2019年6月15日，在日本能源轉(zhuǎn)型和全球環(huán)境促進(jìn)可持續(xù)增長的G20部長級會(huì)議上，歐盟，美國和日本宣布在氫和燃料電池技術(shù)方面開展三方合作，氫和燃料電池是可持續(xù)能源的一部分組合對于在運(yùn)輸，工業(yè)和其他領(lǐng)域開拓機(jī)遇和價(jià)值，以及實(shí)現(xiàn)可靠，清潔和負(fù)擔(dān)得起的電力至關(guān)重要。
該公告恰逢IEA題為“氫的未來”的報(bào)告，以及現(xiàn)在有60家主要全球公司簽署氫氣理事會(huì)的公告。
這一切都指向了對氫生產(chǎn)和利用的認(rèn)真支持，特別是在生產(chǎn)和利用是二氧化碳中性的情況下。
生產(chǎn)和利用
目前，全球大部分氫氣生產(chǎn)來自：
天然氣; 通過蒸汽甲烷重整(釋放大量的二氧化碳)。這種方法約占全球產(chǎn)量的約四分之三，約為7000萬噸[1]; 和
煤; 通過氣化(使煤與高溫蒸汽加氧氣在壓力下反應(yīng)，然后使得到的合成氫氣和一氧化碳?xì)怏w與蒸汽反應(yīng)以分離氫氣)。
這兩種技術(shù)都會(huì)導(dǎo)致“灰色”氫氣(即產(chǎn)生氫氣導(dǎo)致過量的二氧化碳或一氧化碳以及其他污染物)。
鑒于生產(chǎn)二氧化碳中性H2的愿望，各種舉措(例如澳大利亞的碳網(wǎng)項(xiàng)目[2]或鹿特丹的H-Vision項(xiàng)目[3])正在研究利用碳捕集儲(chǔ)存(CCS)技術(shù)隔離產(chǎn)生的二氧化碳或一氧化碳，生成的產(chǎn)品被標(biāo)記為“藍(lán)色”氫(不是灰色，但也不是'綠色')。
與此同時(shí)，水電解(僅需要水和電)正在開發(fā)中，作為生產(chǎn)“綠色”氫氣的有前景的解決方案，其基礎(chǔ)是電力來自可再生能源。目前全球氫氣產(chǎn)量中只有0.1%[4]來自電解，其中一小部分來自可再生能源，但隨著新技術(shù)，成本降低以及眾多主要工業(yè)參與者的出現(xiàn)，預(yù)計(jì)這將大幅增加。
目前大多數(shù)電解是通過堿性(ALK)電解槽。一種更新的技術(shù)可以提供更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，更大的操作范圍，更高的效率以及非常高的氣體純度，是質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽。到目前為止，PEM的主要缺點(diǎn)是使用成本高，盡管這種情況正在迅速下降，IRENA的預(yù)測是在未來六年內(nèi)成本將等于ALK或更低。
用于提取“綠色”氫的其他技術(shù)，包括生物質(zhì)氣化，生物質(zhì)衍生液體重整，熱化學(xué)水分解，光電化學(xué)水分解和光生物過程看起來非常有前途，但主要處于研究階段，并且超出了本文的范圍。同樣正在研究潛在生產(chǎn)的是世界各地的天然氫氣。
目前生產(chǎn)的氫氣被工業(yè)客戶使用(特別是用于煉油和生產(chǎn)氨，甲醇和鋼)，用于運(yùn)輸應(yīng)用的燃料電池，并且有各種示范項(xiàng)目和計(jì)劃用于商業(yè)建筑和多戶住宅單元和用于發(fā)電。
一個(gè)特別有趣的建議是向現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡(luò)注入氫氣，研究表明氫氣可以占混合物的20%，而無需升級網(wǎng)絡(luò)(例如英國的HyDeploy項(xiàng)目[5]和荷蘭的試點(diǎn)項(xiàng)目)和法國)。對于發(fā)電，正在進(jìn)行如何開發(fā)用于氫作為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)的工作。來自可再生能源的H2被認(rèn)為是“向天然氣供電”概念的一部分，其中過剩的可再生能源生產(chǎn)用于驅(qū)動(dòng)電解用于制氫，其可以存儲(chǔ)為用于各種其他應(yīng)用的燃料，包括當(dāng)可再生能源不再生產(chǎn)時(shí)(例如過夜或無風(fēng)條件下)進(jìn)一步發(fā)電。
H2價(jià)值鏈發(fā)展中的挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)分析
雖然氫的生產(chǎn)和使用看起來非常引人注目。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)完整的基礎(chǔ)設(shè)施，甚至經(jīng)濟(jì)，會(huì)帶來許多挑戰(zhàn)，例如：
H2每單位體積的能量比所有其他燃料少，并且具有較小的分子，并且在某些情況下幾乎不了解腐蝕性，因此將其存儲(chǔ)，運(yùn)輸和交付給最終用戶可能需要新的昂貴設(shè)備和技術(shù)。
建設(shè)燃料電池加油站，能夠處理氫氣的新管道網(wǎng)絡(luò)以及新的儲(chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)施將涉及極高的資金成本。然而，由于各種各樣的工藝和資源可以產(chǎn)生氫氣，區(qū)域甚至當(dāng)?shù)氐臍錃馍a(chǎn)可以最大限度地利用當(dāng)?shù)刭Y源并最大限度地減少分配挑戰(zhàn)，盡管需要進(jìn)行成本分析以確定當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)域生產(chǎn)更有意義。
將示范項(xiàng)目轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)現(xiàn)實(shí)會(huì)產(chǎn)生高技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，需要加以解決。政府補(bǔ)助或多邊支持起著作用，但風(fēng)險(xiǎn)往往需要由開發(fā)者自己承擔(dān)。
在價(jià)值鏈的每個(gè)階段，從生產(chǎn)到運(yùn)輸，再到分銷到最終用戶，都必須有未來收入來源來證明相關(guān)的資本支出。這是“項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目”，第一個(gè)項(xiàng)目僅在第二個(gè)項(xiàng)目實(shí)際構(gòu)建和啟動(dòng)并運(yùn)行時(shí)才有效。
為了成功開發(fā)整個(gè)價(jià)值鏈，開發(fā)商需要調(diào)整可再生能源生產(chǎn)，分析師H2生產(chǎn)工廠，分銷網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)設(shè)施，運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)客戶，電力客戶和運(yùn)輸客戶(所有根本不同的行業(yè))。然后，開發(fā)人員需要解決價(jià)值鏈各個(gè)組成部分之間的技術(shù)和操作界面問題。每個(gè)相關(guān)方都需要充分了解與整個(gè)鏈條各部分相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，然后在各利益相關(guān)方之間適當(dāng)分配這些風(fēng)險(xiǎn)：東道國政府，開發(fā)商，供應(yīng)商，承包商，任何貸方，客戶和供應(yīng)商。這也需要巨大的政治支持，
減輕這些風(fēng)險(xiǎn)將包括同步完成，測試，調(diào)試和驗(yàn)收alkalyser工廠與可再生能源發(fā)電設(shè)施以及天然氣運(yùn)輸和存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)利用和/或加油站基礎(chǔ)設(shè)施以及任何H2電力設(shè)施。這是為了最小化任何潛在的延遲或甚至可能由于例如在特定日期之前供應(yīng)氫氣而失敗，或者不能從可再生能源獲取電力而引起的懲罰。
目前關(guān)于通過使用可再生能源向現(xiàn)有工業(yè)客戶(例如用于生產(chǎn)礦物肥料，鋼，甲醇或氨)的電解槽生產(chǎn)H2的建議，這產(chǎn)生了對產(chǎn)氫的需求，這似乎是保持簡單和避免的明智方式現(xiàn)在需要對齊不同的組件。通過這種方式，生產(chǎn)H2的技術(shù)可以逐步加工，隨著配送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展或升級，運(yùn)輸和更廣泛的利用將在以后出現(xiàn)。
監(jiān)管發(fā)展
在考慮技術(shù)，法律，財(cái)務(wù)和政治挑戰(zhàn)的同時(shí)，利益相關(guān)者還需要在每個(gè)特定國家或地區(qū)制定基礎(chǔ)監(jiān)管框架。
各國政府和利益攸關(guān)方需要共同制定法規(guī)，允許生產(chǎn)，儲(chǔ)存，運(yùn)輸和分配H2，使用氫氣作為燃料和車輛，在電網(wǎng)和燃?xì)怆娋W(wǎng)中使用氫氣以及在家庭，辦公室和工業(yè)設(shè)施。這包括允許使用H2作為有害物質(zhì)，調(diào)節(jié)價(jià)值鏈中組件的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在消費(fèi)者環(huán)境中，可能提供“綠色”氫氣的原產(chǎn)地證書，為天然氣系統(tǒng)和家用標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建框架。辦公室使用系統(tǒng)。
H2經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將是復(fù)雜的，但也非常有益，因?yàn)樗暮锰幏浅Ｃ黠@。
