菜单

社会渠道

搜索存档


附加选项
话题

日期范围

收到最重要的文章的每日或每周摘要直接到你的收件箱,只需在下面输入你的电子邮件。输入你的电邮地址,表示你同意你的资料将按照我们的隐私政策

绿色氢气电解 - 设施 -  voestalpine-综合钢铁厂 - 奥地利州
奥地利林茨的Voestalpine综合钢铁厂的绿色氢电解设施。 信用:voestalpine AG
金博宝188备用地址
2020年11月30日8:00

深度问答:世界是否需要氢来解决气候变化问题?

金宝搏bet188碳短文员工

多个作者

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

长期以来,人们一直认为氢气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,随着国家的净零策略与国际气候目标保持一致,氢气再次将澳大利亚和英国的议程提升到德国和日本。

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,用氢气做所有这些东西都需要燃料的惊人量,这只是作为用于生产它的方法的清洁。此外,对于氢的每一个潜在的转化性应用,都有必须克服的独特挑战。

在这个深度问答——包括一系列的图表,地图和交互式图表,以及数十名专家的观点——碳简要探讨了大问题“氢经济”,看着周围的程度可能有助于避免危险的气候变化的世界。金宝搏bet188

什么是氢?它如何帮助应对气候变化?

氢是宇宙中最轻,最丰富的元素。它也是一种爆炸​​性和清洁燃料的气体,其每单位重量比化石燃料更多的能量。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。

这可能有助于实现气候目标,因为氢只在燃烧时排放水,而且可以在制造过程中不释放二氧化碳。(其产品目前在排放830亿吨二氧化碳[MtCO2]。)

氢经济可能是包罗万象的。或者,它可以根据氢的可用性、成本和相对于替代能源的性能,填补一系列潜在的应用领域。

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

氢可以帮助解决钢铁和长途运输等“关键的”难以削减的行业帖木儿居尔巴黎负责人为基础国际能源局金博宝188备用地址(国际能源署金博宝188备用地址)能源技术部并主导其专业2019年的报告关于氢的未来。他告诉碳简报:金宝搏bet188

“我认为氢气有其位置,有相当重要的地方......但我认为如果你的目标是瞄准净零的排放,你就不会寻找建造氢经济,你寻找一个脱碳的能源领域。金博宝188备用地址这是一个结束的手段。“

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,从一到三的编号说明,展示了氢是如何被制造、移动和使用的。

氢可以储存

转换合成

燃料或运送经过

卡车,船舶或管道

氢经济

2。

网格

存储

出口

如何进行低碳氢气,

移动和使用

电解

供应和分配

太阳能

行业

加热

最终用途

生产

氢可以

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.

肥料

生产

气体

二氧化碳

二氧化碳

氢可以用过的

运输,行业,

发电、

肥料或加热

3.

煤炭

转换

石油

生物量

氢可以储存

转换合成

燃料或运送经过

卡车,船舶或管道

氢经济

2。

网格

存储

出口

如何进行低碳氢气,

移动和使用

电解

太阳能

行业

加热

氢可以

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.

肥料

生产

气体

氢可以用过的

运输,行业,

发电、

肥料或加热

3.

煤炭

转换

石油

生物量

氢经济

氢可以储存

转换合成

燃料或运送经过

卡车,船舶或管道

2。

如何进行低碳氢气,

移动和使用

出口

网格

电解

太阳能

存储

改革

行业

加热

二氧化碳

二氧化碳

CCS.

气体

生物量

煤炭

石油

运输

氢可以

使从电力,

生物能金博宝188备用地址源或化石燃料

碳捕获

1.

转换

氢可以用过的

运输,行业,

发电、

肥料或加热

肥料

生产

3.

氢经济

氢可以储存

转换合成

燃料或运送经过

卡车,船舶或管道

2。

如何进行低碳氢气,

移动和使用

出口

网格

电解

太阳能

存储

改革

行业

加热

CCS.

气体

生物量

煤炭

石油

运输

氢可以

使从电力,

生物能金博宝188备用地址源或化石燃料

碳捕获

1.

转换

氢可以用过的

运输,行业,

发电、

肥料或加热

肥料

生产

3.

汤姆普拉特的图表。

一些对氢经济的倡导者描述了未来的广阔愿景,其中它取代了现在占据了化石燃料所占据的大多数社会,经济和地缘职位。

现代汽车燃料电池部门负责人金世勋博士告诉英国能源金博宝188备用地址网络研讨会7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。“

这种愿景将看到太阳的能量 - 以太阳辐射和风力的形式变成氢气,使金博宝188备用地址用电解,然后在世界各地运输。

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

IEA在2019年的2019年报告中,为氢气的潜在优势列表增加了工业发展和熟练的工作。它说氢气是柔性和多功能的,能够充当燃料,以及在几天或年的不同时间之间的位置和储存之间的能量载体。金博宝188备用地址

它还可以延长化石燃料和相关基础设施的寿命,例如天然气管道,IEA 2019年氢的报告说:

“[i] F ccus [碳捕获,使用和存储]用于减少化石燃料氢气生产的CO2强度,这将使一些化石燃料资源继续使用。”

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,氢气可能是燃烧在燃气轮机确保电力需求得到满足。IEA解释道:

“通过生产氢气,可再生电力可以更好地用于化学燃料的应用。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不平衡。”

这意味着氢可以帮助加强和连接很大程度上独立的能源系统,这些系统现在用于供热、电力、工业和交通,这个想法被称为“金博宝188备用地址扇区耦合“。

制造和使用氢所需的技术有可能从可再生能源的政策和成本降低经验中受益变得廉价

鉴于所有这些优势,IEA的报告称“它可能很容易预想在未来的全包低碳经济中”。但它补充说:

“然而,其他清洁能源技术机会最近大大提高,最金博宝188备用地址重要的是直接使用电力的解决方案,这意味着氢气的未来可能更像集成到多样化和互补的能量网络中的一个。特别是因为在某些最终用途的氢气中使用氢以面临与其他(低碳)竞争对手相比的技术和经济挑战。“

在类似的静脉中,Micheal Liebreich是Bloombergnef的高级贡献者,写在一个最近的文章:“在表面上,[氢气]似乎是每个能源问题的答案。”金博宝188备用地址但他补充说:“可悲的是,氢气显示出同样令人印象深刻的缺点列表。”

氢的优势

  • 燃烧干净,只释放水和能量。金博宝188备用地址
  • 每单位重量比大多数其他燃金博宝188备用地址料储存更多的能量。
  • 可以从低碳来源。
  • 可以用作燃料,将能量从一个地方传送到另一个地方,作为能量储存的形式或作为金博宝188备用地址化学原料。
  • 可用于几乎没有替代方案的“难以削减”行业的脱碳。
  • 为能源安全、工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

  • 今天几乎所有生产都来自高碳来源。
  • 目前生产成本高,成本降低不确定。
  • 笨重和运输和商店昂贵。
  • 生产效率低下,提高成本,需要更大的整体能源供应,清洁能源生产的规模甚至更快。金博宝188备用地址
  • 其使用的供应链和价值链是复杂的,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成本高企,这使得目前的氢燃料缺乏竞争力,而随着时间的推移,成本将如何发展还存在不确定性。见下文).它补充道:

“氢有安全风险,高前期基础设施成本和化石燃料供应和分配的一些工业动态,特别是当与CCU配对时[碳捕获、使用和储存]。尚不清楚公民如何对氢的这些方面作出反应。“

IEA还表示,由于氢的复杂性,患有鸡蛋和鸡蛋的风险供应和价值链,这使得逐步部署更加困难。

例如,更换用于建筑物的化石气将依赖于大量低碳氢的可用性,并且适当地升级基础设施以分配和安全地燃烧燃料。

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:“基于氢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“根据目前对相关技术的了解,在整个经济体中强制采用氢的战略看起来非常低效。”

下图显示了为什么电动车辆比氢燃料电池车辆更有效,或者在源自氢的合成燃料上运行的那些。

这是一个类似的故事什么时候比较带氢气锅炉的电热泵,或者在效率时存储多余的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,每次生产,转换或使用时都会遇到效率损失。在氢的情况下,这些损失可以在价值链中的不同步骤中积聚。将电力转换为氢气后,将其运输并将其存放,然后将其转换回燃料电池中的电力,输送能量可以低于初始电力输入中的30%。金博宝188备用地址

“这使得氢气比电力或用于生产它的天然气更为”昂贵“。它还进行了最小化任何价值链中能量载流子之间的转换次数的情况。金博宝188备用地址也就是说,在没有对能源供应的限制的情况下,只要有二氧化碳排放,效率就在很大程度上是经济学金博宝188备用地址问题,在整个价值链的水平上被视为经济学。“

事实上,以化石燃料为基础的传统能源系统是可金博宝188备用地址行的已经效率低下了,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,平均效率在燃煤电厂中,这一比例仅为33%。

这表明低效率并不是使用氢的根本障碍。相反,低效率可能会通过更高的成本和需要更大的能源供应来抑制氢气。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,负责工业和重型运输的高级主管岩石山研究所

谈到欧盟最近公布的氢战略(见下文),他告诉碳简报:金宝搏bet188

“最终对欧盟来说,驱动因素不一定是成本,而是能源供应的安全、(俄罗斯石油和天然气进口)减少对普京的敞口,以及创造就业机会。金博宝188备用地址目前,氢能源的这些方面的机会被低估了,而它们正是推动能源发展的动力。”

哪些国家正在探索使用氢气?

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,注意到它是“目前享有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。

包括国际能源机构在内的一些有影响力的组织氢委员会英国石油公司,都揭示了其对未来的意义和其他愿景her21世纪20年代被称为“氢的十年”。

利用可再生电力生产“绿色”氢的管道正在迅速扩大,近三倍就在今年早些时候的五个月里。然而,这些项目对全球能源系统的贡献仍然微乎其微。金博宝188备用地址

仅有的197个当事人中的6个2015年巴黎协定第一次提到“氢”国家决定捐款但对该协议的兴趣也随着各国的一波高涨而受到鼓舞净零目标,阐述国家氢策略。

一个最近的评论世界能源委员金博宝188备用地址会德国的一个章节发现,20个国家已经引进了这样的战略,或者“即将这样做”。

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。

在各种国家的氢气支持范围,包括国家战略,试点和示范项目和政策讨论。基于Ludwig-Bölkow-SystemTechik GmbH(LBST)和世界能议会德国章节的报告的图。金博宝188备用地址由Joe Goodman进行碳简介地图。金宝搏bet188

最重要的声明之一是欧盟委员会的“氢策略该计划包括一个雄心勃勃的目标,即到2030年,欧洲电解产能达到4000亿瓦,以生产“绿色”氢。

从背景来看,2000年到2019年,全球部署的绿色氢项目总能力只有0.25GW,根据咨询公司Wood Mackenzie。

在一个新闻发布会上推出战略,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,有些是在一个“绿色恢复“从Covid-19大流行。

迫于追赶欧洲邻国的压力,英国的部长们已经说过他们很快将宣布“世界领先的”氢战略,以帮助达到其2050净零目标.国家电网已表示氢将“需要”实现这一目标。

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业秘书Alok Sharma表示,政府预计将在明年的早期发布自己[2021]“。

鲍里斯·约翰逊首相的10点计划“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。

这是显着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。

下面的地图说明了世界各地的当前和计划的氢气能力,并展示了欧洲目前如何引领其未来生产计划。

(使用左上角的开关在两个之间切换。)

目前和计划中的低碳氢生产能力为数千吨。需要注意的是,根据捕获和存储的二氧化碳排放量的比例,采用CCS技术生产化石燃料的能力被评为零碳量。计划好的项目可能不会全部顺利进行,因为它们处于不同的发展阶段,包括没有明确时间表或坚定投资决定的计划。资料来源:更新后的公开版本国际能源署氢项目数据库,如IEA的碳简介所提供的。金宝搏bet188汤姆普拉特地图碳简介。金宝搏bet188

然而,蒂默曼斯在演讲中表示,虽然欧洲一直处于领先地位,但其他国家正在迎头赶上计划为沙特阿拉伯的一个大型氢能工厂提供4千兆瓦的风能和太阳能。“(氢)已经成为世界各地新能源的摇滚明星,”他说。

对这个市场的竞争和急于基于新项目的竞争被称为“氢战争”最近发言金博宝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氢作为一种能源金博宝188备用地址2017年氢战略宣布计划建立第一个“基于氢气社会”。

在活动延期之前由于Covid-19,日本政府打算展示它的进步在2020年东京奥运会上,他使用氢气为奥运圣火和100辆为奥运会服务的公共汽车提供动力。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公布计划,动员其丰富的可再生资源,成为绿色氢的主要出口国亚洲部分地区和欧洲。

欧洲绿色交易法国委员会委员会在欧洲委员会总部的新闻发布会上发言。
欧洲绿色交易法国委员会委员会在欧洲委员会总部的新闻发布会上发言。资料来源: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,中国发展氢燃料电池已有近20年的历史。前科技部部长万188bet博彩公司怎么样工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备用地址能源公司等英国石油公司美国也提出了氢计划,承诺将低碳氢项目作为其净零排放目标的组成部分。

与此同时,曾经被认为是氢技术领导者的美国,一直近年来落后。

(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计划是由能源公司SGH2提出的金博宝188备用地址,该公司表示,计划在2023年之前建成一个利用生物质生产氢气的设施。)

一个最近的报告由几个国家的石油公司和汽车制造商支持氢气,氢气有“在维持美国全球能源领导方面发挥关键作用”: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,并投资氢气经济的基础。美国不应该落后。“

需要多少氢才能限制气候变化?

在为这篇文章进行的20多个采访中,人们普遍认为,为了避免危险的气候变化,需要使用氢,实现净零排放。对于世界需要多少氢以及将用在哪些领域,人们还没有达成一致。

和电一样,氢也是一种金博宝188备用地址能量载体或“能量向量金博宝188备用地址”。简而言之,这意味着它是一种方便的方式来存储、移动和使用从其他来源提取的能量。金博宝188备用地址

最重要的是,电力和氢气的生产都可以脱碳。(查看:哪些国家探索使用氢气?)这些零碳能量载体对于达到净零至关重要。金博宝188备用地址

而电气化扮演着主导作用路径识别政府间气候变化小组(IPCC),它目前无法解锁一些扇区,例如远程传输。

这使得氢气“必需”向达到净零点表示大卫·约菲博士,英国咨询的碳预算负责人气候变化委员会.他告诉碳简报:金宝搏bet188

“在我们看来,你应该寻求在任何你能做到的地方通电。如果成本太高,或者不可行,那就是寻找氢。”

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备用地址学键而不是更短暂的电荷来传递的。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作为燃料或化学原料。

“总是有一些电气化不合适的应用程序,”说梅瑞迪斯附件,作用铅和加热和冷却头彭博堡

“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,或在储存方面进行耐用性。因此,我们将氢气和低碳燃料视为一般捕获 - 全部是净零经济性不可或缺的。“

尽管预计氢气在达到净零排放的电力方面发挥较小的作用,但其生产和使用仍然可能需要从今天急剧扩大。

只有氢气扩展的速度如何取决于政策决策,社会选择,相对成本和技术性能,每次潜在应用燃料。

未来生产低碳氢的成本是多少,以及在多个经济部门成功地大规模部署这种燃料的难度有多大,这些都是不确定的。

因此,在途径中,在途径中存在广泛的氢气,这是如何削减他们的排放来避免危险的气候变化。

金宝搏bet188碳简短分析了一系列深脱碳情景中的氢气用途,以衡量整体和特定最终使用部门的采用水平。

下图显示了份额最终能量金博宝188备用地址由氢,2050年供应,在世界(顶部),欧盟(中心)和英国(底部)的深脱碳途径。

每一行显示单个报告或组织的结果,用浅蓝色条表示不同情况下的氢份额范围。中心估计和最大电位分别用中蓝色和深蓝色的圆表示。

氢在最终能源中所占的百分比金博宝188备用地址
氢气提供的最终能量份额%。金博宝188备用地址2019年全球份额(顶部)与2050年为2050年的股票(上部),欧盟(中央)和英国(下)。范围(浅蓝色条)表示相关方案的传播。中央估计(中蓝点)也显示出最大的采用(深蓝色)。资料来源:碳简介金宝搏bet188上市研究及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

在图表顶端的全球研究中,到2050年,氢在最终能源中所占比例在零到30%之间。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。

涵盖欧盟的方案也有类似的范围,从欧盟委员会的方案来看,到2050年最大可达23%,净零联合研究中心

值得注意的是,对本文分析的英国途径包括氢的2050年最终能量的一半,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碳简报理解来自气候变化委员会(CCC)将于12月9日发布,届时氢气的份额将不到总份额的五分之一到三分之一。

重要的是,场景的氢气用途取决于几个因素,包括模型的假设,模型中的细节水平和建模途径的野心。

前英国政府顾问Guyey.争辩“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种方案的野心和氢摄入量之间的关联。

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。

同样,显示氢的广泛使用可能反映了对氢生产和使用可能实现的潜在成本降低的过于乐观的假设,或者可能看到其产量以不切实际的速度增长。

据A表示,“[H] ydrogen在有影响力的全球能源情景中发挥了有限的作用。”金博宝188备用地址学习希拉博士Samsatli在巴斯大学和国际同事一起工作。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,甚至是错误的。在氢气的情况下,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陷,还是由于模型不能代表该技术的好处。”

从上图的全球研究来看,最低的氢使用量是IPCC的2018年特别报道1.5摄氏度.这种低吸收率可能在一定程度上反映了当时可用的建模文献的年代,氢可能被认为是昂贵的。

在英国石油公司的最新报告中,氢的特点更为突出金博宝188备用地址能源前景,建立“更全面的氢气和生物能源在能源转换中发挥作用的综合建模”。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设想的“范围的顶端”,即当排放达到净零时,需求在15-60EJ之间。

该公司的展望补充说,这“可能反映了许多IPCC情景,在过去几年中在政策和私营部门兴趣的增加之前编制了”。

在一个报告发表于2020年3月,彭博堡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

该公司最近的“新能源前金博宝188备用地址景“在2050年使用800亿吨氢(MTH2)以满足四分之一的最终全球能源需求,同时保持升温到低于2℃。金博宝188备用地址

如果所有这些都是用电解的方法制造的,它将需要36000太瓦时(TWh)的电力。BNEF指出:“他的发电量比当今世界多出38%。”

BNEF的新能源前景预金博宝188备用地址计产业部门(30%),工业(30%),运输(25%)和建筑物(15%)之间将分配氢气,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备用地址能源技术观点,于2020年9月出版。预计到2050年,氢的使用只能满足不到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,在一个情况下保持温暖 - 低于2C的情况下,IEA看到氢会满足最终能源需求的13%,在扇区之间不均匀地蔓延。金博宝188备用地址氢气将符合运输和航空的大量能源用途,但几乎没有建筑物,如下所示。金博宝188备用地址

最终能量需求金博宝188备用地址氢
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

萨姆萨特利及其同事的研究得出结论,工业和重型运输为氢的使用提供了最大的机会。它补充说,如果大规模的氢基础设施为这些部门服务,那么天然气也可以为其他部门提供灵活性,比如电力部门。

艾玛捏合他是该行业集团的首席执行官金博宝188备用地址能源英国他告诉碳简报:“金宝搏bet188使用氢最有力的商业理由是在替代能源很少的领域。”

这可能包括运输,重工业或暖气,虽然她注意到:“电气化将不得不成为热量答案的重要组成部分。”Pinchbeck补充说:

“从根本上,能源市场的许多未来的价值将是电子和灵活性。金博宝188备用地址年代o hydrogen needs to work out how it’s going to fit into that model…Hydrogen is a really attractive solution, but the challenge is about how it can be commercially attractive to fit into the gaps in the economy, where electricity can’t do it.”

为什么氢现在又被“炒作”了?

氢气被许多报纸编辑所引人注目的世界领袖为了解决今天的问题,从驾驶Covid-19大流行后的“绿色恢复”减少英国对中国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是在1807年建造的,关于使用电解液中的氢来取代煤的争论一直存在出现早在1863年。

汤姆布朗博士,一个能量金博宝188备用地址系统制动器卡尔斯鲁厄理工学院,概述了一些早期历史一系列最近的Twitter线程。他告诉碳简报:金宝搏bet188

“事实上,如果你足够聪明的话,基本上任何事情都可以用氢来做。人们在很早的时候就意识到了这一点,而且它一直是一个主题,但除非你拥有非常低的成本,否则它不会真正变得重要。”

一个早期的例子是20世纪20年代建造的超过100兆瓦(MW)的氢电解器,用于供应化肥工业,在挪威和印度等地使用廉价的水力发电。

随着其他行业的电力需求增加,以及廉价的化石燃料可以用于氢气生产,这些早期的努力被挤掉了。然而,从那以后,已经发生了几起"炒作循环“和政府驱动器让氢气接地。

“氢经济术语”是第一个创造了在1970年由化学家约翰教授Bockris,他愿景由太阳能和核生成的氢气提供动力的世界。

在同一年,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:

“作为无污染的燃料,[氢]必须被认真地被认为是21世纪碳氢化合物的逻辑替代品。”

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(石油输出国组织)实施禁运美国,日本和西欧,提高价格并提示寻找替代燃料。

随着禁运解除,新的化石燃料被开发,石油价格下跌,人们对石油的兴趣减弱了。下一个“假黎明“氢经济进展了20世纪90年代当时,汽车制造商对这项技术投入了大量资金。

这一次,根据根据IEA的说法,油价“在本可以让这些项目更接近主流的支持措施中,油价“在本可以让这些项目更接近主流的支持措施中一直处于低位”。

美国总统乔治·w·布什发表2003年国情咨文
美国总统乔治·w·布什发表2003年国情咨文。资料来源:路透社/ Alamy Stock Photo。

在担忧中石油峰值2003年,美国总统乔治•W•布什(George W Bush)宣布了12亿美元的投资计划氢燃料倡议在他的联盟地址希望“今天出生的孩子驾驶的第一辆汽车可以用氢气驱动”。

然而,这种炒作再次相对短暂,正如下图所示,在2008年达到峰值后,全球政府在氢上的支出开始下降。(请注意,该图仅包括30个IEA成员国和欧盟。这并不包括中国。)

氢和燃料电池技术的研发支出
30个国际能源机构和欧盟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

“当氢经济在2000年代的下半年没有真正实现时,它再次放在后燃烧器上,”Gniewomir Flis.他是智库的金博宝188备用地址能源和气候顾问Agora Energiewende.,讲碳简短。金宝搏bet188

气候变化一直是氢讨论中的一致主题,但对石油供应和价格的担忧已经被视为主要目标市场。

因此,在每一轮兴趣中,每当石油成本已经浸没或未解锁新化石燃料供应时,氢气周围的兴奋已经倾向于消退。

Ad van Wijk教授他是加州理工大学未来能源系统的教授金博宝188备用地址代尔夫特理工大学他告诉Carbo金宝搏bet188n Brief,这次的情况有所不同:

“当然,你现在看到的是一个非常不同的系统变化,那就是可再生能源变得非常便宜。这是主要驱动力。”

成本下降可再生能源带来了一种新鲜的热情,作为丰富,低成本的力量许多人认为作为氢成功的先决条件现在可以实现。

最重要的是,气候目标巴黎协定2015年,除非脱碳达到经济的每个角落,否则不太可能得到满足,包括“难以脱碳钢铁生产、航运和航空等行业。

国际可再生能源署金博宝188备用地址(Irena)建议氢气可能是全球能源系统中的“缺失的环节”,有助于削减难以通电的所有这些部门的排放。金博宝188备用地址

苏塔塔斯塔帕塔尔,主任美国能源部金博宝188备用地址他告诉碳简报,相对便宜的氢的可用性意味着人们对金宝搏bet188氢的兴趣已经远远超出了公路运输:

她说:“氢的一个关键好处是,它可以为各种应用提供价值,并帮助整合行业。”

与此同时,Flis指出了石油和天然气已经开始将氢作为替代燃料推动。“他们开始意识到他们必须最终改变某事,”他说。

来自世界上一些最大的石油生产商,以及汽车制造商和工业公司的首席执行官,形成了氢委员会2017年,国际能源署(IEA)和国际能源署(IRENA)等机构对氢燃料的兴趣推动了氢燃料的发展。

最近推出可再生氢联盟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”。
本加拉格尔一位专门从事咨询木质麦肯尼的氢经济的分析师,据最终,最重要的是,这项技术只是“比以往任何时候都更具经济意义”。金宝搏bet188

低碳氢是如何产生的?

几十年来,对氢的需求一直在稳步增长站在根据IEA的说法,大约70mt。绝大多数这是由化石燃料制成的,具有高二氧化碳排放。

原子能机构表示,满足各种需求,使用电力需要3,600特拉瓦(TWH)的专用生产 - “超过欧盟的总发电总发电”。

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。

几乎所有纯氢气都用于炼油和肥料生产等应用,而不是加热建筑物,驱动卡车或发电。

一份报告在2020年初发布行业的地位,木麦肯齐结论是,在过去的十年中,氢需求增长了28%,这一增长与许多其他新技术相比较少“。(风和太阳能输出有飙升在同一时期。)

“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。

术语“低碳氢”在这里至关重要,因为虽然所有的氢燃烧时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/阿拉米
氢气管道。信用:Thyssenkrupp钢铁欧洲/ alamy。

氢生产通常是不同颜色的。出于脱碳的目的,两种最突出的品种是“绿色”和“蓝色”。(IEA.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。)

氢生产的类型

  • 绿色:使用可再生电力的电解产生。
  • 蓝色:生产基于化石燃料,但捕获了二氧化碳排放。
  • 灰色:使用化石煤气制成,没有捕获排放。
  • 黑色:用煤制作。
  • 布朗:使用褐煤制成。
  • 绿松石:热量用于在称为“热解”的过程中分裂化石气。
  • 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。
  • 没有商定:生物量生产。

绿色的氢它是通过电解产生的,利用可再生能源,利用电流将水分解成氢和氧的过程。这一标签有时被误导地用于来自电网电力的氢,因为它只会像电网本身一样“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,最常见的方法,化石气体均燃烧以燃料加工并用作原料。

就目前而言,绝大多数氢不是绿色或蓝色的,而是用化石燃料制造的,没有任何碳捕获。以煤、褐煤和天然气为基础的无碳捕集和存储(CCS)的生产方法分别被称为“黑色”、“棕色”和“灰色”。

根据IEA,76%的氢气来自煤气和23% - 后者主要在中国 - 只有2%来自电解。小于0.7%的当前氢气产生来自低碳绿色或蓝色供应。

此外,氢气产量消耗了所有世界气体的6%,占所有煤炭的2%,每年产生830MTCO2,略高于德国的年度排放量。

在短期内,灰色氢可能仍然是最便宜和最广泛的生产路线,因为目前没有一种低碳生产方法能与之相比具有成本竞争力。(比如:“How much is it going to cost?”

出于实现净零排放的目的,需要从灰色到绿色和蓝色的氢气产生。在下一节中讨论了这两个品种的作用 - “'蓝色'氢气在零零的未来有一个地方?

除了基本的颜色调色板,还有一些其他的生产方法——其中一些是低碳的——可以促进未来的氢需求。

氢也可以通过核能产生来驱动电解。根据国际能源署的说法,通过核能生产氢气“还没有确定的颜色”,但有各种各样的报告称它为“黄色的“,”粉红色的”和“紫色的“。

此外,来自核反应堆的热量可以通过生产蒸汽来具有氢气产生的应用更高效电解或化石基于汽油甲烷重整。

从长远来看,先进核反应堆的高温可以直接从水中提取氢气热化学分裂.这些项目仍处于发展的早期发展阶段。

罗宾教授Grimes.,英国国防部的核领部顾问,最近撰写了皇家社会关于“核热电联产”,即利用“难以脱碳”部门的反应堆产生的热量以及发电的过程。

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

“而不是核被孤立,作为只能产生基准电力的东西,实际上是核心是解决方案的一部分,因为...它的热量可以直接在电力不需要时使用。这是这个热电联产的想法。“

在早期的氢研究中,利用核能来生产氢是一个流行的想法还是存在法国倡导,俄罗斯美国,已经依赖于核的大部分电力供应的国家。

法国普瓦图-夏朗特地区维恩市的Civaux核电站。资料来源:imageBROKER / Alamy Stock Photo
法国普瓦图-夏朗特地区维恩市的Civaux核电站。资料来源:imageBROKER / Alamy Stock Photo

一个报告通过咨询清醒的催化剂辩称,达到国际气候目标所需的氢气量是“远远超过可再生能源”,使核心氢气成为必要性。

Lucid的报告认为,有一条明确的途径可以获得廉价的核能,再加上廉价的高温电解剂,将使核能驱动的生产成为最便宜的制氢方式,部分原因在于更高的金博宝188备用地址转换效率。

然而,根据IEA的,使用核热量使电解氢的固体氧化物电解细胞(SOECs)需要比其他品种更昂贵。它如今,它们的成本高达每千瓦5600美元,比其他电解槽高出3到5倍。

该机构还笔记在其氢报告中,SOECS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量比其他“低碳”技术更具吸引力。没有颜色分配从生物量到氢。

还有"绿松石“氢,作为甲烷的副产物产生的热解它利用热量将化石气体分解为氢和碳。

这仍然是一个利基战略这只是小规模的,但是一直工业利益给出其碳副产品的潜在有用的应用。

如果该过程由可再生能源或核能提供动力,则绿松石氢气具有低排放选项。储存所得碳。

但是,A.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?

关于蓝氢对实现净零排放的贡献存在相当大的争论。一些人看到了它的重要作用,而另一些人说,它最多应该作为一个临时解决方案,而绿色氢的规模扩大。

与此同时,某些人竞选人员科学家们已认为蓝色氢锁定国家变成了化石燃料使用的未来和甲烷排放泄漏,这意味着它应该完全避免。

目前计划在世界上迅速扩大世界各地的绿色和蓝色能力,如下面的图表所示。(请注意,并非所有提案都将实现,并在图表中计划的一半左右,来自三个主要方案:Solena的“血浆气化”建议在美国,在图表中标记为“其他”;这H21蓝氢方案在英国;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。)

每年估计氢气产量数千吨
估计全球氢生产能力,每年数千吨,分为采用可再生电解(黄色)生产的绿色氢气,使用化石气体制成的蓝色氢气与碳捕获和储存(蓝色)和使用其他技术(灰色)产生的氢气制成。右侧的列表示未分配完成日期的项目。并非所有项目建议都将继续。资料来源:更新后的公开版本国际能源署氢项目数据库,如IEA的碳简介所提供的。金宝搏bet188Joe Goodman进行碳简介的图表金宝搏bet188Highcharts

上面的图表中的项目管道大致反映了在零场景中设想的生产方法中的分体式BP的能量金博宝188备用地址前景,其中有16%的最终能源消耗来自2050 - 半金博宝188备用地址绿色和半蓝色的氢气。

石油专业在为蓝色氢气描绘出未来而不是单独的。气候变化委员会(CCC)指示性途径对于英国的净零主要依赖于蓝色氢气,尽管碳简介了解12月预期的更新指导,将指出更大的绿色份额。金宝搏bet188

蓝氢的支持者争辩说,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。它也可以与现有的化石天然气基础设施整合。

在能源前景推出金博宝188备用地址,BP集团首席经济学家斯宾塞戴尔专注于绿色氢气将“约束氢气经济可以生长的节奏”。

能源贸易专家的一份报告金博宝188备用地址拉尔夫绝对为了牛津能源研究所金博宝188备用地址结论是,对绿色氢气的普遍促进意味着“蚕食电力部门可再生电力的成功......以及为什么?蓝色氢气可以从立即开始索取非电信部门的工作“。

各国政府已经表示支持蓝色氢,至少在短期内是这样。朱利安克里特克洛,能源转型总干事和英国清洁增长金博宝188备用地址商业,能源和产业战略部金博宝188备用地址(Beis)曾说过它在“中世纪扮演了一个角色”。

一个地址关于欧盟委员会的氢策略美国副总统蒂默曼斯(Timmermans)强调,欧洲将优先考虑绿色氢,但CCS生产将得到临时支持,以“帮助我们取代污染严重的氢”。

欧洲环境局描述委员会是p港口为蓝氢作为“送给化石燃料工业的礼物”。

委员会的自己的分析支持Timmerman的评论,它还提到了保持蓝氢的关键问题之一:

“在脱碳的未来,使用脱碳电力从电解中获得的氢是更好的选择,包括从可再生能源中获得的‘绿色’氢。天然气蒸汽重整制得的‘蓝’氢与CCS结合也可能发挥作用,前提是解除CCS的固有约束。”

这些“固有的约束”由国际可再生能源署金博宝188备用地址(IRENA),哪个笔记在其氢报告中,CCS技术目前并未达到其潜力,留下了“发电和行业中的偏离轨道”。

报告还指出,考虑到CCS的普遍应用,蓝氢“并非天生无碳”ly削减二氧化碳排放量80-90%。

更高的碳捕获率超过90%是可能的根据IEA,特别是如果被称为替代氢气生产方法自动改革是用来代替更传统的蒸汽甲烷重整。

然而,由于甲烷生产过程中的排放,即使捕获率达到100%,蓝氢也不会是零碳的。托马斯空白来自岩石山地学院讲述碳简介:金宝搏bet188

“在关于氢的初期讨论中,我认为人们已经假设蓝色氢是零碳的——就像生物燃料的假设一样——但它不是零碳燃料。”

他指出,虽然高碳捕获率可以实现,这使得这个过程更加昂贵。他表示:“我认为政策制定者正开始意识到这一现实。”

一个净零报告由英国金博宝188备用地址能源系统弹射器他表示,虽然“投机性创新措施”能捕获99%的碳,但蓝氢“极具吸引力”,否则就会被排除在外:

“没有推测的创新措施,95%捕获速率的甲烷重整太高,碳含量太高。”

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。

不同制氢方法的CO2强度。这包括使用不同电力来源的电解(蓝色),以及直接从化石气(黄色)和煤(灰色)中生产氢气。资料来源:国际能源机构。
不同制氢方法的CO2强度。这包括使用不同电力来源的电解(蓝色),以及直接从化石气(黄色)和煤(灰色)中生产氢气。资料来源:国际能源机构。

但是,该图表仅显示CO2强度。它不考虑由气体生产和分配系统泄漏产生的上游甲烷排放,即使CCS能够捕获通过该过程释放的100%的CC2,也不一定避免。

Agora Energiewende的Gniewomir Flis告诉碳简报,当考虑到金宝搏bet188蓝色氢时,他“非常关注”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泄漏的原因是什么彭比纳研究所智库。它的重点是加拿大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。

报告估计,每千克蓝氢的二氧化碳排放量在2.3-4.1千克之间,这反映了全国上游甲烷排放量的变化。

CCC的Net-Zero技术报告对于英国表示,低碳氢可以由化石气体产生,排放约0.3kgco2 / kg,捕获率为95%。相比之下,IEA每公斤氢气估计0.9kgco2,捕获率为90%,如上图所示。

然而,该委员会表示,如果将化石气体生产的上游排放计算在内,每千克氢的排放量将在0.7-2.5千克二氧化碳当量左右,达到95%的捕集率。

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.

气候变化委员会碳预算主管大卫•约菲博士告诉《碳简报》,在英国的净零目标中,有一些蓝氢的空间,但不能满足大规模部门金宝搏bet188(如供暖和运输)的所有潜在需求。他说:

“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,还有证据表明,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”。

根据该报告,一个评估的一个模型研究全球变暖潜力氢的值是4。3。它的结论是,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。

低碳氢要花多少钱?

绿色氢和蓝色氢在经济脱碳中所扮演的角色将在很大程度上取决于它们的成本。

这些形式的“低碳”氢不仅要相互竞争,而且要在不增加CCS成本的情况下与来自化石燃料的氢竞争,还需要与从电动汽车到生物燃料等其他替代能源解决方案竞争。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,特别是如果氢气从海外进口,以及在国家内分配氢的成本。公司还有公司的利润,增加到最终价格上。

IEA是直率的关于这个话题的不确定性,他指出,“不同地区不同来源生产氢气的相对成本,以及它们未来将如何竞争,目前还不清楚”。

就目前而言,灰色氢是最便宜的选择,如果从中东天然气中采购,成本约为1美元/公斤,但在一些地区可能高达3美元/公斤。对中国和印度这两个主要依靠进口天然气的国家来说,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。)

而氢气来自一些可再生资源可能已经在某些应用中具有成本竞争力,它仍然有很长的路要走,然后在它的化石燃料衍生的等价物中脱颖而出。

尽管如此,对绿色氢气竞争的能力具有广泛的乐观情绪,可再生电力的成本下降,经常被引用为关键驾驶员。

下图表明,根据BNEF的“乐观”假设,最便宜的可再生氢气可以在2030到2030到2030的汽油中最便宜的低碳氢。

未来氢成本的预测范围
预计到2050年,使用可再生电力制造的绿色氢(黄色)和使用具有碳捕获和存储功能的气体制造的低碳氢(蓝色)的氢成本为每公斤$。来源:BNEF.Joe Goodman进行碳简介的图表金宝搏bet188Highcharts

为了许多据报道,太阳能发电价格创历史新低沙特阿拉伯葡萄牙最近几个月,有一种观点得到了支持:尽管进口绿色氢的效率较低,运输成本可能较高,但对世界上大部分地区来说,进口绿色氢可能成为一种划算的解决方案。

另一个关键因素是用于生产绿色氢的电解槽的推出,这种电解槽的价格在过去十年中已经下跌了60%。根据根据欧盟委员会(European Commission)的预测,“以规模经济计算,预计2030年价格将比现在减半”。

在中国,碱性电解槽已经达到了这样的规模经济,生产成本已经比欧洲和北美低80%,根据BNEF。欧洲生产者希望为“创新”较新的电解仪模型做同样的事情。

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,这是国际可再生能源署金博宝188备用地址(Irena)有断言“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。

尽管国际能源署承认存在不确定性,但它指出,绿色氢的成本正在明显下降,“由于可再生能源成本的下降和氢生产的扩大”,到2030年,绿色氢的成本可能下降30%。

Jan Rosenow博士的评估近期成本研究监管援助项目显示为绿色氢制成的估计范围,最为中心的约2至4美元/千克。

有几个因素可以对氢气生产成本的不同前景作出贡献。

例如,如下图所示,IEA的突起 - 由蓝杆表示 - 通常比BNEF更保守,以红色显示。

预计氢成本的范围
根据国际能源署(蓝色,中央估计较深)和英国新能源基金会(红色)的工作,预计2030年氢成本范围,每公斤美元。资料来源:国际能源机构,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。

为了使电解商的投资有价值,需要相对廉价的电力。

将电解器直接连接到可变可再生能源的问题是它们不会一直运行,导致所得氢的成本更高。

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,就像从可再生能源“削减”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减少的电力可能并不总是有经济意义的原因(见:“电器y“ 以下).

高电解器使用率可以帮助使氢气生产中的初始资本成本有价值,尽管这必须与使用的电力成本均衡。

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“保守的假设”,据估计,到2050年,绿色氢可能比蓝色氢更便宜。

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

ORE说,在这种情况下,到2030年,绿色氢可能会比蓝色氢更便宜,“比我们的预测提前约20年”。

当考虑氢的成本时,另一个重要因素是运输,因为移动气体的气体更具挑战性,而不是移动甲烷。

从阳光充足或多风的地区进口廉价氢是一个吸引人的策略,一些国家正在探索(年代ee:“氢将如何影响全球地缘政治?“ 以下).

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Carbo金宝搏bet188n Brief,使用国际能源署的估计,甚至使用日本研究机构更为乐观的运输成本假设Nedo.,进口氢气可能努力与国内采购的供应竞争。

例如,英国制造的绿色氢可能在2030年造成3.20美元/公斤,而葡萄牙170美元/千克,沙特阿拉伯的1.30美元/千克。但运输燃料的成本 - 根据IEA的情况,约有2.70-4 / kg - 这意味着进口选项仍然更昂贵。

然而,如果各国缺乏足够的可再生资源在本国土地上生产足够的氢,它们可能需要进口氢。

运输成本也取决于在路线。通过管道运输氢气的成本随着距离的增加而迅速增加,而使用船舶时,启动成本要高得多,但随着距离的增加保持相对稳定。

国际能源机构表示,在距离不超过1500公里的地区,通过管道输送和分配氢气的成本更低。2020年初,一批欧洲天然气基础设施公司出现了通过计划与管道的“骨干”连接大陆。

然而,对于更长的距离来说,将氢转化为“液体载体”(如氨)更具经济意义。(有关运送氢和氨的更多信息,请参阅:“航运和航空”以下。)

最后,供给和需求也会对最终价格产生影响。一个报告经过极光能源研究金博宝188备用地址结论是,在具有高氢需求的情况下,绿色氢气“明显比蓝色昂贵”。

相比之下,如果需求较低,主要基于绿色源基于绿色源的氢卷嘴的成本达到“可忽略不计的额外费用”。

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的关键作用,推动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Jeremy Rifkin.想象一个世界的批量推出的世界结束了:

“全球安全的道路在于减少对中东石油的依赖,并确保地球上所有人都能获得维持生命所需的能源。金博宝188备用地址氢经济是一个更安全的世界的应原因。“

Rifkin的书在对氢气热情的时候出来了,但这是之前压裂热潮,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。(请看:“为什么氢能现在又被‘炒作’了?”

氢是目前是一个非常局部的行业,有85%的人现场生产和使用,部分原因是运输成本高。因为大多数氢是“灰色”的,所以它确实是最便宜的在低气体价格的地区,如中东和北美。

在其最新的“快速”道路上金博宝188备用地址能源前景,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Rifkin对氢的乐观可能已经过早,但他是不是一个人在将氢与石油与油和造型对地缘政治的影响时。作为一篇论文发表于2020年6月Thijs Van de Graaf根特大学和同事题为“新油?”把它放了:

“随着时间的推移,氢联的跨境海事贸易有可能从根本上重绘全球能源贸易的地理位置,营造新的能源出口国,并重塑各国之间的地缘政治关系和联盟”金博宝188备用地址

绿色氢的膨胀有可能转变现有贸易平衡,使国家丰富的太阳能和风能,如金博宝188备用地址智利澳大利亚和摩洛哥成为主要出口国。的经济学家将这些未来的能源发电站称为“电态”。金博宝188备用地址

Ad van Wijk教授代尔夫特理工大学说,虽然许多国家计划扩大其氢气的国家会挣扎,但在自己的土壤上挣扎,却在全球范围内提供足够的可再生能源。金博宝188备用地址

作为一个例子,他讲碳简短金宝搏bet188覆盖撒哈拉沙漠8%的太阳能电池板可以满足全球的能源需求。金博宝188备用地址“当然,建造太阳能和风能需要时间,但最终没有限制。”

他说,缺乏足够的便宜可再生能源,最终将转向进口:

“这是我们今天所做的同样的事情。我们大量进口能源,至少在欧洲是这样,从那些生产金博宝188备用地址廉价石油、天然气或煤炭的地方进口。”

这在现有的氢战略中是显而易见的,这些战略表明,未来的氢领导者只能看到一小部分供应是在当地生产的。

在它战略德国提议一个谦虚的14 Terawatt小时(TWH)在2030年之前的绿色氢气的110TWH期限

有限的国际贸易已经在进行中,日本最近收到“世界上第一个“从文莱和德国发货的氢气签订协议与摩洛哥合作,以利用其“理想的“绿色氢气生产的条件。

今年早些时候,日本和澳大利亚的部长举行了会晤同意为这个资源匮乏的亚洲国家提供氢气。澳大利亚政府已经自支持以来一个530亿美元(390亿美元)的“亚洲可再生能源枢纽”,这将为这有贡献金博宝188备用地址。

德国也看着在刚果民主共和国,一个主要的水电站正被考虑作为一个氢工厂的潜在地点“增加”。这样的交易担心范德格拉夫和他的合作者提到的一种新动态:

“如果发展中国家仅仅被视为原材料供应国,那么氢革命就有‘绿色殖民主义’的风险。”

氢贸易的未来——以及氢衍生燃料,如氨的贸易——将受到它们在世界各地运输成本的影响(请看:“低碳氢要花多少钱?”).

IEA强调对国际氢能运输路线的需求,指出这种贸易“如果要对全球能源系统产生影响,就必须尽快开始”。金博宝188备用地址Van Wijk告诉碳简报,至金宝搏bet188少在欧洲,另一个关键的组成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“天然气市场的”缓慢和不完全全球化“表明氢贸易可能不会尽可能快地起飞。

第一艘液化氢运输船Suiso Frontier在其发射仪式上。
第一艘液化氢运输船Suiso Frontier在其发射仪式上。信贷:自然资源和能源局。金博宝188备用地址

如果出口市场正在增加,它将无法保证rifkin提出的“更安全的世界”。一份报告该报告于2020年3月由哈佛大学发布福利科学与国际事务中心188bet博彩公司怎么样结论是,而不是扰乱石油富国的“霸权”,绿色氢经济可能以与现有的化石燃料为基础的方式相似:

“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”。

在一篇文章中对外政策,在2020年10月发布,杰森Bordoff教授是美国国家安全委员会的前高级主任,描述了可能面对氢气和氨的海运贸易的风险。

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的计划确保国家是“地球上最大的氢气出口商”。

“蔑视传统智慧......考虑到今天的一些岩浆物可能是明天的静电,”Bordoff写道。

氢如何帮助不同行业达到净零排放?

理论上,氢气有可能从钢铁中脱碳,用于使某人的汽车加热他们家的气体。

然而,在实践中,氢不太可能被普遍使用。此外,即使生产大幅增加,满足所有低碳氢的可能应用所需的量也可能远远超过现有的量。

本节将介绍氢如何应用于交通、工业、供热和电力部门,以帮助他们实现净零排放。

运输

在交通运输中使用氢作为化石燃料的替代品的关注可以追溯到最早的一波热情,当时氢被提倡作为石油的替代品。

这是很明显从支持氢燃料的政策来看,这些政策主要针对汽车、加油站和公共汽车。

然而,流动性目前是最小的是整个氢市场的组成部分,占全球需求的不到0.1%。

热情来自许多行业参与者的氢气将在运输部门取得成功,它已经在一些利基市场应用。例如,大约25,000辆叉车现在的使用氢气。

然而,电池电动汽车的兴起意味着它们被广泛地被视为净零未来的车辆。英国气候变化委员会得出的结论2018年,电动汽车是“现在很好地为汽车和货车提供了大部分脱碳”。

从长途卡车到飞机,氢可能仍在较难脱碳的交通运输中发挥着重要作用,但这些领域的许多进展仍处于早期阶段。

道路运输

截至2019年,有只是11,200个乘用车在运行中运行的氢气电池,主要在加利福尼亚州,欧洲和日本。作为一个比较,全球电池电动汽车舰队超过7m.,到达一百万就在五年前。

氢燃料电池汽车工业一直受到“先有鸡还是先有蛋“ 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。

最近的氢委员会报告得出结论,将在每年增加100万辆汽车的“激进”增加,以使燃料 - 细胞车辆竞争。

与此同时,在燃料电池汽车的早期非常昂贵的电动汽车,已经见证了成本的大幅下降和广泛的充电基础设施的推出。

氢气动力丰田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£45,000(60,010美元),或中型传统的英国汽车这倾向于在2.2万英镑至3.6万英镑(29338 -48,008美元)之间。

氢燃料电池有一些直言不讳的批评者,比如直言不讳的特斯拉(Tesla)首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)打电话给他们“愚蠢的细胞”,并将这项技术斥为“令人难以置信的愚蠢”。

杜登霍夫费迪南德教授,杜伊斯堡大学 - 埃森大学主任汽车研究中心,讲述碳简介他一金宝搏bet188直对氢气汽车持怀疑态度:

“我完全不相信氢燃料电池汽车是乘用车,因为这种技术的成本密集型非常高……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没有任何意义。”

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 - 奔驰有取消了由于高成本和大众汽车发表了三十年后的燃料电池计划一份声明总结:“所有的东西都在支持电池,但几乎没有东西在支持氢气。”

珍妮Nelson教授伦敦帝国学院,近期合作欧洲学院的科学咨询委员会188bet博彩公司怎么样(EAC)评论在这个问题上,讲述碳简介,运输是氢的一个良好金宝搏bet188的例子,其使用可再生能源的低效:金博宝188备用地址

“运行一辆使用可再生氢燃料电池的汽车所需的电力是使用普通电池的大约2.5倍,运行一辆使用可再生氢合成燃料的汽车所需的电力是使用普通电池的大约5倍。”

然而,氢分析专家Gniewomir Flis表示,人们仍然对成功利用这项技术很感兴趣。

“这么多年来,我们投入了这么多钱,如果我们承认,经过这么多年,纯电动汽车才是更好的解决方案,那就太尴尬了。”

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会上升到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。一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。

日本和韩国汽车制造商丰田和现代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——日语中“未来”的意思——尽管低销售额以前的模型。

丰田Mirai(第二代概念车)。信贷:丰田
丰田Mirai(第二代概念车)。信贷:丰田

但是,有迹象即使是这些行业领袖也在经历"转弯,他们公布了增加纯电动汽车产量的计划。

丰田计划将电气和混合动力汽车的全球销售扩大到2025年的5.5米,而氢气汽车的销售仍处于成千上万。

乔恩狩猎,替代燃料的经理丰田他告诉碳简报,虽金宝搏bet188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,他还指出了Mirai的燃料堆栈(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。”

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

对于普通公共汽车,电动汽车已经将远离化石燃料的过渡统治。根据Thinktank.碳追踪去年,中国公交车销量的59%都是电动的。

然而,对于功率要求高、需要长途跋涉的重型卡车和城际客车来说,使用电池直接电气化更具挑战性。因此,燃料电池可能对这些汽车具有竞争优势。

亨特告诉碳简报,这些应金宝搏bet188用要想成功,尤其是商用车辆,必须“毫无疑问”地展示这项技术。他说:“你不能就这样跑到(运输公司)埃迪·斯托巴特那里说,‘看,你能不能就扔几辆燃料电池卡车来拖着你的货物到处跑,就为了试一试。’”

“战略是,在路上得到汽车,因为汽车是一个易于渗透的易于市场......我们知道我们可以向特定用户销售足够的汽车,以展示技术的工作,帮助基础设施的发展。”

然而,即使重型汽车是一个重要的排放源,也是一个“难以脱碳”的行业,向燃料电池的转变也不是必然的结果。

Patrik akerman.他认为,如果你假设电池电动汽车“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。”

根据彭博新能源(BloombergNEF)表示,尽管氢燃料仍可能在长途卡车中发挥作用,但未来的公交车、轻型卡车和汽车市场很可能主要是电动的,到2030年,燃料电池行业的起步将需要1050亿美元的补贴。

根据阿克曼的说法,最明显的替代方案是安装他公司那种架空充电电缆已经试图了在德国。

一个文献综述对气候友好型卡车的研究发现,几乎每一项包括这些“链”线的研究都得出结论,这是更好的脱碳技术,优于氢燃料电池。

下图,由一份白皮书所示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。

四种不同排放减少方案的额外成本
与基于化石燃料使用的参考案例,四种不同排放场景的额外成本与德国长途省电,重型货运部门的辅助燃料使用相比。来源:ICCT., 基于Kasten等人。(2016)

也是潜力对于不依赖于悬链线的电动卡车的发展,这可能是可行的担忧关于所需电池的尺寸和重量。

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,发现在一种情况下,将其成本与其他选项进行比较IEA报告在卡车运输方面,电动卡车最受欢迎。

一个关键问题是低碳氢可用性的永远存在的问题。根据IEA,如果目前运行的每辆车,卡车和公共汽车都被燃料电池换成了燃料电池,则氢需求每年需达到300MT,所有用途的电流水平超过四倍。

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

“[西门子使]电解器[氢]。我们很乐意向市场提供这一点,但我们看到这是一个巨大的承诺,只是为了处理现有需求。“

他补充说,有一些部门,如长途运输,这不太可能切换到电池,使其需要更大的绿色氢。“你可以在[直接]使用电力的地方......你应该,”他总结道。

运输和航空

航空和运输负责大约5%全球排放,也难以通用。氢或氢气燃料,如因此,可以对零零目标至关重要。

过去的一年是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从化石燃料,目前是氢在这些领域的进步的上限。

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。
一架氢动力Piper Malibu从英国克兰菲尔德机场首次起飞,启动了ZeroAvia在2023年底前进入服务的努力。来源:ZeroAvia。

小丽毛他是一名海洋研究人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)目标与2008年,行业数据相比,2050年划分的50%的50%排放量已经同意商业上可行的零排放船舶必须在2030年前进入全球舰队。

然而,尽管各种各样早期项目根据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。

海事组织的另一份报告劳埃德注册结束于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。

需要比油基燃料和那里更多的存储量至少五倍是担忧它可以进食进入货物储存,因此,利润。

但是,毛泽东举行了建模研究今年早些时候发现99%的集装箱船舶在中国和美国之间的繁忙路线旅行可以由氢气提供动力“只有燃料能力或运营的微小变化”。

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。

虽然它比化石燃料需要更多的空间,但氨的能量密度比氢高,并且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的当前和未来成本,包括极低硫燃油(vllsfo)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)。资料来源:国际能源机构。
大型运输船不同燃料和动力系统的当前和未来成本,包括极低硫燃油(vllsfo)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.

和氢一样,氨和甲醇都是低碳的,但目前的大部分需求是由化石燃料(年代ee:“产业”).

一份报告1920年9月20日由壳牌通过80个行业数据的访谈确定了绿色氢气和氨作为脱碳运输的热门选择,65%和55%的受访者表示他们将它们视为未来混合的一部分。甲醇是“很少提及”,只有10%的人说他们对未来这么重要。

然而,该报告也得出结论,“几乎没有证据”表明其他行业将氨作为未来的燃料:

“因为这个原因,如果运费是选择氨作为其主导燃料,则可能是基础设施成本将完全由这一部门承担。”

最终,需要船舶削减排放,有效碳定价和低碳燃料标准的任务是可能需要使这些替代品具有竞争力的建议之一。

航空业是另一个难以脱碳的行业,氢在其中可能发挥关键作用Ahmad Baroutaji博士,工程师沃尔弗林大学谁发表了概述这是去年的话题。他告诉碳简报:金宝搏bet188

“航空业有一个目标到2050年,在2005年的水平上实现二氧化碳净排放量减少50%的目标,只有在行业中部署更多的氢技术,才能实现这样一个雄心勃勃的目标。”

这些气体可以直接燃烧,用来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,这将对现有的基础设施进行相对较少的改变。

飞机上使用氢的一个问题是它燃烧时会产生水蒸气水的贡献在高海拔地区的温室效果。

这个问题导致了英国的气候变化委员会完全驳回此选项,声明2018年,“因此,在脱碳航空中似乎并不似乎是氢气的作用”。

最近的评估更积极。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。

同样的报道得出结论,氢燃烧可以将每次飞行的整体气候影响降低50-75%,核算客座率的影响包括水蒸气,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。

据报道,氢燃料电池产生水蒸气,其冷却足以捕获并储存在飞机上,因此避免了气候影响。虽然氢燃烧是不可能的,但其气候影响仍低于煤油。

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。

空中客车已发布这是“世界上第一架零排放商用飞机”的三个概念,该公司希望到2035年投入使用。飞机将依靠氢燃料燃烧和氢燃料电池的支持。

ZEROe空客概念飞机。信贷:空客
ZEROe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。液化氢需要是煤油储存量的四倍。

在短期内,公司可以使用尽管生产成本高,由氢气和二氧化碳制成的合成燃料替代煤油。它们还将具有发射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产生的,它们甚至可以是零排放从空中捕获

与航运一样,欧盟委员会的报告也提到了这一点得出的结论这对于任何用于扩大和竞争生物燃料等替代方案的选项,将需要长期政策框架和大量研究资金。

铁路

可以从氢气中受益的最终运输方式是轨道。氢气动力列车慢慢地翻出来,有两个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。

铁路已经是世界上最电气化的运输方式。四分之三在电动火车上发生的客运。

然而,国际能源署表示,在“燃料电池成本降低的乐观假设下”,与其他一些运输形式不同,氢实际上可能对铁路具有竞争力,特别是对不经常使用的线路和大型长途列车,如用于运输货物的列车。

伯明翰大学原型氢燃料电池供电的Hydroflex火车
伯明翰大学的氢燃料电池驱动的Hydroflex列车原型在昆顿铁路技术中心进行测试运行。图片来源:g.p.e塞克斯/ Alamy Stock Photo。

尽管如此,一个最近的报告由英国铁路网络所有者网络轨道得出结论,氢技术“不适合长途高速和货运”。

具体地说,该报告引用与柴油相比,需要八倍的储存量的储存体积,以及迄今为止,没有提供氢气动力的货运或高速列车。

相反,该报告认为氢燃料主要是用于解决农村地区的低速客运铁路线,或用于处理“脱线”路段,如隧道和桥梁,这些路段很难通过架空电线进行电气化。

一些建议在某些位置安装架空电线的高成本使氢在某些情况下具有更经济的选择。

另一份报告,去年为英国铁路部长制作铁路工业脱碳工作小组他指出,“氢的未来成本是不可预测的,尤其是在生产手段缺乏确定性的情况下”。

在英国,火车的二氧化碳排放量已经增加被削减了在过去的十年里,随着更多线路的电气化和电力系统的脱碳,碳排放减少了50%。

国家铁路公司将电气化作为该国剩余的至少四分之三未电气化铁路的解决方案。氢气被认为是最佳选择,仅占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

氢的灵活性意味着它在工业上有广泛的现有和潜在应用,包括化肥、钢铁和水泥的生产。它可以是化学原料,可燃燃料或去除杂质的反应物。

所有这些都意味着工业,特别是炼油、氨和甲醇生产,目前构成了大部分的氢需求。这些氢几乎全部来自化石燃料。

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是相对“唾手可得“对于脱碳。为了达到这个目标,他们使用的气体必须被低碳来源的氢气取代。

单单针对这些现有的需求来源,扩大低碳氢的生产规模将是一项重大的任务,因为需要大量的氢。

一直是这次讨论的重点的行业是炼钢。根据我们的数据,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是工程公司技术官员Primetals Technologies他告诉《碳简报》金宝搏bet188,钢铁制造商一直在努力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)要达到净零碳的目标,(这些变化)是不够的。”你必须转向氢燃料。”

钢铁生产。来源:Primetals。
钢铁生产。来源:Primetals。

而直接电气化炼钢则使用一种叫做电解沉积可能是未来的一种选择,但迄今为止,它只在试点规模进行了演示。

一些钢已经回收了从废料废料,炉子供电,哪个可能脱碳。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。

这依赖于一个多个世纪仍然相同的过程。铁矿石用焦炭熔炼,焦炭,燃料和还原剂,以除去氧气,并将纯金属留在后面,发射CO2。

氢气可以作为燃料喷射到这些炉子中,削减排放量高达20%。这种技术是被测试由德国钢铁生产商Thyssenkrupp仍然依赖于煤炭来减少矿石。

一个较新的生产方法直接re.简化铁(DRI)采用氢气作为还原剂。这并不需要一个熔炉来熔化矿石,只排放水。

当它站立时,大约7%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IEA,用DRI和电炉代替所有炼钢将导致该部门的氢需求增加15倍。

试点项目欧洲正在将低碳氢整合到炼钢中,但“绿色钢铁”何时能具有竞争力仍是一个悬而未决的问题。

瑞典钢铁公司SSAB.正在运行HYBRIT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对与其他部门相比如何迅速起飞时持怀疑态度:

“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est伴侣彭博堡如下图所示,建议绿色氢气可以在2030年之前与最昂贵的煤钢竞争,假设氢气约为2美元/千克。这种估计依赖于电解器的成本和广泛的可再生部署的估计。

用氢和煤制造钢铁的成本
氢制钢(紫色线)和煤制钢(黑色块)的均一化成本,不包括碳价。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,绿钢可能仍需要各国政府的相当长,可能包括排放交易计划支持绿钢的开关和配额。

Fleischanderl还强调了一个重要的重要性碳边界调整该机制使绿色钢铁能够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,您无法管理它,因为它很明显,绿钢将花费更多。必须被接受,“Fleischanderl说。

托马斯空白的岩石山地学院讲述了碳简介,与许多政策制定者热衷于保护炼钢作为战略行业,价格远非唯一的考虑因金宝搏bet188素。

他指出,虽然绿色钢铁生产最具成本效益的地点可能是澳大利亚西部的干燥西北,而铁矿石是开采,可再生电力可能便宜,充足,如果意味着,欧盟和印度可能会接受更昂贵的钢材保持生产本地。

另一个“难以脱碳”的部门可以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全球排放量的3%,尽管这还不包括能源投入的排放量。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,目前占其排放的三分之一。

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

英国政府可行性研究去年发表的一篇文章检测了生物质和氢的混合来制造“净零”水泥,指出氢在这种情况下“从未被测试过”。一个项目自从此以来获得了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、纸张和铝的制造,也依赖热源进行各种过程,包括熔化、干燥和驱动化学反应。

氢可以燃烧或用于燃料电池,以满足部分热量需求,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一篇论文称为“一些新兴解决方案的适度技术准备水平”。

由于它掌握了“几乎没有专门的氢气产生的发电机”,预计将与生物量和CCS“竞争”,根据国际能源署。

该机构表示,它可以竞争工业热的电气化,尽管电力已经更加开发。一项研究发现78%的欧洲工业能源需求已经可以通过现有技术实现电气化。金博宝188备用地址

至于已经依赖于氢气的工业过程,而效率改善可能会遏制它们的一些需求,总体而言预计会增长。这意味着企业需要寻求低碳氢气来源以脱碳。

单一的部门最大的需求就是炼油,用氢来除去硫和其他杂质。

虽然石油的使用可能会随着气候行动而减少,但对燃料中硫含量的严格规定意味着这个部门对氢的需求可能仍然很大。

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。

预计对这些物质的需求将在未来几十年中增长。然而,如果这些化学物质建立了长距离运输氢的方式,或者作为它们自己的替代燃料,它可能会进一步增长。

尽管有毒性,但特别是氨在某些应用中讨论了氢气中的替代品,特别是送货(见:“运输”).它可能储存和运输

它比氢气更容易,因为它是一种液体,在相对较低的压力下,既可以转化回氢气,也可以燃烧而不产生二氧化碳。

在最近的一次决议事件他是欧盟委员会能源顾问金博宝188备用地址都铎王朝Constantinescu他说,他看到这种氢衍生的燃料在一个完全脱碳经济中发挥“一个非常重要的作用”。

低碳氢可能对所有这些应用脱碳至关重要,但其成功将取决于使用CCS和生物质的气体竞争,这两者也可用于切割行业的排放。

汤姆布朗博士卡尔斯鲁厄理工学院他告诉碳简报,这金宝搏bet188有助于解释为什么会出现这种情况如此多的变化在氢气使用的突起中。“我认为任何人都不知道哪一个会成为最前沿的人,”他说。

哪个解决方案在顶部出来,国际能源机构说明快速扩大它们以解决行业排放的紧迫性。

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,同时将使用化石气体的升温控制在远低于2摄氏度的范围内,从现在到2030年,必须以每月4个月的速度建造每年捕获100万吨二氧化碳的CCS装置。

如果用绿色氢来实现同样的目标,到2030年,每周必须建造6到7个100兆瓦的电解槽。
根据国际能源署的数据,2021年是目前已设置这相当于四座100兆瓦的电解槽在一年内投入使用。

氢的多功能性意味着它可以在电力部门有多种应用,包括在改造发电厂和提供电力在使用燃料电池的偏远岛上。

特别是,氢气可以在电力系统中发挥的两个有价值的角色。

首先,已经提出了潜在低碳电力的灵活来源,可用于补充由可变可再生能源的栅格,例如风和太阳能。

其次,电解器可用于使用“减少“当可再生供应超过需求时,”在特别晴朗或有风的时期将浪费的发电即可。

在德国Madfeld的多云早晨光的风农场
风力发电场在多云的晨光在Madfeld,德国。资料来源:毛里求斯图片有限公司/ 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“,在太阳和风不足以提供电力。

在这种情况下,氢可以作为一种有用的能源储存形式,覆盖电池不足时可再生能源系统的季节性变化。金博宝188备用地址

可再生电力可以转化为氢气,这些电力有时来自家庭电网,而且价格便宜。或者,也可以从风力或日照过剩的国家进口(请参阅:“氢气将如何影响全球地理位置?”

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,电池倾向于提供一个卓越的存储系统,有往返效率(能量与能量的比例)金博宝188备用地址超过80%,相比35-41%对于氢气。

然而,当能量需要储存数天或数周时,氢可以被使用金博宝188备用地址自销售超过较长的时间段。

这对于更大规模的存储需求也更有意义,与氢存储所占用的空间相比,这将需要“巨大”数量的电池,根据国际能源署。

尽管这些应用程序,汤姆布朗博士卡尔斯鲁厄理工学院, WHO有模仿欧洲的深脱碳途径表示,电力部门不太可能成为广泛的氢卷展览的首要任务。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,在转向电解和绿色氢气之前,它是“更经济的”,以便在可再生能源中提供电力。

在生产和储存基础设施到位以供应其他部门之后,如行业,氢气用于备用发电可以自然而然地跟随,他说:“你有点得到氢气,这是100%可再生世界的最后10-20%免费,基本上。“

根据一项报告来自欧洲大学研究院,使用氢气储存是“大幅高估”的只是因为,在欧洲至少,没有太阳或风的时期实际上并不是很常见:

“冬季海上风力发电量高于夏季,传输网相当有效地将欧洲各国连接起来。”

然而,使用人们提出的减少电力的策略不仅是为了减少排放,也是为了节省资金。

一个报告关于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“可以显著帮助改善氢气生产的经济性”,也为可再生资产所有者提供收入。

随着Wood Mackenzie的Ben Gallagher讲述碳简介,这些时期与可再生渗透率上升越来越常见金宝搏bet188

“[in]加利福尼亚,德国,西部和西德克萨斯州,削减频率和负电价事件越来越多,所以通过电解氢,非常类似于能源存储,被认为是一个潜在的工具,以帮助管理电网的灵活性。”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,以低成本吸收所有减少的可再生能源将具有挑战性”。

太阳能阵列在希尔峡谷污水处理厂
加州希尔峡谷污水处理厂的太阳能阵列,它提供了该设施大约15%的能源需求。金博宝188备用地址资料来源:星球公民/ Alamy Stock Photo。

电容器仅建立使用这种浪费的力量可能只IRENA指出,大约10%的时间运行。这是因为当天气特别晴朗或有风的时候,限行只是偶尔发生的事件。

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,随着Agora EnergiewEnde的GNiewomir Flis所指出的,电解槽的降低可能有助于缩减功率与化石燃料氢气竞争。

此分析基于质子交换膜PEM (PEM)电解液,与更广泛使用的碱性电解液不同,它能够快速增加并捕获减少的能量。金博宝188备用地址

虽然中国是世界上最大的电解商生产商,已开创了相对便宜的碱性电解器的生产,但目前的PEM电解仪太贵了从缩减电力生产成本竞争性氢气。

但随着欧盟的洪水,它是氢策略,它已经承诺了投资于PEM等“创新技术”的生产,以保持经济竞争力并降低价格。

大厦的热量

建筑物的空间加热和热水供应是最竞争的氢气使用领域之一,通常是主题加热辩论。

许多金博宝188备用地址专家驳斥在脱碳的建筑物热量中发挥着大作用的氢气的想法,因为它比电热泵更少效率,运行更昂贵。

其他人认为它可以处理脱碳热的问题没有扰乱人们的生活,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。

总的来说,效率和电气化是脱碳的主要途径,他说珍妮山他是英国咨询公司建筑与国际行动主管气候变化委员会但是,氢气可能发挥重要的二级作用。她讲碳简短:金宝搏bet188

“效率是必不可少的第一步或热量问题变得太大。虽然电气化是初级战略重要性的,但氢气可以在电力领域的峰值 - 或通过使用混合热泵[见下文]以及区域地区的角色来发挥令人难以置信的有用作用。“

建筑供热是需要解决的主要问题。根据IEA.在美国,建筑热能使用占全球最终能源需求的20%以上,包括空间供暖、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,最高24%的最终能源由氢气提供,供所有用途。金博宝188备用地址

此外,这些研究中的大多数氢用于工业,运输或功率,而不是建筑物。这表明使用氢气与脱碳的大部分建筑物热需求都不会是最佳的。尽管如此,可能需要替代品不可行。

一些国家已经在脱碳供热方面取得了快速的进步,使用电力或区域供热。但是,在其他许多地方,已经有了有限的的进步。

抛弃热排放通常被认为是具有挑战性的,特别是对于IEA所说的较少的绝缘现有建筑物仍将弥补2050年的全球股票的五分之二。

国际能源署说,目前全球约41%的建筑热量来自燃烧天然气,各国差异很大。如图所示,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。

燃气(深灰色),电(蓝色),区热(橙色)等燃料,百分比,各种国家的建筑热量分享。资料来源:鲜明的经济学2017年英国政府的报告,如2019年的查塔姆屋所引用。
燃气(深灰色),电(蓝色),区热(橙色)等燃料,百分比,各种国家的建筑热量分享。来源:生动的经济学2017为英国政府报告,如此引用查塔姆研究所2019

支持者们说,燃气供暖的广泛使用为氢提供了一个机会,因为它可以作为一种替代能源。像样的“更换燃料。氢气可以烧成一个改性燃气锅炉或滚刀,由a提供的燃料使用网络气体分配管道。

联盟公司在英国一直在努力测试这个想法几年目的将“英国天然气电网的重要部分转化为100%的氢气”。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,有至少有37个项目测试氢气将氢气混合到现有的气体网格中,认为持续高达20%的体积,而不会改变消费者。这被视为一种“低遗憾”,减少加热和扩大氢气的二氧化碳。

英国的天然气输送管道网络——历史上由易泄漏和易腐蚀的铁制成——已经被替换为“含氢”塑料管,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。

铁管道的更换将在2032年完成,说马修呼啸声,天然气的头部金博宝188备用地址能源网络协会该协会代表英国的天然气和电力分销公司。

Carl Arntzen,锅炉制造商的首席执行官伍斯特博世,讲碳简介认为,金宝搏bet188在他看来,氢是目前用化石气体加热的85%的85%的最佳解决方案。

他指出热泵的实际挑战,包括升级建筑能效,更换散热器并找到热水罐和热泵设备的空间。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。

对家园和行为的破坏性变化的想法通常是“心态”人们思考关于热量的未来国家行政学院的辛德尔说。(最近,英国气候组装发现对氢气,热泵和热网络的强大支持,以解决热脱碳。​​)

但是,尽管重大能效升级可能具有破坏性,但无论如何都可能需要它们。理查德·洛斯博士埃克塞特大学,讲述碳简介:“金宝搏bet188在我见过的每一点分析中,无论是氢还是电气化,你必须做效率让事情成本效益。”

在成本,最近的分析研究表明,氢气加热的成本大约是天然气的三倍,而热泵则是因为运行起来很便宜在某些情况下作为燃气锅炉。

BNEF的Meredith Annex表示,使用氢气热量是一个“昂贵的用例”,燃料相对于热泵“奋斗”,即使是总体拥有成本。

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。

这一点经常陪同通过下面的图表的版本,显示了目前通过电(蓝线)与气体(红色)相遇的半小时英国能源需求的季节性变化。金博宝188备用地址(金宝搏bet188碳简介了解类似图表是在天然气行业内部的名片上。)

英国对热和电的需求
英国半小时的热量和电力需求,十亿瓦。热量需求是一个估计。来源:管理供热系统脱碳,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,要满足用电高峰的热需求,可能需要电力系统的规模大幅增加,峰值用电需求增长了五到六倍。

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。这将是进一步减少通过道路上所需的能金博宝188备用地址量效率改进到净零。

此外,热泵的工作原理是从外部空气中吸收热量,将用于运行热泵的能量乘以两到三倍,这取决于设备性能和环境温度。金博宝188备用地址这可能削减最高峰在热能再次下降。金博宝188备用地址

即便如此,在寒冷的冬季夜晚,剩余的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。

根据包括CCC和BNEF的分析师,这是氢气可以介入的地方。他们指出了使用大多上电力的“混合”热系统,但在最冷的日子里使用氢锅炉“充值”,与碳捕获和储存或储存的气体或燃烧的峰值电厂都可以使用填补风和太阳能输出的差距。

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,大量热需求的电气化,主要是使用热泵,同时减少热需求,代表了接近完全脱碳加热的最低成本途径。”

一个审查来自的选择英国能金博宝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主要策略”。金博宝188备用地址它说,如果“重大的不确定性”得到解决,氢可以发挥作用。

虽然Lowes和其他人支持进行大规模的氢试验来评估这种燃料的潜力,但他们警告说,这项工作不应该被用来作为逃避其他选择取得进展的借口。

在最近的博客中,斯明威斯拉特,英国创新基金会执行董事巢滩,讨论了“仿生浮萍”的更广泛,相关问题,在此,将来的新技术解决方案的承诺用于阻碍现有选项的使用。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,这些狂热是否主要是为了部署一种温暖的未来主义,以阻止目前热泵的威胁。”

Jan Rosenow博士来自监管援助项目告诉碳简要:金宝搏bet188

“我认为一个合理的方法将是逐步的,在你测试氢气的情况下,然后逐渐推出基础设施,而不是拥有一个大计划,这一切都将是关于氢气的......对我来说,这似乎误导。这是一个深深的危险策略,可以完全失败 - 然后在10年内你没有做任何事情。“

金宝搏bet188由Tom Prater和Joe Goodman设计的碳简报地图,图表,图形和交互。

分享这个故事
  • 深入问答:世界是否需要氢气达到净零排放量?

短暂的

专家分析直接到您的收件箱。

通过电子邮件获取每日或每周碳简报选择的所有重要文章和论文的汇总。金宝搏bet188输入你的电邮地址,表示你同意你的资料将按照我们的隐私政策

短暂的

专家分析直接到您的收件箱。

通过电子邮件获取每日或每周碳简报选择的所有重要文章和论文的汇总。金宝搏bet188输入你的电邮地址,表示你同意你的资料将按照我们的隐私政策