氫：清潔能源的未來

　更新時間：2023-01-13 點擊量：1006

以下內容摘錄自《A global trend analysis of innovation along hydrogen value chains》——IEA . January 2023

為什么是氫？

氫作為一種潛在的廣泛使用的能源載體，其機遇的迅速變化很大程度上與能源規(guī)劃者的三個新考慮有關，這些新考慮與氫的基礎技術無關:

1.各國和企業(yè)都著眼于消除而不僅僅是減少化石燃料排放對其能源系統(tǒng)的影響。這一目標通常被稱為“凈林排放"，重點關注如何在所有部門避免化石燃料排放，包括化石燃料具有比較優(yōu)勢的部門，如重工業(yè)和長途運輸(IEA, 2021年)。在這些領域的為數(shù)不多的替代品中，氫和其他可由其制成的可燃燃料在能量密度、可儲存性和化學性質方面具有吸引力的特性。

2.大多數(shù)國家和企業(yè)的凈零承諾都將2050年定為目標年，這與氣候科學一致。在不到三十年的時間里，能源系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、建筑存量和工業(yè)流程的改革需要迅速調動大量資本，包括基礎設施。時間需求的緊迫性使氫氣具有優(yōu)勢，因為它可以將新資產(chǎn)與現(xiàn)有的基礎設施連接起來，例如天然氣和石油的運輸和儲存。

3.最后，風能、太陽能以及電池在成本和性能方面的改進速度，迫使能源規(guī)劃者改變了共識。2021年，風能、太陽能和電池投資占全球電力行業(yè)投資的40%，是化石燃料發(fā)電投資規(guī)模的三倍多(IEA, 2022a)。現(xiàn)在有一個廣泛的期望，即未來安全和最有競爭力的能源系統(tǒng)將以可變的可再生電力為導向，這就提出了如何以經(jīng)濟實惠的方式向盡可能多的能源使用提供電力的挑戰(zhàn)。用電從水中生產(chǎn)氫氣是長期儲存電能的有效方法之一，因此可以將其用于電力難以到達的地方，或用于與可再生能源發(fā)電時間不匹配的目的。

總而言之：氫不是能源，而是能量載體，這意味著它的潛在作用與電有相似之處。國際能源署的報告《氫的未來》介紹了不同能源轉化為氫的各種方式，氫的存儲和分配的不同方式，以及氫的不同應用(國際能源署，2019年)。與電力一樣，氫的優(yōu)勢在于它可以靈活地執(zhí)行各種與能源相關的任務，并提供多種能源輸入，而且在使用時沒有二氧化碳排放。如果電力和氫價值鏈之間的互聯(lián)規(guī)劃得當，這種靈活性有可能增強能源網(wǎng)絡的整體安全性。

增加低排放氫的供應和需求

雖然有可能從一系列能源輸入中生產(chǎn)氫氣，但并不是所有的途徑都能減少（溫室氣體）排放。2021年，全球生產(chǎn)了約9400萬噸氫，其能量含量相當于全球能源消耗的2.5%。使用低排放生產(chǎn)技術生產(chǎn)的不足1% (IEA, 2022b)。這些氫主要用于兩個行業(yè)：煉油和化工生產(chǎn)(包括用于化肥的氨)。為了對能源轉型做出有價值的貢獻，供應方和需求方都需要改變。

1.在供應方面，只有低排放的氫氣才能與能源系統(tǒng)的脫碳兼容。低排放氫可以從可再生能源或核能發(fā)電的水中生產(chǎn)，從有配備避免二氧化碳排放的設施中加工化石燃料中生產(chǎn)(例如，通過具有高捕獲率的CCUS)，以及甲烷排放低的相關設施中生產(chǎn)，或來自生物能源。雖然其中一些解決方案已經(jīng)部署，但其他解決方案仍處于早期開發(fā)階段，所有這些解決方案都需要進一步開發(fā)和擴大規(guī)模，以確保充分的成本競爭力。

2.在需求方面，除了化工和煉油，氫還需要滲透到更多的行業(yè)。這些新應用大多是“能源"應用，如運輸、高溫加熱和作為能源輸入為船舶和航空制造替代燃料(所謂的低排放氫基燃料，如氨或合成煤油)。新的非能源應用包括取代煤和天然氣作為鋼鐵生產(chǎn)的還原劑。與氫供應一樣，這些應用通常涉及新技術的實施，其中許多技術尚未大規(guī)模驗證。每個部門的需求將取決于這些基于氫的選擇與其他脫碳解決方案相比的優(yōu)勢。

總之，政府在供給和需求兩方面的行動都在增加。共有26個政府通過了國家氫戰(zhàn)略，其中包括自2021年9月以來通過的9個(IEA, 2022b)。在歐洲，俄烏戰(zhàn)爭擾亂了天然氣供應，歐盟迅速擴大可再生電力氫氣的決心得到了加強。2022年5月，歐盟委員會提出，到2030年，歐盟的需求可能上升到2000萬噸，這可能取代270億立方米的天然氣需求和400萬噸的石油需求。考慮到歐盟在利用可再生電力制氫方面的國內資源，以及如此迅速擴大規(guī)模所面臨的挑戰(zhàn)，該提案認為，這一總量的一半需要從歐盟以外進口。目前，國際氫貿易的設施在商業(yè)上還不存在，但是正在相當重視探索如何利用現(xiàn)有的基礎設施- -例如用于氨或天然氣貿易的基礎設施- -來達到這一目的。

附錄1：在IEA凈林排放情景下，低排放氫的供應和需求