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绿色的电解设备在林茨钢联综合钢铁厂,奥地利。 信贷:钢联股份有限公司
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2020年11月30日8点

深入问答:世界需要氢来解决气候变化吗?

多个作者

11.30.20
必威体育在线注册 深入问答:世界需要氢来解决气候变化吗?

氢气一直被认为是替代化石燃料和应对气候变化的潜在的有价值的工具。

现在,随着国家提出零策略与国际气候目标对齐,氢再次兴起的议程从澳大利亚和英国,德国和日本。

在最乐观的前景,氢可以很快电力卡车、飞机和船只。家庭供暖,平衡电网和帮助重工业从钢铁,水泥。

但与氢做所有这些事情需要惊人的数量的燃料,只有干净的方法用于生产。此外,对于每一个潜在变革性的应用氢,有独特的挑战,必须克服。

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。必威手机官网

什么是氢和它是如何帮助解决气候变化问题?

氢是宇宙中最轻和最丰富的元素。也是一个爆炸性的含有更多的能量和清洁气体的单位重量比化石燃料。必威体育在线注册

在氢经济中,氢的使用化石燃料,目前提供的4/5世界上的必威体育在线注册能源供应并发出大部分全球温室气体排放。

这只能援助气候目标因为氢燃烧时排放的水,可以没有释放二氧化碳。(目前生产排放830吨的二氧化碳[MtCO2]。)

氢经济可以包罗万象。或者一系列的利基市场,取决于氢可用性、成本和性能相对于替代品,为每一个潜在的应用程序。

在这两个极端之间,仍然存在潜在的氢扮演非常重要的角色,达到零排放,要求大幅扩大其生产和使用。

“你是赞成还是反对氢?这似乎是一个错误的问题。我认为这个问题是:你真的需要使用它在哪里?”Jan罗斯诺夫博士监管援助项目

氢可以帮助解决“关键”hard-to-abate行业,如钢铁和长途运输,说帖木儿居尔总部位于巴黎的负责人国际能源机构必威体育在线注册(IEA)在必威体育在线注册其主要能源技术部门和领导2019年的报告未来的氢。他告诉碳简要:必威手机官网

“我认为氢有它的地方,有一个重要的地方…但我认为如果你对零排放的目标,你不寻找建立氢经济,你寻找通向低碳能源领域。必威体育在线注册这是一个意味着结束。”

氢可以通过分解水和电-电解或化石燃料和生物质燃料通过分割或蒸汽加热,使用“改革”或“热解”。任何可以捕获和储存二氧化碳。

氢可以存储,通过管道、液化和运输卡车或船只。它可以用来制造化肥、燃料汽车,家庭供暖、发电或推动重工业。

这种潜在的氢“经济”图形所示,如下。插图,标题编号从1到3,表明氢气,和使用。

氢可以存储,

转换合成

燃料或运输通过

卡车、船或管道

氢经济

2。

网格

存储

出口

如何使低碳的氢,

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,

生物能必威体育在线注册源和化石燃料

二氧化碳捕获与封存

运输

1。

改革

CCS

化肥

生产

气体

二氧化碳

二氧化碳

氢可以使用

运输、工业、

发电、

化肥或加热

3所示。

煤炭

转换

石油

生物质

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图形由汤姆多嘴的人。

一些倡导一个氢经济未来的描述一个广阔的视野,它取代大部分的社会,经济和地缘政治位置现在被化石燃料。

Saehoon Kim博士现代燃料电池部门的主管告诉英国的能源必威体育在线注册网络研讨会7月:

“在过去,我们的技术和行业都是关于收集油,提供石油和石油使用。现在,在未来,它将收集阳光,阳光和交付使用的阳光,那将可能是氢。”

这个愿景将太阳的能量——太阳辐射和太阳风的形式转化为氢,通过电解必威体育在线注册,然后运送到世界各地。

作为一个全球交易商品,氢可以重塑地缘政治地图,结束依赖化石燃料出口国为进口商和改善能源安全。必威体育在线注册

IEA在其2019年的报告,增加了工业发展和技术工作为氢的潜在优势。氢是灵活的和通用的,可以作为燃料,以及位置之间的能量载体和一天中不同时段之间——通过存储或一年。必威体育在线注册

它还可以延长生命的化石燃料和相关的基础设施,如天然气管道,IEA是2019氢的报告说:

“(我)f CCUS(碳捕获、使用和存储)是用来减少化石燃料制氢的二氧化碳强度,这将使一些化石燃料资源继续被使用。”

城市燃气管道维护地下。
城市燃气管道维护地下。信贷:和或Bujdoso除股票的照片。

此外,氢经济可以帮助平衡变量的使用可再生能源来发电。电解可以吸收过剩供应,几乎没有风或阳光时,氢可以在燃气轮机燃烧以确保满足电力需求。IEA解释道:

“通过生产氢气,可再生电力可用于应用程序更好的化学燃料。可以提供很长的距离,低必威体育在线注册碳能源和电力可以存储,以满足每周或每月供求失衡。”

这意味着氢可以帮助加强和连接主要使用独立的能源系统,今天热,电力、工业和交通、一个想法被称为“必威体育在线注册部门的耦合”。

和所需的技术和使用氢有可能受益于政策和降低成本的经验,可再生能源变得廉价

鉴于所有这些优势,国际能源机构的报告说,“这可能会设想一个无所不包的氢低碳经济未来”。但它补充道:

“然而,其他清洁能源技术机会最近有了很大的提必威体育在线注册高,最重要的是解决方案,直接使用电,这意味着未来氢可能更融入多样化和补充能源网络之一。这是尤其如此,因为氢的使用在特定的最终用途领域面临着技术和经济挑战与其他(低碳)的竞争对手。”

同样,迈克尔Liebreich、高级撰稿人BloombergNEF,中写道最近的文章:“表面上看,(氢)似乎每个能源问题的答案。必威体育在线注册”但he adds: “Sadly, hydrogen displays an equally impressive list of disadvantages.”

氢的优势

  • 清洁燃烧,释放出只有水和能源。必威体育在线注册
  • 存储更多的能量比大多数其必威体育在线注册他燃料每单位重量。
  • 可以由低碳来源。
  • 可以作为燃料使用,从一个地方到另一个运输能量,作为形式的能量储存或化学原必威体育在线注册料。
  • 可用于低碳“很难减弱”行业很少有选择。
  • 为能源安全提供了更广泛的益处,产业战略和空气质量。必威体育在线注册

氢的缺点

  • 今天几乎所有生产高碳来源。
  • 目前生产成本和降低成本是不确定的。
  • 笨重的和昂贵的运输和储存。
  • 生产效率低下,提高整体成本,需要一个更大的能源供应,更快扩大清洁能源的生产。必威体育在线注册
  • 供应和价值链的使用是复杂的,需要协调。
  • 需要新的安全标准和社会接受。

IEA说挑战包括高成本,使氢没有竞争力的今天,如何不确定性成本会随着时间发展(见下文)。它补充道:

“氢有安全风险、前期基础设施成本高和一些工业动力学的化石燃料的供应和分配,特别是搭配CCUS [碳捕获、使用和存储]。目前尚不清楚氢的公民将如何应对这些方面。”

国际能源署还说有一个鸡和蛋的问题的风险,因为氢的复杂性供应和价值链,这使得逐步部署更加困难。

例如,替代化石构建热气体将依靠大量的可用性低碳的氢和适当升级基础设施安全分发和燃烧的燃料。

也有政府和政策的不确定性对氢的支持,尽管越来越多的国家正在开发专用的氢策略(见下文)。

效率低是另一个重大挑战,更多的能量被浪费在每一步的生产和使用氢气比许多选择。必威体育在线注册

国际能源机构表示:“氢燃料可以利用有限的现有基础设施的变化价值链,但效率损失为代价的。”

经济学家说氢是“逃不掉地低效”,必威体育在线注册能源技术研究所首席工程师在2018年写道:“一个战略实施全面采用氢整个经济看起来非常低效的基于当前对相关技术的理解。”

下图显示了电动汽车为什么几倍的效率比氢燃料电池汽车,或者那些运行在合成燃料来自氢。

这是一个类似的故事比较与氢电热泵锅炉、或者当看的效率储存多余电力氢的形式供以后使用。

IEA解释道:

“所有必威体育在线注册能源公司,包括化石燃料,遇到每次产生的效率损失,或使用转换。在氢的情况下,这些损失可以积累不同价值链中的步骤。将电能转换为氢后,运输和储存它,然后把它转换成电能在燃料电池中,传递的能量可以低于30%的初始电输入。必威体育在线注册

“这使得氢更昂贵的比电力或天然气用于生产。这也使得最小化能源运营商之间转换的数量在任何价值链。必威体育在线注册说,没有约束的能源供应,只要二氧化碳排放值,效率可以很大程度上是一个经济问题,要考虑在整必威体育在线注册个价值链的水平。”

实际上,传统的基于化石燃料的能源系统必威体育在线注册已经高度效率低下与内燃机汽车返回20%的能量在汽油有用的前进运动。必威体育在线注册类似地,平均效率燃煤电厂的仅为33%。

这表明低效率并不是一个基本障碍的使用氢。相反,低效率可能阻碍氢通过更高的成本和更大的能源供应的需要。必威体育在线注册

最后,尽管成本、效率和技术性能都是重要的因素对氢的地址,“有一些真正关键的司机超越技术经济”,说托马斯空白高级主要为工业和重型运输落基山研究所

指欧盟最近发布的氢策略(见下文),他告诉碳简要:必威手机官网

“最终为欧盟,它不一定是由成本推动的,它是由能源供应安全,减少暴露于普京对俄罗斯石油和天然气进口,创造就业。必威体育在线注册这些方面的氢的机会都是轻描淡写,会推动事情向前发展。”

哪些国家正在探索使用氢?

去年,国际能源机构必威体育在线注册(IEA)生产的一个重要的报告未来的氢,并指出这是“目前享受前所未有的政治和商业势头”。

它描述了2019年的“关键”能量载体和概述了稳定增长政策和研究支持它的使用能源的应用。必威体育在线注册

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对其未来的应用,都揭示了他们的愿景和其他意义预示2020年代“氢的十年”。

管道的“绿色”氢-使用可再生电力生产迅速扩大,近三倍今年早些时候在短短5个月。然而,这些项目仍然做出了一个边际贡献全球能源体系。必威体育在线注册

只有六个197方2015年巴黎协定提到“氢”在全国范围内确定贡献这笔交易,但人们对它的兴趣正在上升的国家,鼓励零的目标氢,制定国家战略。

一个最近的评论世界能源理事必威体育在线注册会德国章发现20个国家已经推出了这样的策略或“这样的边缘”。

下面的地图是基于更新分析由理事会与碳短暂。必威手机官网它显示了另一个33个国家朝着这个方向。这让该组织的结论,通过这些策略可能会覆盖2025个国家占全球GDP的80%以上。

氢的程度选择国家的支持,包括国家战略、试点和示范项目和政策讨论。基于图的报告Ludwig-Bolkow-Systemtechik GmbH是一家(LBST)和世界能源理事会的德国章节。必威体育在线注册地图由乔·古德曼碳简短。必威手机官网

一个最重要的公告是欧盟委员会(European Commission)的“氢的策略欧洲气候中和”,2020年7月发布,其中包括一个雄心勃勃的目标40千瓦(GW)欧洲电解槽生产能力“绿色”在2030年氢。

的背景下,从2000年到2019年,绿色氢的总容量0.25千瓦项目部署在全球范围内,根据咨询公司Wood Mackenzie。

在一个新闻发布会上启动战略,欧盟委员会副主席Frans Timmermans形容“干净”的氢“至关重要”,欧盟的“绿色交易”,在2050年达到零排放的目标。

“大部分的能源转型将专注于必威体育在线注册直接电气化,但在诸如钢铁、水泥、化工、空气流量、重型运输、航运、我们需要别的东西。”

这个野心提振了欧洲几个国家,包括德国,葡萄牙荷兰自己,释放出氢的策略,一些上下文中的“绿色复苏“从Covid-19大流行。

跟上欧洲邻国的压力下,英国的部长们已经说过他们将很快宣布“世界领先”战略,以帮助达到氢2050年零的目标。国家电网表示氢将“需要”为达成这一目标。

承认最近国家氢战略的“疾风”在最近的一次环境审计委员会听力英国商务大臣阿洛克·夏尔玛说,政府将发布自己的“明年早期[2021]”。

总理鲍里斯·约翰逊的“10点计划“绿色工业革命”提到支出的“高达£500(合667美元)“氢,氢包括一个5兆瓦的目标低碳未来十年生产能力。

这是大大减少比其他一些欧洲国家。德国就已表示,它将花费€90亿清洁制氢和出口海外的技术,但在同一个目标5千瓦到2030年国内产能。

下面的地图展示了当前和计划的氢能力在世界各地和欧洲显示出目前主要以其未来生产计划。

(两者之间切换使用开关的左上角)。

当前和计划的低碳氢生产能力,成千上万吨。注意,从化石燃料生产能力的CCS被评为这将是零碳量,基于捕获的二氧化碳排放比例和存储。规划项目可能不会继续,因为他们都是在不同的发展阶段,包括计划没有明确时间表或公司投资决策。来源:公开可用的更新版本IEA氢项目数据库国际能源机构,提供碳短暂。必威手机官网地图由汤姆为碳短暂多嘴的人。必威手机官网

然而,在他的演讲中,蒂默曼说,尽管欧洲一直领先,其他国家正在迎头赶上,指计划在沙特阿拉伯的大型氢工厂4兆瓦的风能和太阳能。“(氢)已经成为了新能源在世界的明星,”他说。

在这个市场的竞争和急于基金新项目被称为“氢大战”由一个能源专业最近说必威体育在线注册布隆伯格

尤其是日本,一直在探索氢作为能源自1970年代以来,在它必威体育在线注册2017年氢战略宣布计划建立第一个“公共社会”。

事件推迟是由于Covid-19前,日本政府为了展示它的进步在2020年东京奥运会上,使用氢动力奥运圣火和舰队的100公交车为奥运会服务。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有发布计划,动员他们丰富的可再生资源,成为绿色氢的主要出口商亚洲部分地区和欧洲。

欧盟委员对欧洲绿色交易Frans Timmermans说在一次新闻发布会上欧盟委员会(European Commission)的总部。
欧盟委员对欧洲绿色交易Frans Timmermans说在一次新闻发布会上欧盟委员会(European Commission)的总部。来源:路透社除股票的照片。

然而,中国被认为是欧洲最大的竞争对手时氢技术和绿色两个大国之间的竞争可以帮助降低价格。

已经是世界上最大生产商和用户的氢,中国一直在发展氢燃料电池大约20年了。前任科学部长龚biwei6868,开创了国家电动汽车战略,它“应该考虑建立一个氢社会”。

必威体育在线注册能源公司,如壳牌英国石油公司,也发生了氢计划,致力于低碳氢项目部署的组件零排放的目标。

与此同时,美国,曾被认为是氢技术的领导者,一直近年来落后。

(在上面的地图显示了相当大的计划氢能力,它是扭曲了一个大项目提出的能源公司SGH2说,它打算必威体育在线注册有一个工厂生产氢从生物质在2023年操作。)

一个最近的报告由几个国家石油公司和汽车制造商表示,氢有“关键作用在维护美国全球能源领导”:必威体育在线注册

“其他国家,如德国、日本和中国,正在开发氢基础设施和投资于氢经济奠定基础。我们不应该落后。”

氢是需要限制气候变化多少?

在本文对二十多位面试,需要有广泛的共识,氢为了避免危险的气候变化,达到零排放。协议减少多少氢世界需要和它将用于哪个行业。

如电,氢是一种“必威体育在线注册能量载体”或“能量向必威体育在线注册量”。简单来说,这意味着它是一个方便的方式来存储,移动和使用能源从其他来源中提取。必威体育在线注册

至关重要的是,生产电力和氢气可以无碳化。(看:哪些国家正在探索使用氢?零排放)这些能源运营商将为达到零是至关重必威体育在线注册要的。

在电气化扮演主导作用路径识别政府间气候变化专门委员会(IPCC),目前不能解锁一些行业,如长途运输。

这使得氢“必不可少”为了达到零,说大卫·约菲博士碳预算主管英国咨询气候变化委员会。他告诉碳简要:必威手机官网

“在我们看来,你应该希望无论你可以通电。非常昂贵的地方,或者不可行,你正在寻找氢的作用。”

与电力、能源储存在氢是在相对稳定的化学键,而不是必威体育在线注册一个短暂的电荷。这意味着它的能量更容易存储,传必威体育在线注册输和转换为其他分子用作燃料或化工原料。

“总是会有一些应用电气化是不合适的,”说梅瑞迪斯附件,在氢和加热和冷却主管BloombergNEF:

“那可能是因为你需要一个燃料分子(高)必威体育在线注册能量密度,或化学反应,持久性存储。所以我们看到氢和低碳燃料一般全方位零经济是必不可少的。”

尽管氢比电力预计将扮演一个小角色达到零排放,其生产和使用可能仍然需要从今天急剧扩大。

多么戏剧性的氢膨胀将取决于政策决定,社会选择,相对成本和技术性能,在每个潜在应用的燃料。

也有不确定性低碳的氢会花多少钱在未来,将会多么容易成功部署大规模的燃料,跨多个部门的经济。

结果,有一个广泛的氢在通路模型世界如何使用和个别国家或地区可以减排,以避免危险的气候变化。

必威手机官网碳简要分析氢在一系列深脱碳的场景中使用的采用程度来衡量整体和在特定的最终用途领域。

下面的图表显示的比例最后的能源必威体育在线注册提供的氢,在2050年,在深脱碳通路对世界(上),欧盟(中心)和英国(底部)。

每一行显示一个报告或组织的发现,氢的股票显示为不同的场景中,适当的,浅蓝色的酒吧。中央估计和最大潜力表现为使用和深蓝色的圈子里,分别。

最终能源提供的氢的比例分享必威体育在线注册
分享最后的能源提供的氢,%。必威体育在线注册2019年全球份额(上)和股票2050年的世界(上),欧盟(中央)和英国(低)。范围(浅蓝色酒吧)显示的传播相关的场景。采用中央估计(中期蓝点)和最大(深蓝色)也显示。来源:碳简要分析必威手机官网研究和上市分析欧盟委员会(European Commission)的联合研究中心。看到联系表为引用。图表由乔·古德曼碳短暂使用必威手机官网Highcharts

全球研究的顶部部分图表,氢满足任何零至30%的2050年最后的能量。必威体育在线注册高端市场是理论最大值,而不是一个现实的潜力。

场景覆盖欧盟有一个相似的范围,与23%的最大零到2050年从欧盟委员会(European Commission)的途径联合研究中心

值得注意的是,英国通路为本文分析包括多达半数的最终能源在2050年遇到的氢,远高于在欧盟和全球份额的研究。必威体育在线注册

必威手机官网碳简单理解的新建议气候变化委员会(CCC),将于12月9日,将场景与氢的份额不到总数的五分之一到三分之一。

重要的是,一个场景的氢使用取决于几个因素,包括模型的假设,详细的模型和建模途径的野心。

英国前政府顾问人韦认为:“在许多方面,氢是大赢家”后,英国将其雄心从一个到2050年减排80%到100%。这是支持的研究显示一个场景之间的相关性的雄心壮志和氢吸收。

低利率的氢气中使用任何特定的模型或者场景可能反映过时的假设对其成本或技术潜力,相对于其他脱碳选项为每个终端使用。

同样,场景显示广泛使用的氢可能反映了过于乐观的假设的潜在的降低成本,可以实现氢气生产和使用,或者以不切实际的快速速度输出。

“[H] ydrogen历来作用影响全球能源有限场景,”据必威体育在线注册研究希拉博士Samsatli英国巴斯大学,与国际的同事。它补充道:

“结果和结论从一个非常简单的模型可以误导甚至错误。在氢的背景下,如果一个技术没有出现在结果不可能确定这是由于技术的一个固有的缺点还是由于模型的不足来表示技术的好处。”

看全球研究图,上图中,氢的最低水平在IPCC的使用2018特别报告1.5摄氏度。这种低吸收可能部分反映了造型的时代文学可用,与氢可能被认为是昂贵的。

在英国石油公司的最新的氢特性更强烈必威体育在线注册能源展望,建立在“更全面的模型,氢和生物能源可能扮演的角色在能源过渡”。必威体育在线注册

“零”途径——英国石油公司说的是大致符合1.5摄氏度的场景——看到氢使用达到58穰焦(EJ)到2050年,会议最后的全球能源需求的15%左右。必威体育在线注册

BP指出,使用氢的途径是联合国政府间气候变化专门委员会的“区间的高端”场景,15-60EJ之间需求的时候,达到零排放。

公司的前景还说,这“可能反映出,许多IPCC场景之前编译的政策和私营部门的兴趣的增加氢在过去几年”。

在一个报告发表在2020年3月,BloombergNEF制定一个更强的氢。它确定最大技术潜在的天然气满足最后的2050年全球能源需求的30%。必威体育在线注册

限制的途径变暖比工业革命前高1.5摄氏度和能源使用整体低得多,BNEF看到氢会议最终全球能源需求的24%,如上图所示。必威体育在线注册

最近公司的“新能源前必威体育在线注册景“看到800吨氢(MtH2) 2050年用来满足全球能源需求的四分之一决赛,同时保持变暖比2 c。必威体育在线注册

如果这都是通过电解,它将需要36000太瓦时(TWh)的电力。“[T]他是世界上超过38%的电力生产今天,“BNEF笔记。

BNEF氢新能源前景预必威体育在线注册计使用分离的电力行业(30%)、行业(30%)、交通(25%)和建筑(15%),如下图所示。

另一个最近的研究是国际能源机构(IEA)必威体育在线注册必威体育在线注册能源技术的角度发表在2020年9月。这把氢使用会议只有不到7%的最终能源需求在2050年,其中运输(44%)、工业(28%)、电力(19%)和必威体育在线注册建筑(9%)。

到2070年,在一个场景中保持变暖比2 c,国际能源署认为氢会议最终能源需求的13%,总之间的行业分布不均。必威体育在线注册氢会满足大型能源用于运输和航空的股票,但几乎没有任何建筑,如下所示。必威体育在线注册

最后的氢能源必威体育在线注册需求
左:氢使用在国际能源机构可持续发展能源技术视角的场景中,每年必威体育在线注册数百万吨油当量(左轴)和最后的能源的份额(右轴),2019 - 2070。右:氢的最终能源在2070年,每个最终使用部门。必威体育在线注册资料来源:国际能源机构必威体育在线注册2020年能源技术视角

Samsatli及其同事的研究得出结论:工业和重型运输为氢提供了最大的机会使用。它补充说,如果大规模氢基础设施是建立服务于这些行业,然后气体也可以提供灵活性,如电力行业。

艾玛冒牌的贸易集团的首席执行官必威体育在线注册英国能源告诉碳简短:“最必威手机官网强的商业案例的氢领域,已经没有别的选择了。”

这可能包括航运、重工业或加热,冒牌的说,虽然她指出:“电气化是必须要回答的很大一部分热量。“铜锌补充道:

“从根本上说,很多未来价值的能源市场将在电子和灵活性。必威体育在线注册所以氢需要解决它将如何适应这种模式…氢是一个非常有吸引力的解决方案,但面临的挑战是如何在商业上很有吸引力的融入经济的差距,电不能这么做。”

为什么现在是氢再次被“炒作”?

氢气被许多报纸社论和称赞世界各国领导人作为一个解决今天的问题,开车后一个“绿色复苏”Covid-19大流行减少英国对中国的依赖电动汽车电池。

这种热情氢作为能源解决方案并不新鲜。必威体育在线注册第一个氢动力内燃机建于1807年和辩论从电解槽使用氢取代煤出现了早在1863年。

汤姆布朗博士的能源系统必威体育在线注册建模者卡尔斯鲁厄理工学院这种早期的历史,概述了一些的一个系列最近Twitter的线程。他告诉碳简要:必威手机官网

“事实是…基本上可以用氢如果你足够聪明。人们基本上很早就意识到,它一直反复出现的主题,但它并没有真正成为相关直到你有非常廉价的力量。”

早期的例子来自氢电解槽超过100兆瓦(MW)由1920年代供应化肥行业,利用廉价的水电在挪威和印度等地。

这些早期的努力击败随着电力需求增长在其他领域和廉价的化石燃料成为用于制氢。然而,因为有几个“炒作周期“和政府推动氢离地面。

“氢经济”一词是第一创造了1970年由化学家约翰教授Bockris,他一个愿景世界太阳能——核电氢。

同年,一篇论文题为“对液体氢燃料经济”琼斯教授劳伦斯密歇根大学的物理学家,得出结论:

“作为无污染的燃料(氢),必须认真考虑逻辑代替碳氢化合物在21世纪。”

氢的发展燃料电池商业应用程序开始后不久石油输出国组织(石油输出国组织)实施石油禁运美国、日本和西欧,推高了价格,并促使寻找替代燃料。

兴趣减弱的禁令解除,新的化石燃料被利用和油价下跌。下一个“虚假的黎明“氢经济的走了进来1990年代特别是,当汽车制造商向技术大举投资。

这一次,根据IEA石油价格”通过十年的下半年仍低,令人窒息的支持,这些项目可能已经接近主流”。

美国总统乔治•布什(George w . Bush)将2003年的国情咨文
美国总统乔治•布什(George w . Bush)将2003年的国情咨文。来源:路透社除股票的照片。

由于担忧”石油峰值“在2003年,美国总统乔治·W·布什宣布了一项12亿美元氢燃料计划在他的国情咨文希望“第一辆车由今天出生的孩子可能会是由氢”。

然而,一旦这炒作是相对短暂的,如下图所示,在2008年达到顶峰后氢进入全球政府支出下降。(注意,表只包括30 IEA成员国和欧盟。这并不包括中国)。

研究与开发支出氢和燃料电池技术
研发支出在氢和燃料电池技术在30个国家成员的国际能源机构和欧盟。必威体育在线注册来源:国际能源机构。图表由乔·古德曼碳短暂使用必威手机官网Highcharts

“当氢经济并没有真正实现下半年2000年代它被搁置了,”Gniewomir fli能源和气候必威体育在线注册顾问智囊机构集市Energiewende告诉碳短暂。必威手机官网

气候变化的一个一致的主题一直是氢的讨论,但石油供应和价格的担忧主导和公路车辆已被视为主要的目标市场。

因此,在每一轮的兴趣,每当油价下降或解锁新的化石燃料供应,氢倾向于周围的兴奋消退。

广告van Wijk教授未来能源系统的教授必威体育在线注册代尔夫特理工大学告诉碳短暂,这次必威手机官网的情况是不同的:

当然,“你现在看到的是一个非常不同的系统变化和可再生能源已经变得非常便宜。这是主要的司机。”

成本下降可再生能源带来了新一轮的热情丰富,低成本的电力许多人认为作为氢的先决条件的成功现在似乎可以实现的。

至关重要的是,气候变化的目标巴黎协定2015年不太可能遇到了除非脱碳达到经济的每一个角落,包括“hard-to-decarbonise”行业(如钢铁生产、航运和航空。

国际可再生能源机构必威体育在线注册(IRENA)建议氢可能是“缺失的环节”全球能源系统,帮助减少排放在所有这些领域,很难使触电。必威体育在线注册

(Sunita Satyapal主任美国能源部的必威体育在线注册氢的办公室,告诉碳简短,相对廉价的氢的可用性意必威手机官网味着现在的兴趣远远超过道路运输:

“氢的一个关键的好处是,它可以为各种应用程序提供价值并帮助整合行业,”她说。

与此同时,fli指出,石油和天然气专业已经开始将氢作为替代燃料。“他们开始意识到,它们最终将不得不改变的东西,”他说。

首席执行官从一些世界最大的石油生产国,以及汽车制造商和工业企业,形成了氢委员会2017年促进氢,和身体的兴趣包括国际能源署和IRENA帮助推到聚光灯下。

最近推出可再生氢联合主要贸易机构展示了风能和太阳能行业也支持氢,与主要贸易机构承诺帮助“发展的商业模式和市场,这将使可再生氢主流”。
本·加拉格尔分析师专注于氢经济咨询公司Wood Mackenzie,告诉碳短暂,最后,最重要的因素是,这种技术仅仅“比以往任何时候都更多的经济意义…”。必威手机官网

低碳的氢是怎么产生的?

几十年来对氢气的需求已经稳步上升站在根据IEA 70吨左右,。绝大多数是由化石燃料的高二氧化碳排放。

该机构说,满足所有这些需求用电需要3600太瓦时(TWh)专用生产——“超过欧盟的年发电总量”。

额外的45吨氢用于行业,如钢铁和甲醇生产,与其他气体混合物中。

今天几乎所有的纯氢用于应用程序,如炼油、化肥生产、不供暖,驾驶卡车或发电。

一份报告在行业的地位,在2020年初发布的,Wood Mackenzie得出结论,而氢的需求在过去的十年中增长了28%这个增长是“小比许多其他新技术”。(风能和太阳能输出飙升在同一时期)。

“如果氢低碳需求的增长,市场将增长急剧上升。但我们还没有看到,爆炸,”Wood Mackenzie指出,不幸的是措辞的新闻稿。

氢“低碳”一词是至关重要的因为当所有氢燃烧不产生温室气体排放的气候影响不同的生产方法存在着很大的差别。

氢气管道。信贷:蒂森克虏伯钢铁欧洲除
氢气管道。信贷:蒂森克虏伯钢铁欧洲除。

制氢”通常被认为是由不同的颜色。对于脱碳的目的,两个最突出的品种是“绿色”和“蓝色”。(国际能源署避免了这些标签生产对环境的影响可以相差很大在单一颜色类别。)

类型的制氢

  • 格林:使用电解生成的可再生电力。
  • 蓝色:生产是基于化石燃料,但二氧化碳排放被俘。
  • 灰色:用化石气体没有排放被俘。
  • 黑色:用煤。
  • 布朗:用褐煤。
  • 绿松石:热量是用来分割化石气体这一过程称为“裂解”。
  • 紫色,粉红色或黄色:从核反应堆的电力和热量都被用来制造氢,但没有广泛同意颜色等方法。
  • 不同意:从生物质生产。

绿色的氢电解产生的过程,利用电流把水分解成氢和氧,使用可再生能源产生的电力。这个标签有时候被错误地应用于氢气来自电网电力,这只会是像网格本身是“可再生”。

蓝色的氢,另一方面,通常是由甲烷气体与蒸汽反应,然后捕获和存储产生的二氧化碳排放。在蒸汽甲烷重整化石气体,最常见的方法,是将燃料燃烧过程和作为原料。

目前,绝大多数的氢不是绿色或蓝色,而是是用化石燃料制作没有任何碳捕获。生产方法基于煤、褐煤和天然气没有碳捕获和储存(CCS)称为“黑色”,分别为“棕色”和“灰色”。

根据国际能源机构,76%的氢来自天然气,23%来自煤炭,后者主要是在中国,只有2%来自电解。不到0.7%的目前制氢从低碳绿色或蓝色供应。

此外,氢消耗了全世界6%的天然气和2%的煤和每年产生830 mtco2,略高于德国的年排放量。

在短期内,灰色的氢可能仍然是最便宜和最广泛的生产路线没有低碳生产方法是目前成本竞争力。(看:“这要花多少钱?”)

为了实现零排放,制氢需要从灰色转向绿色和蓝色。这两个品种是扮演的角色下一节讨论——““蓝”氢有未来在一个零?

除了基本的颜色,还有少量的其他生产方法——其中一些低碳——可能导致未来氢的需求。

氢也可以生成使用核能驱动电解。据国际能源署有“没有建立色彩”氢气通过核能,但报道称它为“黄色的”、“粉红色的”和“紫色的”。

此外,来自核反应堆的热量可以应用于制氢生产蒸汽更高效的电解或化石基于燃气蒸汽甲烷重整。

从长远来看,先进核反应堆的高温可以直接从水中提取氢气热化学分解。这样的项目仍在开发的早期阶段。

教授罗宾·格里姆斯核首席科学顾问,英国国防部最近撰写了一个皇家社会“核热电联产”,利用反应堆的热量的过程在“hard-to-decarbonise”领域,以及发电。

虽然没有大规模使用核能制氢设备迄今为止建造,Grimes告诉碳简短的两个行业将受益于更大的整合:必威手机官网必威体育在线注册

”而非核被孤立的东西只能生产基本负载电力、核能是解决方案的一部分因为…它可以直接使用热时不需要电力。这是这个热电联产的想法。”

使用核能产生的氢气是一个受欢迎的概念在早期的研究和氢仍在所倡导的法国,俄罗斯美国,国家已经依赖核能的电源。

熟知Civaux核电站、公报、要数普瓦图-夏朗德大地区,法国。信贷:imageBROKER除股票的照片
熟知Civaux核电站、公报、要数普瓦图-夏朗德大地区,法国。信贷:imageBROKER除股票的照片

一个报告由咨询公司清醒的催化剂认为所需的氢达到国际气候目标是“远远超过可以产生可再生能源”,使nuclear-sourced氢是必要的。

清醒的报告声称,有一个清晰的路径廉价核能,这,加上廉价的高温电解槽,将使核动力生产最便宜的方法,使氢,部分由于更高的转换效率。必威体育在线注册

然而,固体氧化物电解电池(SOECs)应电解氢使用核热更昂贵的比其他品种,根据国际能源机构。它他们今天每千瓦成本高达5600美元,比其他电解槽高出三到五倍左右。

该机构还笔记氢报告SOECs是“最不发达电解技术”和尚未商业化。

氢也可以使用生物质能,尽管国际能源机构得出的结论是需要复杂的处理和缺乏足够的廉价可持续生物质让这吸引力低于其他“低碳”技术。没有颜色分配从生物质氢。

也有“绿松石“氢生成甲烷的副产品热解利用热化石气体分解成氢气和碳。

这仍然是一个利基战略只存在于一个小范围内,但在那里一直产业利益给碳副产品的潜在有用的应用程序。

绿松石氢有可能作为一个低排放选项如果流程是由可再生资源或者核和由此产生的碳存储。

然而,一个最近的研究得出的结论是,像蓝色的氢仍然会产生大量气体的排放由于生产用于为流程提供必要的热量。

“蓝”氢有未来在一个零?

存在相当大的争议在蓝色的氢的贡献为了实现零排放。一些人认为一个重要的角色,而另一些人则说,最多应该是作为一个临时的解决方案,而绿色氢是扩大。

与此同时,一些活动人士科学家们认为,蓝色氢锁国家未来化石燃料的使用和甲烷排放泄漏,这意味着它应该完全避免。

目前计划迅速扩大两个绿色和蓝色世界各地的能力,下面的图表显示。(注意,并不是所有的建议将意识到,大约一半的计划能力图表来自三个主要方案:Solena的“等离子气化”建议在美国,标记为“其他”图;的H21蓝色氢方案在英国;和亚洲可再生能源中心必威体育在线注册计划在澳大利亚。)

估计氢产量每年数千吨
估计全球氢生产能力,每年数千吨,分为绿色氢气使用可再生电解(黄色),蓝色氢用化石气体与碳捕获和储存(蓝色)和氢气使用其他技术(灰色)。最右边的列显示没有完工日期被分配的项目。并不是所有的项目提案将会继续。来源:公开可用的更新版本IEA氢项目数据库国际能源机构,提供碳短暂。必威手机官网图表由乔·古德曼碳短暂使用必威手机官网Highcharts

工程的管道上面的图表中,大致反映了在生产零场景的方法设想英国石油公必威体育在线注册司的能源展望,2050年最终来自氢能源消耗的16%,半绿半蓝色必威体育在线注册。

石油巨头并不孤单在想象未来的蓝色的氢。气候变化委员会(CCC)指示性途径零对英国主要依赖蓝色氢,尽管碳简要了解更新指导,预计在12月,将为绿色指向更大份额。必威手机官网

蓝色的支持者氢认为有必要为零,因为它是更立即和允许更好地利用可再生电力资源在短期内。它也可以被集成到现有的化石天然气基础设施。

能源展望》的推必威体育在线注册出,BP集团首席经济学家斯宾塞戴尔只关注绿色氢将“限制氢经济增长的步伐”。

能源贸易专家的报告必威体育在线注册拉尔夫绝对牛津能源研究所必威体育在线注册认为依赖绿色意味着氢”挤占了成功的可再生电力的电力行业…,为了什么?蓝色的氢可以等同于非电的部门从现在开始”。

政府已经表明支持蓝色氢,至少在短期内。朱利安Critclow,英国的能源转换和清洁增长必威体育在线注册业务部门、能源和工业的策略必威体育在线注册(贝)曾说过它有“角色在中间时期”。

一个地址欧洲委员会氢的策略副总裁蒂默曼强调绿色氢将优先考虑在欧洲,但会有临时支持CCS生产“帮助我们更换脏氢”。

欧洲环境局描述该委员会的p港口蓝色的氢作为化石燃料工业的“礼物”。

虽然委员会的自己的分析支持Timmerman的言论,也提到了一个关键的问题保留蓝色氢:

“无碳化的未来,从电解氢使用无碳化的电力是最好的选择,包括“绿色”氢来自可再生能源。“蓝”获得天然气的蒸气重整氢加上CCS可能也扮演了一定的角色,提供CCS的内在约束解除。”

这些“内在约束”的突出显示国际可再生能源机构必威体育在线注册(IRENA)笔记氢报告,CCS技术是目前还没有达到其潜力,剩下的“发电和工业偏离轨道”。

它还指出,蓝色的氢是“不是天生碳自由”,鉴于CCS一般ly削减80 - 90%的二氧化碳排放量。

更高的碳捕获率超过90%是可能的根据国际能源机构,特别是如果另一种称为制氢方法自热式改革而不是使用更传统的蒸汽甲烷重整。

然而,蓝色氢不会零碳捕获率,甚至100%——因为排放的甲烷生产。托马斯空白落基山研究所告诉碳简要:必威手机官网

“新生讨论氢,我认为这是被认为蓝色氢是零碳生物燃料——就像有一个假设,只是不是一个零碳燃料。”

他指出,尽管碳捕获率高可以实现,这使这个过程更加昂贵。“我认为决策者开始醒来,现实,”他说。

一个零报告由英国必威体育在线注册能源系统弹射器州,虽然“投机创新措施”,导致99%碳捕获蓝色氢“非常有吸引力”,任何有效的规则出来:

“没有投机创新措施,改革以95%的甲烷碳捕获率太高满足零。”

国际能源机构下面的图表显示了排放,仍然与CCS来自化石燃料的使用,而电解由可再生能源和核能。

二氧化碳制氢使用不同强度的方法。这包括电解(蓝色)使用不同的电力来源,直接从化石以及生产氢气体(黄色)和煤炭(灰色)。资料来源:国际能源机构。
二氧化碳制氢使用不同强度的方法。这包括电解(蓝色)使用不同的电力来源,直接从化石以及生产氢气体(黄色)和煤炭(灰色)。资料来源:国际能源机构。

然而,这个图表只显示二氧化碳强度。它不占上游泄漏产生的甲烷排放的天然气生产和分销系统,也不一定是避免即使CCS能够捕获100%的二氧化碳释放的过程。

Gniewomir fli的集市Energiewende告诉碳短暂,当考虑蓝色氢他是“必威手机官网非常担心”这些排放。

“不出版就我所知——国际能源机构或他人占这些上游排放可靠,”他说。

上游排放可以显著改变蓝色的气候影响氢,中突出显示一份报告占这些泄漏的吗彭比纳研究所智库。它关注加拿大,计划正在进行中加大蓝色制氢化石富油加拿大阿尔伯塔省。

它估计一个蓝色的每公斤2.3 - -4.1 kgco2e范围氢气,报告说这反映了上游甲烷排放量的变化看到全国各地。

CCC的零技术报告英国说,低碳产生氢来自化石气体排放约0.3每公斤kgco2,捕获率为95%。相比之下,国际能源署估计每公斤0.9 kgco2氢捕获率为90%,如上图所示。

然而,当上游排放的化石包括天然气生产,该委员会说,排放量将会在每公斤0.7 - -2.5 kgco2e的氢,95%的速度。

在此背景下,BNEF“新能源”场景设想800吨2050年全球使用氢。必威体育在线注册如果这一切是由蓝色氢捕获率95%,这将是与生命周期相关的排放600 - 2000吨二氧化碳当量。

David Joffe CCC的碳预算,告诉碳简短,有一些蓝色的空间内氢英国零目标,但不是非常大的数量必须满足所必威手机官网有潜在需求在大规模的行业,如加热和运输。他说:

“没有特定的阈值超出它绝对不是好…但你接近零,这些残余物质排放真正开始。”

最后,也有证据表明,氢释放到大气中从基础设施泄漏可以直接影响气候变化。

一份报告准备英国政府指出,虽然不是一个氢污染物本身就可以作为一个“间接温室气体”的加速积累甲烷和低层大气中的臭氧。

根据这份报告,评估了一个模型的研究全球变暖潜力氢的抵达值为4.3。得出结论,而氢排放的气候影响很小,可能这个问题值得进一步研究。

低碳的氢要多少钱?

绿色和蓝色的角色氢在等同于放缓经济的发展将在很大程度上取决于他们多少钱。

不仅这些形式的“低碳”氢不得不互相竞争和来自化石燃料没有CCS的额外费用,他们还需要面对其他替代能源解决方案,从电动汽车燃料。必威体育在线注册

而生产氢气的成本是一个重要的组成部分,它并不是唯一因素最终的消费者支付的价格。

运输的成本可能是一个重要的因素,尤其是氢从海外进口,以及分发氢气的成本在一个国家内。也有利润由公司添加到最终价格。

国际能源署是直率的关于不确定性这一主题,指出“来自不同来源的生产氢的相对成本在不同的地区,以及他们如何将竞争在未来,尚不清楚”。

目前,灰色的氢是最便宜的选择,花费1美元/公斤左右——如果来自中东的天然气,但一些地区高达3美元/公斤。在中国和印度,这两个进口的天然气供应,燃煤氢往往是最便宜的选择。

如果使用CCS把氢成本最低的灰色蓝色,它带来的成本约1.5美元/公斤,根据国际能源机构。

相比之下,该机构指出,绿色氢生成使用太阳能或陆上风力通常是6美元至2.5美元/公斤。(其他较低的估计,见下文)。

而氢来自可再生能源可能已经价格可望在某些应用程序中,它仍有很长的路要走边缘了化石能源的等价物。

然而,人们普遍乐观关于绿色氢竞争的能力,经常与可再生电力的成本下降的关键驱动因素。

下面的图表显示,根据BNEF“乐观”的假设,最便宜的可再生氢甚至比最便宜的低碳从2030年天然气。

预计未来氢成本的范围
预计未来范围的氢气成本,美元/公斤,2050绿色氢用可再生电力(黄色)和低碳用氢气体与碳捕获和储存(蓝色)。来源:BNEF。图表由乔·古德曼碳短暂使用必威手机官网Highcharts

许多报道说,创纪录的价格的太阳能沙特阿拉伯葡萄牙近几个月来支持这一观点,尽管它的低效率和潜在高运输成本,绿色氢进口可能成为一个具有成本效益的解决方案的世界。

另一个关键因素是电解槽的推出用于生产绿色的氢,已经在过去十年里价格下降了60%。根据欧盟委员会(European Commission),价格“预计2030年减半相比,今天的规模经济”。

在中国,这样的经济规模已经达到碱性电解槽,生产成本已经低于80%在欧洲和北美,根据BNEF。欧洲的生产商希望做相同的“创新”新电解槽模型。

一份报告通过行业组织委员会的结论是,“低碳”氢,氢包括绿色和蓝色,竞争在22个氢的应用在2030年占全球能源消费的15%左右。必威体育在线注册

与此同时,国际可再生能源机构必威体育在线注册(IRENA)断言“未来成本的绿色氢将低于蓝色化石燃料”。它说,氢从低成本的可再生能源将可比蓝色在五年内从化石燃料。

尽管承认不确定性,IEA指出绿色成本的氢在向下一个清晰的轨迹,将在2030年下降30%”由于成本下降的扩大可再生能源和氢生产”。

最近的评估成本研究简•罗斯诺夫博士监管援助项目显示的范围估计了绿色的氢,大部分集中在2到4美元/公斤。

有几个因素可以导致不同的前景制氢的成本。

例如,如下图所示,IEA的预测——由蓝色酒吧通常比BNEF更为保守,红色所示。

预计范围氢气成本
预计范围氢气成本,美元/公斤,2030年根据国际能源署的工作(蓝色,与中央估计暗)和BNEF(红色)。资料来源:国际能源机构,BNEF。图表由乔·古德曼碳短暂使用必威手机官网Highcharts

国际能源机构的主要区别和BNEF人物绿色氢是电解槽安装成本估算的结果,两倍的国际能源机构的预测,说Gniewomir fli的集市Energiewende,以及略高电价假设的机构。

使电解槽上的投资物有所值,需要有相对便宜的电力相当一致。

直接连接电解槽变量可再生能源的一个问题就是,他们不会操作,导致更高的成本产生的氢气。

可能是便宜将它们连接到电网,生产将常数,但电力成本会更高,包括支付电网连接。除非完全无碳化的网格,这也意味着氢不能叫做“绿色”。

即使电是免费的,如“缩减”可再生能源发电的情况下,需要使用大量的投资回报。这就是为什么建筑电解槽存储限制可能并不总是经济意义(见:“Electricity“低于)。

高电解槽的使用可以帮助使初始资本成本制氢值得的,虽然这是平衡电力的成本,因为它使用。

最终,燃料成本预计将有最大的影响在未来氢的价格,相对成功的意义最重要的驱动程序的绿色和蓝色氢将未来的电力和天然气的成本。

一个报告由英国海洋可再生能源(矿石)弹射器必威体育在线注册在海上风能的潜力产生氢-基于“保守的假设”估计绿色2050年氢可能比蓝色更便宜。

然后分指标,海上风力和电解槽成本可能会比预期更为迅速,指出“决策者一直不断思想僵化的出人意料地快速下跌的风能和太阳能的成本”。必威体育在线注册

矿石说,在这种情况下,绿色的氢可能比蓝色的便宜,到2030年,“大约20年之前,我们的预测”。

当考虑氢成本的另一个重要因素就是交通,作为移动的气体比移动更具挑战性和昂贵的甲烷。

从阳光明媚的进口廉价氢或多风的地区是一个吸引人的策略,一些国家正在探索(年代情感表达:“氢将如何影响全球地缘政治吗?“低于)。

然而,这些进口可能不是特别便宜,由于世界各地的高成本的运输氢在特殊容器在高压力和较低的温度。

fli告诉碳短暂使用国必威手机官网际能源机构估计,甚至使用更为乐观的运输成本假设日本研究机构Nedo,进口氢可能很难与国内采购供应。

例如,绿色氢在英国可能成本3.20美元/公斤,2030年在葡萄牙和1.70美元/公斤和1.30美元/公斤在沙特阿拉伯。但运输燃料的成本- 2.70 - 4美元/公斤,根据国际能源机构——意味着进口选项仍然更加昂贵。

然而,国家可能需要进口氢如果他们自己缺乏足够的可再生资源来产生足够的土壤。

运输的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迅速,而当使用一艘船开始的成本要高得多,但仍相对稳定和增加距离。

输电和配电的氢气通过管道更便宜的距离约1500公里,国际能源机构表示。2020年初,一群欧洲天然气基础设施公司前来计划连接欧洲大陆的“骨干”管道。

然而,对于更远的距离更经济意义将氢气转化为“液体载体”,如氨。(更多关于运输氢和氨,见:“航运和航空”下面)。

最后,供给和需求也会影响最终的价格。一个报告通过极光能源研究必威体育在线注册得出的结论是,在一个场景中氢高需求,绿色氢是“比蓝色更贵”。

相比之下,如果需求较低,氢气的成本推出主要基于绿色能源之际,“额外成本可以忽略不计”。

将氢使用如何影响全球地缘政治吗?

几十年来,特别是化石燃料和石油-发挥了一个关键的角色在国际关系和世界上的许多主要的冲突。

在他2002年的书氢经济、社会理论家杰里米·里夫金想象一个氢的大规模推出的世界终结:

“全球安全之路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所需要的能量来维持生活。必威体育在线注册氢经济的本票更安全的世界”。

里夫金的书出来一次极大的热情的氢,但这之前水力压裂的繁荣,当它被认为美国石油储量将在十年内枯竭和备选方案是急需的。(见:“为什么是氢再次被“炒作”了吗?”)

氢是目前一个非常本地化的行业,有85%的人生产和使用现场,在某种程度上,由于运输成本高。像大多数氢是“灰色”最便宜的天然气价格较低的地区,如中东和北美。

在其最新的“快速”途径必威体育在线注册能源展望英国石油公司说,有一个不断增长的电力和氢的作用,并补充道:“这些能源运营商更昂贵的运输比传统碳氢化合物导致能源市场变得更加本地化。”必威体育在线注册

然而,尽管对氢可能是不成熟的,里夫金的乐观不是一个人在比较氢油和推测其对地缘政治的影响。作为一篇论文2020年6月发表的教授Thijs范德格拉夫根特大学和同事题为“新油吗?”所言:

“随着时间的推移,跨境海上贸易氢有可能从根本上改变全球能源贸易的地理位置,创建一个新类的能源出口国,和重塑国家之间的地缘政治关系和联盟”必威体育在线注册

绿色的扩张氢有可能改变现有的贸易平衡,这样国家丰富的太阳能和风能,等必威体育在线注册智利、澳大利亚和摩洛哥,成为主要的出口商。的经济学家被称为这些未来能源强国“electrostate必威体育在线注册s”。

广告van Wijk教授代尔夫特理工大学表示,虽然许多国家计划扩大其使用氢很难这样做在自己的土壤,将会有足够多的可再生能源提供。必威体育在线注册

作为一个例子,他告诉碳短暂必威手机官网覆盖大约8%的撒哈拉沙漠太阳能电池板可以生成整个全球能源需求。必威体育在线注册“当然,你需要花时间来建立太阳能和风能,但最终没有限制。”

缺乏足够的廉价的可再生能源,他说欧洲国家意志,最终,进口:

“那我们现在做的是一样的。我们进口我们的很多能量,至少在欧洲,从网站有廉必威体育在线注册价生产的石油和天然气或煤。”

这是明显的氢在现有策略,表明未来的氢领导人只看到一小部分他们的供应被当地生产。

在其策略,德国提出的一个温和的14千瓦时要求110太瓦时(TWh)绿色氢来自2030年境内。出于这个原因,德国也专项基金来支持其海外电解槽设备的使用,使氢在家里使用。

有限的国际贸易已经开始与日本最近收到“世界上第一个“批氢从文莱和德国签订协议与摩洛哥利用其“理想的“绿色氢生产条件。

日本和澳大利亚部长今年早些时候见面同意在氢的未来贸易,与氢供应资源贫乏的亚洲国家。澳大利亚政府以来的支持530亿澳元(合390亿美元)“亚洲可再生能源中心”,将有助于这一点。必威体育在线注册

德国也远到刚果民主共和国,一个主要的水电网站被视为一个潜在的位置一个氢工厂“添加”。这样的交易担心新的动态提到的范德格拉夫和他的合作者:

”在某种程度上,发展中国家仅视为原材料的提供者,氢革命带有“绿色殖民主义”的危险。”

氢贸易,贸易的未来氢燃料,如氨,将影响到世界各地的运输成本,(见:“低碳氢要多少钱?”)。

国际能源署强调国际航线氢的必要性,指出此类贸易“需要尽快开始如果是影响全球能源系统”。必威体育在线注册Van Wijk告诉碳短暂,在必威手机官网欧洲,至少,另一个关键组件将扩大和改造天然气管道运输氢来自非洲。

其他人已经警告“缓慢和不完整的全球化”的天然气市场表明氢贸易不得起飞一样快一些假设。

Suiso前沿,第一个液化氢载体、启动仪式。
Suiso前沿,第一个液化氢载体、启动仪式。信用:机构对自然资源和能源。必威体育在线注册

如果出口市场扩大,它将不能保证里夫金提出的“安全的世界”。一份报告2020年3月公布的哈佛大学贝尔弗科学与国际事务中心biwei6868得出结论,而不是扰乱石油资源丰富的国家的“霸权”,一个绿色的氢经济会以类似的方式,现有的化石燃料:

“未来市场动态可能会像今天的地区天然气市场——地缘政治冲突与相应的潜力”。

在一篇文章外交政策发表在2020年10月,杰森Bordoff教授前美国国家安全委员会高级主任,描述了风险可能面临海运贸易在氢和氨。

他说,此外,沙特阿拉伯和俄罗斯等国可能最终在那些主导市场。沙特王子能源必威体育在线注册部长阿卜杜拉·本·萨尔曼最近概述他的计划,以确保国家的“最大出口国的氢在地球上”。

“挑战传统智慧…考虑到今天的某些国家的依赖可能是明天的electrostates,“Bordoff写道。

氢怎么能帮助不同行业达到零?

从理论上讲,氢碳排放的有可能从钢用于制造别人的车到气体加热他们的家。

然而,在实践中,氢普遍不太可能了。此外,满足所有可能的应用程序所需的体积为低碳氢可能会远远超过可用的数量,即使产量显著扩大。

本节分解如何应用于氢气运输、工业、暖气和电力部门为了帮助他们实现零排放。

运输

关注使用氢作为替代化石燃料在运输的历史可以追溯到最早的一波又一波的热情,当它被提拔作为石油的替代品。

这是很明显已经带来了政策支持的氢,这主要是针对汽车、燃料补给站和公共汽车。

然而,目前流动性最小的氢组件在整个市场上,代表了全球需求的不到0.1%。

热情从许多工业氢成功的演员交通部门和它已经被应用于一些利基市场。例如,约25000名叉车现在的使用氢。

然而,电动汽车电池的崛起意味着他们被广泛视为未来的汽车零。英国的气候变化委员会得出的结论在2018年,电动汽车是“现在准备好为汽车和货车”提供大部分的脱碳。

氢可能仍有重大作用难以低碳运输,长途卡车,飞机,但进步在很多领域仍然处于早期。

道路运输

截至2019年,有只是11200年客运车辆运行在氢燃料电池操作,主要是在加州,欧洲和日本。作为对比,全球电池电动汽车舰队超过7米到达后,第一个几百万五年前。

氢燃料电池汽车行业一直受到“先有鸡还是先有蛋”的问题。没有足够的汽车生产来降低价格和需求的缺乏意味着氢燃料补给站,这是昂贵的,还没有被广泛安装。反过来,这有助于限制需求。

最近的一个氢委员会报告得出结论,“激进”增加产量每年约有1辆燃料电池汽车将是必要的竞争力。

与此同时,电动汽车,这是非常昂贵的在早期的燃料电池汽车,看到成本大幅下降和广泛的充电设施。

氢动力丰田Mirai成本£66000(88015美元),而电池电动特斯拉模型3周围£45000($ 60010),或者一个中型常规英国车往往落在范围的£22000 -£36000 ($ 29338 - 48008)。

氢燃料电池有一些直言不讳的批评者,直言不讳的特斯拉总裁伊隆麝香打电话给他们“傻瓜”细胞,视技术为“令人难以置信的愚蠢”。

杜登霍夫费迪南德教授Duisburg-Essen大学的主任汽车研究中心告诉碳短暂,他一必威手机官网直怀疑氢汽车:

“我不相信在氢和燃料电池汽车乘用车,因为这项技术非常成本密集型…如果你想卖一辆车为€30000左右没有意义价格急剧增加(使用)燃料电池的技术。”

虽然一直在试图让燃料电池汽车进入大众市场,Dudenhoffer表示,目前被广泛接受的这是不太可能发生。

今年,梅赛德斯-奔驰(mercedes - benz)取消了其燃料电池项目三十年后由于高成本和大众发表了一份声明总结:“一切都说的电池和几乎没有什么说话的氢”。

珍妮Nelson教授伦敦帝国理工学院的,他最近合著欧洲科学院科学咨询委员会biwei6868(EASAC)评论主题,告诉碳简短,运输是一个很好的例子,氢被必威手机官网可再生能源使用效率低:必威体育在线注册

“这将需要大约2.5倍的电力运行相同的车辆可再生氢和燃料电池与电池,它将大约五倍的电力运行相同的车辆与合成燃料由可再生氢。”

然而,氢分析师Gniewomir fli说还有很多兴趣做一个成功的技术:

“这么多钱是陷入了它多年来很尴尬的承认这些年来电池电动汽车只是一个更好的解决方案。”

日本已经宣布计划得到800000氢燃料电池汽车的道路,2030年韩国它会与1.8米甚至更高。

燃料电池电池确实有优势,尤其是他们的加油时间更短。一些人建议人们生活在茂密的东亚城市不太可能有空间电荷电动汽车在一夜之间,而不是选择氢。

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他们的生产规模。丰田最近推出了它的新版本Mirai——“未来”——尽管日语单词低销售之前的模型。

丰田Mirai(2日创概念)。信贷:丰田
丰田Mirai(2日创概念)。信贷:丰田

然而,有迹象即使这些行业领导人正在经历“转弯”,他们透露计划加大电池电动汽车的生产。

丰田计划扩大全球销售的电动和混合动力汽车2025年的5.5,而氢汽车销售仍在成千上万。

乔恩·亨特替代燃料的经理丰田告诉碳短暂,虽然必威手机官网他们也推动电动汽车,最终,看到燃料电池汽车被“实现混合动力汽车”。

亨特说,随着生产用量的增加,价格将会下降。他还强调,尽管电池价格昂贵,而且寿命有限,氢动力汽车的燃料栈”将继续运行和运行”,这意味着他们可以转售。

至关重要的是,他还指出,Mirai燃料堆栈(燃料电池的组装使用氢和氧发电)大约是强大的,因为它需要的两倍。这使它更昂贵,但提供了一个深入了解丰田的动机,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,结束了在较大的公路车辆,可能会有更大的对氢气的需求。

常规公共汽车,电动车已经主导过渡远离化石燃料。根据智库碳追踪去年,中国的汽车销量的59%电气。

然而,对于重型卡车和城际巴士高功率要求和需要支付长途,直接使用电池电气化是更具挑战性。因此,燃料电池可能有一个竞争优势为这些车辆。

亨特告诉碳短暂的成功,必威手机官网对于这些应用程序,特别是商用车,该技术必须证明“毋庸置疑”。“你不能只是把运输公司埃迪斯托巴特说,“看,你能把两个燃料电池卡车搬运你的商品,只是试一试,”他说:

”策略,得到汽车,因为汽车是一个相当简单的市场渗透…我们知道我们可以足够的汽车卖给特定的用户展示技术工作和帮助基础设施发达。”

然而,尽管重型车辆排放的重要来源,也是“hard-to-decarbonise”部门,切换到燃料电池不是定局。

帕特里克·阿克曼业务发展主管西门子eHighway,看到这些车辆“豪赌”,如果你认为电池电动汽车对燃料电池汽车赢得了比赛”。

他告诉碳短暂,如果必威手机官网你“把现代和他人”这个词,那么燃料电池市场的规模将在卡车过小,难以实现规模经济:

“那也就是说,不仅将为卡车燃料太贵,而且车辆不会下来的价格有竞争力。”

根据BloombergNEF,氢可以为长途卡车仍有重要的作用,未来的公共汽车,轻型卡车和汽车市场可能会是电动汽车和燃料电池行业离地面2030年将需要1050亿美元的补贴。

明确的替代方案,根据克曼,是安装充电电缆类型公司的开销已经尝试在德国。

一个文献综述气候友好型运输研究发现几乎所有的研究,包括这些“链”电线认为这是可取的脱碳技术,优于氢燃料电池。

下面的图表,从白皮书国际委员会在清洁交通工具(国际),表明氢燃料电池,用紫色的酒吧,更昂贵的比悬链线,以及其他替代传统化石燃料的卡车在德国。

额外费用为四个不同的减排方案
额外费用为四个不同的减排场景相比,参考案例为长途基于化石燃料的使用,在德国重型货物运输部门。来源:国际清洁基于卡斯滕et al。(2016)

也可能电动卡车的发展不依赖于悬链线,尽管这可能是可行的担忧关于电池的大小和重量。

奥霍克斯特拉高级顾问在智能移动埃因霍温科技大学发现,在一个场景中比较其成本的其他选项国际能源机构的报告在卡车上,电动卡车上。

一个关键问题是始终存在的低碳的氢可用性的问题。根据国际能源机构,如果每辆车,卡车和公共汽车目前在操作替换燃料电池汽车,氢的需求可能达到每年300吨,超过四次对所有使用目前的水平。

低碳的氢可能在有限的供给和需求将继续上升,因为车辆所有权的增加,克曼告诉碳短暂,只要有可能,最好使充电:必威手机官网

“西门子使电解槽(氢)。我们很高兴提供这个市场,但我们看到,这是一项巨大的任务来处理现有的需求。”

他补充说,有一些行业,如长途运输,它不太可能切换到电池,需要绿色氢更大。“什么,你可以直接使用电…你应该,”他总结道。

航运和航空

航空和运输负责在5%左右全球温室气体排放,也很难使触电。氢或氢燃料,例如因此,可以为零的目标是至关重要的。

过去一年,日本发射第一个远洋液体氢载体的船,被称为氢前沿,观察第一个氢动力小客机起飞。

然而,这些示范项目,这两个使用氢最终派生的从化石燃料,目前氢的上限在这些领域的进展。

一个氢动力Piper马里布做了第一次飞行在英国克兰菲尔德机场推出ZeroAvia的努力实现服务进入到2023年底。
一个氢动力Piper马里布做了第一次飞行在英国克兰菲尔德机场推出ZeroAvia的努力实现服务进入到2023年底。来源:ZeroAvia。

小丽毛海上研究员国际委员会在清洁交通工具(国际),告诉碳短暂,她认为必威手机官网不太可能航运将低碳没有氢,但有障碍防止取代化石燃料:

“行业表示,氢的一个主要选择他们感兴趣,但没有专项资金,没有发生。”

到达国际海事组织的(IMO)目标的营业量比2008年到2050年减排50%,行业数据已经同意商业上可行的零排放的船只必须在2030年进入全球舰队。

然而,尽管各种早期的项目使用氢燃料运输,这种资金密集型行业陷入“僵局”,据报告通过壳。

另一份报告海事组织劳埃德银行注册在2019年得出结论,认为“仍有不确定性在选择一个燃料,一个技术,一个路线”。

氢在船上可以是燃烧引擎或用于发电的燃料电池,但是这两种选择都需要昂贵的运输和存储天然气的新基础设施的船只。

需要至少5倍的存储卷比石油燃料是担忧它可以吃到货物存储,因此利润。

然而,毛泽东进行了造型的研究今年早些时候,发现99%的集装箱船旅行繁忙的中国和美国之间的路由可以由氢“只有微小的变化,燃料能力或操作”。

尽管如此,Ole Graa雅各布森舰队技术主管世界上最大的集装箱航运公司马士基告诉碳短暂,虽然它可以使用在渡轮等较小的船只,他们“不要期望氢相关的燃料”为他们的船只。必威手机官网

我们…相信,它将更有意义将氢气转化为甲醇或氨和使用这个作为燃料,”他说。

虽然它仍然需要更多的空间比化石燃料,氢氨的能量密度比,已经在世界各地的运输船只。必威体育在线注册甲醇也正在考虑氢作为一种更实用的选择。

下面的图表显示,在长途运输,特别是氨可能低于氢,很大程度上是由于降低存储成本(绿色)所示。虽然很难液化氢、氨很容易存储为液体在适度的压力和温度。

当前和未来的成本不同的燃料和动力系统选择在大型航母的船舶,包括化石燃料的选择非常低硫燃料油(VLSFO)和液化天然气(LNG),以及内燃机(ICE)由氢和氨。资料来源:国际能源机构。
当前和未来的成本不同的燃料和动力系统选择在大型航母的船舶,包括化石燃料的选择非常低硫燃料油(VLSFO)和液化天然气(LNG),以及内燃机(ICE)由氢和氨。来源:国际能源机构

氢、氨和甲醇可以低碳,但大多数当前的需求是由化石燃料(年代情感表达:“行业”)。

一份报告公布2020年9月到80年壳牌根据采访业内人士确定绿色氢和氨作为脱碳的热门选择航运有65%和55%的受访者说他们看见他们的未来。甲醇是“提及”,只有10%的人说他们认为这是对未来很重要。

然而,这份报告也得出结论,有“小证据”,其他行业考虑氨作为未来燃料:

“因此,如果航运就是选择氨作为主要燃料,基础设施的成本很可能将承担完全由这个部门。”

最终,强制性的减排船只,有效碳定价和低碳燃料标准的建议可能会被要求使这些替代品竞争力。

航空碳排放的是另一个困难的行业,一个用于氢有关键性的作用,说艾哈迈德博士Baroutaji的工程师伍尔弗汉普顿大学他发表概述去年的这一主题。他告诉碳简要:必威手机官网

“航空工业有一个目标实现净减少50%的二氧化碳排放量在2050年到2005年的水平相比,这一雄心勃勃的目标只能通过派遣更多的氢技术领域。”

气体可以直接燃烧,用于燃料电池或结合二氧化碳合成液体燃料类似煤油,这需要改变现有的基础设施相对较少。

一个问题与氢在飞机使用水蒸气它燃烧后所产生的,水的贡献在高海拔地区温室效应。

这个问题导致了英国气候变化委员会完全否定这个选项,声明2018年“似乎并不因此氢脱碳航空”的作用。

最近的评估更为积极。一份报告2035年5月,欧盟委员会提出的目标和2040年引入氢动力短程和中程导弹的飞行,总共导致当前飞机排放量的三分之二。

相同的报告总结说,氢燃烧可以减少每个航班的整体气候影响了50 - 75%,占客座率的影响包括水蒸气、烟尘和氮氧化物(NOx)。燃料电池动力会有更大的好处在75 - 90%之间。

根据这份报告,氢燃料电池产生水蒸气,够酷的捕获和储存在飞机上,因此避免气候影响。虽然这是不可能的氢燃烧,其气候影响仍低于煤油。

Baroutaji说,尽管燃料电池的承诺和在试飞他们仍然使用“只适用于驱动光和小型飞机”。不过,他说有相当大的工业氢技术的兴趣。

空中客车公司已经发布了三个概念为“世界上第一个零排放商用飞机”,该公司希望在2035年投入使用。飞机将依靠氢燃烧氢燃料电池的一些支持。

×空客飞机的概念。信贷:空客
×空客飞机的概念。信贷:空客

发射后,空客的2035年目标,波音公司产品开发人员Michael Sinnett表示他不认为氢飞行是“右拐角处的东西”,根据航空网站FlightGlobal

尽管波音公司本身推出了在2008年首次氢飞机,Sinnett引用限制氢的生产和储存作为商业应用的障碍。液化氢需要煤油的存储卷的四倍。

在短期内,公司可以使用合成燃料由氢和二氧化碳代替煤油,尽管高生产成本。他们也会排放二氧化碳的主要缺点。

然而,如果二氧化碳用于创建发电厂的燃料被捕获它理论上可以减少整体排放,因为每个分子的二氧化碳将使用两次。他们甚至可以零如果用二氧化碳从空中拍摄

与航运、欧盟委员会(European Commission)报告得出的结论这些选项的扩大和竞争与生物燃料等替代,一个长期的政策框架,这将需要大量的研究经费。

铁路

最后的运输方式可以受益于氢是铁路。氢动力列车正在推出缓慢,有两个操作发生在德国和试验英国奥地利。计划在法国和日本也在进行。

铁路已经是世界上最电气化的一种运输方式,四分之三客运发生在电动火车。

然而,国际能源机构表示,在“乐观的假设关于燃料电池成本降低”,与其他形式的运输、氢可能是竞争的铁路,尤其对于不常使用的线路和大,长途火车,比如用于运输成本。

伯明翰大学原型氢燃料电池动力Hydroflex火车
伯明翰大学的原型氢燃料电池动力Hydroflex火车做测试运行昆廷铁路科技中心。信贷:他的埃塞克斯除股票的照片。

尽管如此,一个最近的报告英国铁路网络的所有者网络的铁路得出的结论是,氢技术不适合长途高速和货运服务。

具体地说,该报告引用需要8倍的存储卷氢燃料与柴油相比,这一事实,到目前为止,没有氢动力货运或高速列车是可用的。

相反,这份报告帧氢主要是解决低速客运列车线路在农村地区,或处理“off-wire”部分,如隧道和桥梁,很难使电气化与架空电线。

一些建议安装架空电线的高成本在一些地方使氢在某些情况下更多的经济选择。

另一份报告去年,英国铁路部长的铁路行业脱碳特遣部队指出,“氢成本的未来是不可预测的,特别是生产资料的不确定性”。

在英国,火车的二氧化碳排放量已经被切断50%在过去的十年一样进一步线电气化和电力系统已无碳化。

国家铁路设想电气化的解决方案至少约四分之三的剩余unelectrified铁路。氢气被认为是最好的选择,只有5%。

报告还指出,即使在情况下使用电池或氢在技术上是可行的,电气化可能仍然“代表最明智的选择”。

行业

氢的灵活性意味着它有一个广泛的现有的和潜在的应用在工业,包括化肥的生产、钢铁和水泥。它可以是化学原料,燃料或反应物去除杂质。

这意味着所有的行业,特别是石油精炼、氨和甲醇生产,目前占大部分的氢的需求。这个氢来源几乎完全来自化石燃料。

然而,这种需求已经存在的事实意味着这些领域可能相对”唾手可得“对于脱碳。到那里,他们所使用的气体必须更换与氢碳来源。

扩大低碳氢单独生产这些现有资源的需求将是一个意义重大的事业,由于所需的卷。

一个行业一直是讨论的重点是炼钢。根据我们的世界在数据钢铁必威体育在线注册制造,能源排放量约占全球7%的温室气体排放。

亚历山大博士Fleischanderl工程公司的技术总监Primetals技术告诉碳简短,钢铁必威手机官网制造商一直努力减排优化他们的流程,但这些努力也只能到此为止:

“有一定的物理限制,你可以走了…(但)达到目标成为集流板零(这些变化)是不够的。你必须切换到氢。”

钢铁生产。来源:Primetals。
钢铁生产。来源:Primetals。

而直接电气化炼钢使用这一过程被称为“电解沉积“可能是未来的一个选择,它迄今为止只证明试点规模。

一些钢已经回收从使用的废炉采用电力可能无碳化。然而,根据Fleischanderl,大多数钢铁仍然需要来自处女铁矿石如果要足够高的分数用于汽车工业,例如。

这依赖于这一过程仍大致相同的一个多世纪。铁矿石和焦炭在高炉冶炼,这是燃料和还原剂去除氧和留下纯金属,排放二氧化碳。

氢可以注入这些炉作为燃料,减排20%。这种技术,被测试由德国蒂森克虏伯钢铁生产商,还是最终减少铁矿石依赖煤炭。

一个更新的生产方法直接重新简化铁(DRI)使用氢气作为还原剂。这并不需要一个炉融化矿石,只有水排放。

目前,在7%左右钢是由使用DRI,足以使炼钢氢的第四大用户。扩展这个过程将帮助该行业低碳低碳从化石燃料,氢是用来代替氢Fleischanderl解释说:

“从技术上来讲,没有一个大问题。的大多数事情已经解决…真正的障碍是足够数量的可用性和价格的绿色氢。”

根据IEA,取代所有炼钢和DRI电熔炉将导致增加15倍氢的需求部门。

试点项目正在欧洲将氢低碳集成到炼钢,但当“绿色钢铁”的问题将是竞争仍然开放。

瑞典钢铁公司SSAB正在运行的HYBRIT项目,它表示将于2026年实现“环保钢铁产品铺平道路”,使它能够消除化石燃料在2045年从其所有操作。

广告van Wijk教授代尔夫特理工大学说,他怀疑过程将起飞的速度比其他领域:

“人们认为绿色氢首先将取代灰色行业,但我怀疑这是真的会发生…最后,但起初是很困难的,因为价格和数量(所需)。”

一个美国东部时间伴侣BloombergNEF下面的图表所示,表明绿色氢气与最昂贵的燃煤钢铁,到2030年,假设成本约2美元/公斤氢气。这些估计依赖于电解槽的成本相当大的下降和广泛的可再生的部署。

钢铁用氢和煤炭的成本
钢的碳价格,除去成本,不包括使用氢(紫色的线)和钢铁用煤炭(黑色方块)。来源:BNEF

一份报告关于这个话题,咨询公司麦肯锡地方“纯氢动力钢铁生产”之日起成本竞争力在“2030年和2040年之间”在欧洲,大多数的绿色钢铁部署有望。

然而,绿色钢铁可能仍然需要大量来自政府的支持,可能包括一个碳排放交易机制支持绿色钢铁的开关和配额。

Fleischanderl还强调的重要性碳边境调整机制在欧洲,使绿色钢铁与来自中国的廉价进口商品竞争,世界上最大的钢铁生产商。

“否则你不会管理,因为很明显,绿色钢铁将花费更多。必须接受,”Fleischanderl说。

落基山研究所的Thomas空白告诉碳短暂,许多政策制定者热衷于保护钢铁作为一个战略行业,价格远不是唯一必威手机官网的考虑。

他指出,尽管绿色钢铁生产最具成本效益的位置可能是干旱的北部西澳大利亚铁矿石开采和可再生电力可以廉价而充足的,欧盟和印度可能会接受贵钢,如果这意味着保持本地生产。

另一个“hard-to-decarbonise”部门可能会从中受益从引入氢是水泥。二氧化碳从水泥生产的化学过程全球排放量的3%,尽管这并不包括排放的能源投入参与。必威体育在线注册

燃烧氢可能达到所需要的高温生产水泥、避免化石燃料燃烧目前占其排放量的三分之一。

然而,进步在这个领域目前是非常有限的,取代化石燃料需要一个全新的基础设施,成为现有水泥窑不会使用纯氢。

英国政府可行性研究去年发表的研究了生物质和氢生产“零”水泥,指出氢“从未测试”在这种情况下。一个项目收到£6米(8美元)的资金来测试这个想法。

其他工业领域,如制造玻璃、纸张和铝,也依赖于各种过程的热源包括融化,干燥和驾驶化学反应。

氢气燃烧或用于燃料电池满足一些热量的需求,尽管可能会需要强有力的政策框架与廉价的化石气体和弥补竞争需要新的加热设备和什么一篇论文被称为“温和的技术准备水平的一些新兴解决方案”。

目前“几乎没有专门的制氢生成热”,它预计将与生物量和CCS“糟糕的竞争”,根据国际能源署。

该机构说,它可能与电气化的工业热,尽管电力已经发达得多。一项研究发现,78%的欧洲工业的能源需求已经使用成熟技术可以电气化。必威体育在线注册

对于工业过程已经严重依赖于氢,而效率的提高可能会抑制他们的一些需求,整体预期将增长。这意味着企业将需要寻求低碳氢为了低碳来源。

单一部门的最大的需求是炼油,氢是用来去除硫和其他杂质。

而石油使用符合气候行动可能会下降,燃料的含硫量意味着紧缩规定仍有可能相当大的对氢气的需求在这个部门。

氢也是一个重要化工原料,特别是为化肥氨和甲醇为溶剂、粘合剂和其他物质。

对这些物质的需求预计将在未来几十年里生长。然而,它可以进一步增长如果这些化学物质成为建立长距离运输氢气的方法,或作为替代燃料在他们自己的权利。

尽管其毒性,特别是氨正在讨论替代氢在某些应用程序中,尤其是航运(见:“运输”)。它可能存储和运输

比氢更容易,因为它是一个以相对较低的压力和液体转换为氢或燃烧不产生二氧化碳。

在最近的一次决议事件欧盟委员会能源顾问必威体育在线注册都铎王朝Constantinescu说他看到这样的氢燃料玩“一个非常重要的角色在一个完全无碳化的经济。

低碳的氢可以等同于所有这些应用程序的关键,但它的成功将取决于竞争天然气使用CCS和生物量,这两个也可以用来减少排放的行业。

汤姆布朗博士卡尔斯鲁厄理工学院告诉碳简短,这有必威手机官网助于解释为什么如此多的变化在预测氢的使用。“我认为没有人知道哪一个会使最进展,”他说。

任何一个解决方案出来,国际能源机构说明扩大规模迅速解决的紧迫性排放的行业。

在其氢的报告,该机构的计算,以满足未来的氨和甲醇的需求同时限制变暖比2 c使用化石气体,CCS单位获取1 mtco2每年的速度必须建成四个每月从现在到2030年。

如果绿色氢用于实现相同的目标,六、七个新100 mw电解槽每周必须建立到2030年。
根据国际能源署,2021年当前设置看到接近相当于四个100 mw电解槽操作在整个一年。

氢的灵活性意味着它可能在电力行业各种应用程序,包括在改造电厂和替代化石气体提供电力使用燃料电池在偏远岛屿。

特别是,有两个有价值的角色,氢可以在电力系统。

首先,它已被建议作为一个灵活的潜在的低碳电力来源,可用于补充网格由变量可再生能源,比如风能和太阳能。

第二,电解槽可用于生产氢气使用“减少“发电,否则会浪费在特别晴朗或多风的时候可再生供过于求。

风电场在Madfeld多云的晨光,德国
风电场在Madfeld多云的晨光,德国。信贷:毛里求斯图片GmbH除股票的照片。

作为世界上可再生能源提供更多的权力,氢倡导者认为气是“一个非常重要的组成部分深脱碳”,太阳和风力不足时提供电力。

在这种情况下,氢气是一种有用的能源存储,包括季节性变化在renewable-heavy系统电池是不必威体育在线注册够的。

可再生电力,来自国内电网的时候它是丰富的和便宜的,可以转化为氢。另外,它也可以从有盈余的国家进口风或阳光(看:“氢将如何影响全球地缘政治?”)

氢可以被压缩成地下盐穴储存或枯竭的化石燃料的网站,与矿物混合气体或用于生产其他燃料。它在必要的时候可以转换为电力,或用于其他用途的能源系统,如运输燃料。必威体育在线注册

在短期内,电池倾向于提供优越的存储系统,往返效率(能源在能源)的比例必威体育在线注册超过80%,相比35 - 41%为氢。

然而,氢能源需求时可以使用存储电池遭受数天或数周必威体育在线注册自放电更久。

它也为大规模存储需求更有意义,这将需要“巨大”的电池相比,空间被储氢,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,他有模仿深脱碳通路对欧洲表示,电力部门不太可能大量氢推出的第一要务。他告诉碳简要:必威手机官网

“如果你删除一吨二氧化碳,它将更有意义把氢在钢或氨行业比担心最后的10%的电力需求脱碳。”

布朗说,“更经济”源之前尽可能多的可再生能源发电转向电解氢和绿色。

在生产和存储基础设施供应其他领域,如工业、氢备份发电可以自然地跟着,他说:“你把氢和最后10 - 20%的免费世界100%可再生,本质上。”

根据一项报告欧洲大学研究院电力,使用氢存储是“很大程度上高估了”因为,至少在欧洲,没有太阳能或风能的时期是不很常见:

“有比在夏天冬天生产海上风力和传输电网连接欧洲国家非常有效。”

然而,利用减少权力已被建议作为一种策略,不仅是有意义的减排,但为了省钱。

一个报告在零的机会,英国的电力行业国家基础设施委员会(NIC)得出结论,从减少电力生产氢”可以帮助减少系统成本高度可再生混合”。

IRENA这种“可以显著帮助提高制氢的经济学”,也为可再生能源资产所有者提供收入。

这段时期可再生的不断普及,越来越普遍的本·加拉格尔Wood Mackenzie告诉碳简要:必威手机官网

“在加利福尼亚,德国,中国西部,西德克萨斯并非和的频率负电源价格事件越来越多,所以通过电解氢,非常类似于能量储存,被认为是一个潜在的工具来帮助管理电网的灵活性。”必威体育在线注册

虽然这是一种很有前途的想法可能不实用,即使假设的重要推广可再生能源在未来几年。美国国家情报委员会笔记“这将是具有挑战性的吸收所有削减可再生发电以低成本由于其生产的波动”。

在山峡谷污水处理厂的太阳能电池阵列
太阳能电池阵列在山峡谷污水处理厂在加州,它提供了约15%的设施的能源需求。必威体育在线注册信贷:地球公民的除股票的照片。

电解槽建立单独使用否则耗散功率可能只大约10%的时间经营,IRENA笔记。这是由于削减是一个偶然事件,当条件特别阳光或多风的。

如此低的利用率是指氢生产可能没有竞争力,由于成本与电解槽本身有关。

另一方面,Gniewomir fli的集市Energiewende所指出的,从减少电解槽成本下降可能帮助氢氢与化石燃料竞争。

这种分析是基于质子交换膜(PEM)电解槽,与更广泛的使用碱性电解槽,能够迅速提高和捕获减少能量。必威体育在线注册

而中国,世界最大的电解槽生产国,开创了相对廉价的碱性电解槽的生产,目前PEM电解槽太贵了从减少生产成本上氢的力量。

但随着欧盟犁推进其氢策略,它已承诺投资生产创新技术,如PEM,为了保持经济竞争力和降低价格。

热的建筑

空间供暖和热水供应的建筑是一个最有争议的地区潜在使用氢和通常的主题加热辩论。

许多必威体育在线注册专家不屑一顾氢的想法中扮演大角色等同于建筑热,因为它效率远低于电动热泵,使它更昂贵。

有人认为它可以解决脱碳热的问题在不影响人们的生活,较低的前期成本和重用有价值的气体分布的资产。他们还指出限制电网,这可能需要升级来应对完全电气热。

总的来说,效率和电气化是脱碳的主要路线热量,说珍妮山建筑和国际行动主管英国咨询气候变化委员会,但氢可能起着重要的辅助作用。她告诉碳简要:必威手机官网

“效率是至关重要的第一步或热的问题太大了。虽然电气化是主要的战略重要性,氢可以扮演一个非常有益的作用高峰——在电力行业,或通过使用混合热泵(见下文),以及一个角色区域。”

热的建筑是解决一个主要问题。根据国际能源机构、热在建筑使用占超过20%的全球最终能源需求,包括空间加热,热水和烹饪。必威体育在线注册

这个20%的份额可以与氢比较吸收在上面所示的深脱碳场景(年代情感表达:氢需要限制气候变化多少?),最多2050年最终能源的24%是由氢,为所有用途。必威体育在线注册

此外,这些研究大多数氢用于工业、运输或权力,而不是建筑。这表明它不会成本最优使用氢碳世界上大部分的建筑热需求。然而,它可能需要替代方案不可行。

一些国家已经取得了快速的进步走向脱碳提供热量,使用电力或集中供热。但是,在许多其他人一样,有限的的进步。

解决热排放通常被认为是具有挑战性的,特别是对于减少绝缘现有建筑物,IEA表示仍将占全球股票在2050年的2/5。

目前在全球范围内,约有41%的建筑热来自燃烧气体,IEA说,不同国家差异很大。下面的图表所示,气体(深灰色)提供大约80%的热量在荷兰和英国,但在北欧国家接近于零。

分享的热量由气体(深灰色)、电力(蓝色),区热(橙色)和其他燃料,%,在一系列的国家。来源:生动的经济学2017年的报告对英国政府来说,在查塔姆研究所2019年引用。
分享的热量由气体(深灰色)、电力(蓝色),区热(橙色)和其他燃料,%,在一系列的国家。来源:生动的经济学2017英国政府报告,引用查塔姆研究所2019

燃气加热的广泛使用是一个机会为氢,支持者说,因为它可以作为一个“同比“替代燃料。氢气可以燃烧修改后的燃气锅炉或滚刀,燃料供应的使用网络气体分布的管道。

联盟公司在英国工作几年来测试这个想法,这样做的目的把“英国天然气的重要部分电网100%氢”。政府的最近的气候计划旨在测试氢热到2030年整个城镇。

在国际上,有至少37项目测试氢到现有气体的混合网格,被认为是安全的为消费者20%体积没有变化。这被视为一个“low-regrets”方法来减少二氧化碳从氢加热和扩大使用。

英国网络的气体传输管道——历史上由渗漏和corrosion-prone铁——已经被替换为“hydrogen-ready”塑料管道、压缩机和其他部分的网络也需要替换应对100%氢使用。

铁电源更换将在2032年之前完成,说马修·辛德天然气的负责人必威体育在线注册能源网络协会代表英国的天然气和配电公司。

首席执行官卡尔亚琛锅炉制造商伍斯特博世告诉碳短暂,在他必威手机官网看来,所有的氢是最好的解决方案目前85%的英国家庭与化石气体加热。

热泵他指出现实的挑战,包括升级建筑节能的需要,更换散热器,找到空间坦克和热泵热水设备。必威体育在线注册

卡尔亚琛,伍斯特博世Rishi Sunak CEO和总理hydrogen-ready锅炉。来源:伍斯特博世。

颠覆性改变家庭的想法和行为往往是“头脑”面前人的思维关于未来的热量说,ENA的。辛德(最近,英国气候大会发现强烈支持氢、热泵和热网络解决热脱碳。)

虽然主要的升级效率可能是破坏性的,他们很可能还需要在任何情况下。理查德·洛斯博士埃克塞特大学告诉碳简短:“在必威手机官网我见过的所有分析,无论是氢或电气化,你必须做效率成本效益。”

在成本,最近的分析显示了热氢三倍的天然气,而热泵随着低廉的运行燃气锅炉在某些情况下。

BNEF Meredith附件说使用氢热是一个“昂贵的用例”,燃料相对于热泵“斗争”,甚至在总所有权成本的基础上。

另一个经常提到的问题对热泵的广泛使用,它将大大提高电网高峰需求,特别是在高纬度国家,如英国。

这一点经常陪同下面的版本的图表显示季节性变化一边英国能源需求目前遇到电力(蓝线)与天然气的热量(红色)。必威体育在线注册(必威手机官网碳简短理解类似的图表在天然气行业的名片)。

在英国对热量的需求和电力
一边对热能和电能需求在英国,兆瓦。热量需求估计。来源:热管理系统脱碳帝国理工学院,能源政策和技术中心。必威体育在线注册

这个图表表明热量和电力需求高峰会议可能需要大规模增加电力系统的规模,与高峰用电需求上升5到6倍。

最近的证据表明对热能的需求约40 - 50%低于认为,在接近17必威体育在线注册0兆瓦(GW),而不是300千瓦的顶峰上面的图表所示。这将是进一步降低了所需的能源效率改进必威体育在线注册的道路上零。

此外,通过热泵工作以外的温暖空气,用于运行它们的能量乘以两到三次,根据设备性能和环境温度。必威体育在线注册这可能削减最高的山峰热能需求的一半。必威体育在线注册

即便如此,其余的额外需求高峰电热在寒冷的冬夜应变电网。尽管它可能覆盖这些山峰,它可以是昂贵的。

这就是氢气介入,根据分析师包括CCC和BNEF。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。

某些领域的另一个选择是与氢加热,特别是在地区“枢纽”,使用的燃料-和相关基础设施普遍存在。

研究发表在8月,洛斯和他的同事们认为,供热行业“当权者是卖“绿气”决策者为了保护自己的利益和减损电气化的重要性和价值。“他们的论文中说:

“学术界的技术经济分析,英国政府及其顾问一再表明,电气化的热量需求,主要使用热泵与减少热量需求,代表了最低成本路径接近完全无碳化加热。”

一个审查的选项英国能必威体育在线注册源研究中心(智囊团)得出结论,“电气化和能源效率仍然是两个主要的策略等同于建筑部门”。必威体育在线注册它说氢气发挥作用是否解决了“巨大的不确定性”。

虽然洛斯和其他支持大型氢试验来评估潜在的燃料,他们警告说,这项工作不应使用为借口,避免与其他选项取得进展。

在最近的博客,Stian西湖,英国创新基金会执行董事内斯塔更广泛的讨论,“仿生浮萍”相关的问题,新的技术解决方案的承诺在未来用于阻止使用现有的选项。他写了:

“虽然我不怀疑有一些善意的爱好者对氢家庭取暖,我想知道很多关于部署一个温暖热情的模糊的未来主义阻止现在的热泵的威胁。”

Jan罗斯诺夫博士监管援助项目告诉碳简要:必威手机官网

“我认为一个合理的方法是逐步,你测试使用氢然后逐渐推出更多的基础设施,而不是让一个宏大的计划,一切都是氢…对我来说,那似乎是错的。这是一个非常危险的策略,可能完全失败——然后在十年时间内,你没有做任何事情。”

必威手机官网碳短暂地图、图表、图形和互动设计的汤姆多嘴的人,乔·古德曼。

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