比令人担忧的是,它更有意义,而不是令人担忧的电力需求脱碳的最后10%。”

布朗表示,在使用电解和绿色氢气之前,尽可能多地利用可再生能源发电“更经济”。

在生产和储存基础设施到位后,供应其他部门,如工业,后备发电的氢可以自然跟进,他说:“基本上,你可以免费获得氢和100%可再生世界的最后10-20%。”

根据A.报告欧洲大学研究院在美国,使用氢来储存电能被“很大程度上高估了”,原因很简单,至少在欧洲,没有太阳能或风能的时期实际上并不常见:

“冬季海上风力发电量比夏季多,而且输电网将欧洲各国有效地连接在一起。”

然而,利用缩减权力已提出作为一种策略,不仅是削减排放,而且省钱。

一个报告英国电力部门的净零机会国家基础设施委员会(NIC)得出结论,从缩减电力生产氢气“有助于降低高度可再生混合物的系统成本”。

IRENA这“可以极大地帮助提高氢气生产的经济性”,并为可再生资产所有者提供收入。

Wood Mackenzie的本•加拉格尔(Ben Gallagher)在接受《碳简报》(Carbon Brief)采访时表示:金宝搏bet188

“在加州、德国、中国西部和得克萨斯州西部,削减和减少温室气体排放的频率负电价赛事越来越多,所以电解氢,非常类似于能量存储,被认为是帮助管理电网灵活性的潜在工具。”金博宝188备用地址

虽然这是一个有希望的想法,它可能并不实用,即使在未来几年内推出了重新启动的重要推出。NIC.笔记“由于生产的波动性,以低成本吸收所有被削减的可再生能源发电将是一项挑战”。

希尔峡谷污水处理厂的太阳能阵列
在山峡谷污水处理厂在加利福尼亚州,它提供了约15的工厂的能源需求%的太阳能电池阵列。金博宝188备用地址来源:地球/ Alamy图片社图片的公民。

电解槽建造单独利用这否则浪费的电力可能只IRENA指出,大约10%的时间都在运行。这是因为,当天气晴朗或刮风时,减少温室气体排放是一种偶然事件。

这种低利用率意味着由于与电解器本身相关的成本,它们产生的氢可能不会竞争。

另一方面,正如Agora Energiewende的Gniewomir Flis所指出的,电解器成本的下降可能会帮助减少电力供应的氢与化石燃料氢竞争。

此分析基于质子交换膜(PEM)电解槽,不同于广泛使用的碱性电解槽,能够快速增加和捕获减少的能量。金博宝188备用地址

尽管中国是世界上最大的电解槽生产,开创了生产相对便宜的碱性电解器,PEM电解槽目前太贵了利用减少的电力生产具有成本竞争力的氢气。

但随着欧盟与它的氢战略犁未来,已承诺以投资生产的“创新技术”,如PEM,力图保持其经济的竞争力,并把价格降下来。

大厦的热量

建筑的空间供暖和热水供应是潜在氢气使用领域中最具争议的领域之一,经常是主题加热辩论。

许多金博宝188备用地址专家不屑一顾氢在建筑热量脱碳中扮演重要角色的想法,因为它的效率远远低于电热泵,使其运行成本更高。

其他人认为它可以解决脱碳热的问题在不影响人民的生命,较低前期成本,同时重用有价值的天然气分销资产。它们还指向电网上的约束,这可能需要升级以应对完全电气化的热量。

总体而言,效率和电气化是脱碳热的主要途径,说珍妮山在英国建筑和国际行动负责人的咨询气候变化委员会,但氢可能扮演一个重要的次要角色。她告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“效率是至关重要的第一步,否则热量问题会变得太严重。虽然电气化具有首要的战略重要性,但氢可以在达到峰值方面发挥令人难以置信的有用作用——在电力部门,或通过使用混合热泵(见下文)——以及区域作用。”

热火建筑物是要解决的一个重大问题。根据这一点IEA.,在建筑物中的热量使用占全球最终能源需求的20%以上,包括空间加热,热水和烹饪。金博宝188备用地址

该20%的份额可以与上面所示的深脱碳情景中的氢吸收进行比较(年代EE:需要多少氢气来限制气候变化?),到2050年,所有用途的最终能源中最多有24%是由氢提供的。金博宝188备用地址

此外,这些研究中的大多数氢是用于工业、交通或电力,而不是用于建筑。这表明,用氢来降低世界上大部分建筑的热量需求,成本并不理想。然而,在替代方案不可行的地方可能需要它。

一些国家已经在使用电力或地区供暖,脱脂了脱脂的脱脂速度。但是,在许多其他人中,有过有限的进步。

解决热排放问题被普遍认为是一项挑战,尤其是对保温性能较差的现有建筑。IEA表示,到2050年,这些建筑仍将占全球存量的五分之二。

国际能源署说,目前全球约41%的建筑热量来自天然气燃烧,各国之间存在很大差异。如下图所示,在荷兰和英国,天然气(深灰色)提供了大约80%的热量,但在北欧国家则接近于零。

在许多国家,燃气(深灰色)、电力(蓝色)、区域供热(橙色)和其他燃料提供的建筑热量份额,%。来源:英国皇家国际事务研究所2019年引用的英国政府2017年生动经济报告。
在许多国家,燃气(深灰色)、电力(蓝色)、区域供热(橙色)和其他燃料提供的建筑热量份额,%。来源:生动经济学2017年英国政府的一份报告查塔姆大厦2019

燃气加热的广泛使用是氢气的机会,倡导者说,因为它可以充当“像对等的“更换燃料。氢气可以烧成一个修改后的燃气锅炉或滚刀,由a提供的燃料使用网络的气体分配管道。

联盟公司在英国一直致力于验证这一想法了好几年,随着这样做的目的将“英国天然气电网的重要部分100%转化为氢气”。政府的最近的气候计划旨在将整个城镇的氢热试于2030。

在国际上,有至少37个项目测试氢的配合到现有的气体网格,被认为是安全的高达20%(体积)不为消费者的变化。这被看作是一个“低 - 遗憾”的方式来从加热减少二氧化碳和扩大氢气的用途。

英国的天然气输送管道网络——历史上是由容易泄漏和腐蚀的铁制成的——已经被“准备好氢气的”塑料管取代,尽管压缩机和网络的其他部分也需要更换,以应对100%的氢气使用。

铁干线的替换将在2032年完成马修呼啸声,天然气的头部金博宝188备用地址能源网络协会该组织代表英国的天然气和电力分销公司。

卡尔•阿恩岑,锅炉制造商首席执行官伍斯特博世他告诉《碳简报》金宝搏bet188,在他看来,对于目前使用化石天然气供暖的85%的英国家庭来说,氢是最好的解决方案。

他指出了热泵面临的实际挑战,包括需要提高建筑能效,更换散热器,为热水箱和热泵设备寻找空间。金博宝188备用地址

Carl Arntzen,伍斯特博世首席执行官和瑞利斯岛,校长,带有备用锅炉。信用:伍斯特博世。

对家庭和行为进行颠覆性改变的想法往往是他们的“首要考虑”人的思维有关热量的未来ENA的欣德尔说。(最近,英国气候组装为氢、热泵和热网提供了强有力的支持,以解决热脱碳问题。)

但虽然主要效率升级可能是破坏性的,但在任何情况下都可能需要它们。理查德·洛斯博士埃克塞特大学告诉碳简介:“在金宝搏bet188分析的每一位我所看到的,无论是氢或电气化,你所要做的效率,使事情的成本效益。”

在成本,最近的分析表明用氢来加热比用天然气贵三倍,而用热泵则贵运行起来很便宜在某些情况下作为燃气锅炉。

BNEF的梅雷迪思附件说使用氢气对热是一个“昂贵的用例”,而燃料“斗争”相对于热泵,即使在成本的所有权的总基。

对于广泛使用热泵的另一个经常引用的问题是它将显着提高电网的峰值需求,特别是在高纬度国家,例如英国。

这一点是经常陪同下图的不同版本显示了英国每半小时电力需求的季节性变化(蓝线)和供热(红线)。金博宝188备用地址(金宝搏bet188据Carbon Brief了解,一些天然气行业内部人士的名片上也有类似的图表。)

英国对热和电的需求
英国每半小时的热和电需求,千兆瓦。热量需求是一个估计。来源:管理热量系统脱碳,帝国学院能源政策和技术中心。金博宝188备用地址

这张图表表明,用电来满足高峰的热需求可能需要电力系统的规模大幅扩大,高峰电力需求将增长5到6倍。

最近的证据表明,对热能的需求比思想低约40-50%,更接近170金博宝188备用地址千兆瓦(GW),而不是上图中图表中所示的300GW的峰值。这将是进一步减少在实现净零的道路上金博宝188备用地址需要提高能源效率。

此外,热泵通过从外部空气绘制温暖,将用于运行它们的能量乘以两三次,这取决于器件性能和环境温度。金博宝188备用地址这可能是削减最高峰在热能需求方面又金博宝188备用地址减少了一半。

即便如此,在寒冷的冬季夜晚,剩余的额外用电高峰需求可能会给电网带来压力。尽管覆盖这些山峰是可能的,但成本可能很高。

包括CCC和BNEF在内的分析人士认为,这是氢气可能介入的领域。他们指出,使用“混合”供热系统主要运行在发电,但使用氢锅炉“补足”在最冷的日子里,就像气体与碳捕获和储存或hydrogen-fired峰值电力植物可以用来填补输出风能和太阳能。

另一种选择是用氢气加热的某些方案,特别是在区域“集线器”周围使用燃料和相关基础设施 - 是普遍的。

研究8月份发表,低价和同事认为,供暖行业“现任者对政策制定者提供过销售”绿色天然气“,以保护他们的兴趣和减损电气化的重要性和价值。”他们的论文说:

“学术界、英国政府及其顾问的技术经济分析一再表明,大部分热量需求的电气化,主要使用热泵,同时减少热量需求,是接近完全脱碳供暖的最低成本途径。”

一个审查从选项英国能金博宝188备用地址源研究中心UKERC的结论是,“电气化和能源效率仍然是建筑行业脱碳的两大策略”。金博宝188备用地址它说,如果“重大不确定性”得到解决,氢可能会发挥作用。

虽然洛斯和其他人支持大型氢燃料试验,以评估这种燃料的潜力,但他们警告说,这项工作不应该被用作逃避其他选择取得进展的借口。

在最近的一篇博客中,Stian西湖他是英国创新基金会(UK innovation foundation)的执行董事内斯塔,讨论了“仿生浮萍”这一更广泛的相关问题,未来的新技术解决方案被用来阻止现有方案的使用。他写了

“虽然我不怀疑有一些真心实意的氢家庭供暖爱好者,但我想知道,他们的大量热情是否在于部署一种温暖的未来主义,以阻止当今热泵的威胁。”

来自监管援助项目讲碳简介:金宝搏bet188

“我认为一个合理的方法应该是循序渐进的,先测试氢的使用,然后逐步推出基础设施,而不是制定一个宏大的计划,说它将全部用于氢……对我来说,这似乎是误入歧途。”这是一个非常危险的策略,可能会完全失败——然后在10年的时间里,你什么都没做。”

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