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2024-01-02 來源:HaechiFuelCell作者:FuelCellChina 瀏覽數:451
2023年全球各國政府在不斷完善氫能戰略的同時,更關注清潔氫能應用,并普遍認為清潔氫可應用在很難進行電氣化或是難以進行大規模
2023年全球各國政府在不斷完善氫能戰略的同時,更關注清潔氫能應用,并普遍認為清潔氫可應用在很難進行電氣化或是難以進行大規模用氫的行業。
目前多數國家氫能應用像愛爾蘭氣候部長在其《國家氫能戰略》中總結的一樣,我們不能因為氫能技術的使用而分散注意力,氫能是我們高效、最佳的選擇。
但日、韓情況略有特殊。
在實際應用中,這意味著要減少對氫能汽車、家庭氫能供暖的支持。依然有堅定主張在汽車和鍋爐中使用氫能的倡導者,這部分人主要是既得利益公司和行業協會成員,很少有西方國家認為這些領域會成為氫能應用主流的解決方案,也愈加不愿在這些領域來花費納稅人的錢。
相反,很多國家更傾向把清潔氫能(或衍生物)來替代使用高度污染的灰氫(由未經凈化的化石天然氣制成),如在化肥、化工生產、煤油等領域,同時推動在減少碳排放的鋼鐵生產、長途運輸中的應用。
2023年10月歐盟最新的可再生能源指令Renewable Energy Directive成為法律,確保這些行業越來越多的利用綠氫(或其衍生品)。名為RED III的指令,包括氨、化學品生產、煉油和鋼鐵等行業需求,到2030年,用可再生能源生產至少42%的氫,到2035年上升到60%。該指令還表示需要1%的運輸燃料,即非生物來源的可再生燃料(RFNBO),這是歐盟對綠氫及其衍生品(如氨或甲醇)術語表達。
2023年歐盟簽署的另外三個指令也將對綠氫的應用帶來重大影響。
2023年9月,替代燃料基礎設施監管Alternative Fuels Infrastructure Regulation (AFIR)要求歐盟27個成員國確定在2030年前,跨歐洲交通網絡(TEN-T)核心路線的每個城市節點和每200公里都建造可供公眾使用的加氫站,為重型和輕型車輛提供服務。(前文回顧:AFIR正式獲歐盟事理會批準,2030年前歐洲將建造數百座加氫站)
FuelEUs則要求歐盟水域所有運行的船只,有超過5000噸位的,自2025年開始,將溫室氣體排放減少2%。從2030年上升至6%, 到2035年將上升到14.5%,到2040年上升到31%,到2045年上升到62%,到2020年上升到80%。鼓勵船只使用RFNBOs燃料。
2023年10月歐盟成員國簽署的獨立指令,被稱為ReFuelEU Aviation,該指令規定,到2030年離開歐盟機場的飛機所利用的所有航空燃料中,有1.2%必須由合成煤油制成。這是通過綠氫和費希爾-特羅普施(Fischer-Tropsch-一種將合成氣含有氫氣和一氧化碳的混合氣體轉化為液體燃料如柴油和其他石油產品的化學過程。
該過程由德國化學家Franz Fischer和Hans Tropsch于1920年代發現。過程中捕獲的二氧化碳結合在一起產生的。歐盟以上的四個指令,為綠氫及衍生品在歐洲創造了市場,并為藍氫留下了小空間。
氫能燃料電池汽車&卡車
2023年氫能燃料電池汽車的前景一落千丈,但氫能燃料電池卡車的前景卻從未如此的光明。
2023年,美國加州、韓國,氫能燃料電池汽車的關鍵市場,效果都不太好。加州是美國唯一一個向公眾開放加氫站的州,而韓國則是全球最大的氫能燃料電池汽車市場。
美國最大的氫氣零售商True Zero運營著加州53座加氫站中的37座,該公司將所有加氫站的氫氣價格從2021年4月的13.14美元上調至每公斤36美元。競爭對手的供應商也將價格提高到了類似的水平。這意味著該州駕駛豐田Mirai的成本幾乎是特斯拉及同類純電動汽車的14倍。自2023年8月以來,加州主要的氫氣供應商都經歷過氫氣供應的中斷。2023年9月,加州的立法者接到州政府警告稱,因沒有足夠的氫氣需求保證進一步的投資,減少了對新加氫站的資金支持。
而2023年韓國也出現了類似的情況。2023年7月加氫站的價格上漲了1/3,而之后的一個嚴重問題則導致韓國3/4的加氫站停止了運營。
2023年全球氫能燃料電池汽車(fcv)的銷量在一直在下降,2023年7月韓國的銷量同比下降了38%。
韓國官方的目標仍然是到2030年上路行駛的氫能燃料電池汽車達27萬輛、公交車&重卡達3萬輛。韓國已減少了對氫能燃料電池汽車的補貼,很少有人相信韓國可以實現這個目標。
正如韓國汽車產業協會(Korea Automobile Mobility Industry Association)主席Nam-hoon Kang在2023年9月表示,首先,燃料電池汽車正在和電動汽車競爭。電動汽車正變得更好、更高效、更經濟。大多數環保汽車的買家更喜歡電動汽車而不是燃料電池汽車。其次,燃料電池汽車使用起來非常不方便,因為加氫站的數量太少了。
就連豐田(Toyota)首席技術官Hiroki Nakajima也在2022年10月承認,Mirai車型并不算成功,商用卡車是未來氫燃料公路運輸的最佳選擇。
最糟糕的氫能燃料電池汽車市場可能是丹麥。自2022年9月以來,丹麥唯一一家加氫站的商業運營商Everfuel以缺乏盈利能力為由關閉了所有加氫站。Everfuel在第二季度業績報告中表示,第一代加油站無利可圖,已經達到技術壽命終點,將停產。該公司將矛頭指向歐盟的AFIR,該法案要求加氫站能夠為重型卡車提供服務。總部位于哥本哈根的出租車運營商Drivr被滯留了100輛豐田Mirai汽車,這些汽車無法加氫。
但令人欣慰的是,汽車生產商2023年加大了對氫能動力系統的支持力度,推出了新車型及更長的續航里程。
2023年,德國卡車公司戴姆勒(Daimler)和中國初創企業海博特(Hybot),以及公交車生產商Irizar和Temsa都推出了能行駛1000公里以上的卡車。氫能重卡在長途旅行中相比較純電動汽車來說有著明顯的優勢。相比之下,進行大肆宣傳的特斯拉半電動卡車的行駛里程只有500英里(805公里)。
據AFIR指令,歐洲未來幾年將開設數百座加氫站,(前文回顧:AFIR正式獲歐盟事理會批準,2030年前歐洲將建造數百座加氫站)重型氫燃料汽車的行駛里程更長,加氫時間更快,但一些批評人士表示,未來幾年將在歐洲開設數百個加氫站,重型氫燃料汽車的行駛里程更長,加油時間更快,但一些批評人士表示,它們更高的運行成本和電池技術的持續改進將很快削弱氫燃料電池卡車目前可能擁有的任何暫時優勢。氫燃料電池的支持者則表示說,由于需要大量的可再生電力,在同一地點對多輛純電動卡車進行快速充電幾乎是不可能的。
氫能公交&氫能列車
對于氫能燃料公交車和氫能火車的支持者來說,2023年也不是個好年頭。
歐洲和美國的多家運輸運營商都報告了氫能公交&火車的技術和燃料供應問題,或者得出結論,在未來使用純電動會更便宜、更容易。
如,2022年就引入世界首條純氫鐵路的德國國家公共交通公司在2023年8月份表示,未來將選擇純電動火車,因為公司已意識到電池的運營成本更低。
同樣,在2019年率先推出鉸接式氫能動力公交車的法國城市表示,因四年來頻繁出現故障,氫燃料費用幾乎翻了一番,該市未來將選擇純電動公交車。
同時生產電動和氫動力列車的瑞士火車生產商施泰德(Stadler)在2023年8月份表示,在德國鐵路運營商尋求低碳列車的技術中立招標中,純電動應用通常會勝出,而且幾乎適用于每條鐵路線。
Stadler的一位高管表示,其他問題還包括氫能列車的維護比純電動列車更復雜,而且燃料電池需平均在三年內更換。
一個德國乘客組織也抨擊氫能動力列車是浪費納稅人的錢,只適用于拍昂貴的照片。
2023年6月至9月,加拿大魁北克省投入300萬加元(合230萬美元)對氫能動力列車進行為期三個月的試驗,生產商阿爾斯通(Alstom)認為這是次成功的試驗,但該試驗背后的省政府自試驗啟動以來尚未公開發表任何評論。
一些地方政府今年增加了氫能燃料汽車車隊,例如德國科隆和意大利威尼斯、博洛尼亞和費拉拉市(后三個城市明確利用疫情后的恢復資金來支付其投資)。
加州圣克魯斯市在測試了一輛頂級電動巴士后,選擇購買57輛氫能動力公交,稱純電動公交難以翻越城市周圍的山丘,而且沒有足夠的電量完成路線并返回基地充電。
氫能航運
盡管氨經常被貼上未來航運燃料的標簽,尤其是那些尋求出口大量氫衍生物的項目開發商。但今年海事部門對轉向甲醇的興趣要大得多。在船舶發動機中燃燒甲醇會產生二氧化碳,但綠色甲醇從理論上講是一種凈零排放燃料。
馬士基第一艘能夠使用甲醇的雙燃料船“勞拉·馬士基”號今年進行了首航,該公司目前還有25艘這種船的訂單,將于2024交付。
管理全球航運業的聯合國機構國際海事組織(International Maritime Organization)今年也更加認真地對待去碳化問題,同意在2050年前后(即接近2050年)實現國際航運業溫室氣體凈零排放的共同目標。
但是國際海事組織關于使用氨(一種劇毒化學品)作為燃料的規定要到2024年底才會獲得批準。
澳大利亞鐵礦石億萬富翁Andrew Forrest的Fortescue已推出了第一艘能夠以氨為燃料的船:綠色先鋒號(Green Pioneer),由于國際海事組織(IMO)尚未批準將氨作為運輸燃料,這艘船仍在利用柴油為燃料。
氫能航空
氫能動力飛機今年首次飛上天空,多家開發商進行了試飛,各大生產商競相成為第一個提供商業氫飛行的公司。
英國的ZeroAvia公司和美國的Universal Hydrogen公司成功地測試改裝的燃料電池發動機,使用氣態氫(和一個傳統發動機使用噴氣燃料)客機,而德國的H2Fly公司在生產了自己的HY4飛機后,在2023年9月份進行了世界上首次100%氫動力的飛行,該飛機配備了低溫液態氫儲罐。(前文回顧:世界首次:德國飛行員駕駛液氫飛機飛行3個小時)
2023年7月,英國首家純可再生能源供應商Ecotricity的創始人Dale Vince宣布,計劃在2024年初推出世界上首個氫能動力航空公司,但在第一年將使用煤油,同時公司的氫能發動機將通過監管檢查。Ecojet航空公司將在愛丁堡和南安普敦之間運營19座航班,最終使用氫能動力燃料電池發動機。(前文回顧:英國綠色電力領先公司Ecotricity將于2024年推出氫能動力航空公司Ecojet)
2022年11月,法國空中客車Airbus一架配備100%氫燃燒發動機的滑翔機升空,據稱本次飛行是為了研究飛機的尾跡,該公司的目標是到2035年讓以氫能為動力的客機升空。
雖然空客的滑翔機無法依靠自身動力起飛,但羅羅和易捷航空在2023年9月份時證明,在最大推力下,大型飛機發動機可以燃燒100%的氫氣。(前文回顧:100%氫能發動機飛機成功飛行)2023年11月,羅羅的首席執行官也表示,未來15-20年內可能不會出現直接由氫能驅動的飛機,在此期間,除了由綠氫制成的合成煤油,還將使用生物質衍生的可持續航空燃料(SAF)。
氫能供暖
長期以來被分析人士嘲笑的氫能供暖,和電熱泵相比,效率大幅下降,在英國失去大量的政治支持。
英國威斯敏斯特最初計劃在2000個家庭試用氫供暖,但在僅有的2個擬議的試驗村莊,惠特比和雷德卡,在公眾的強烈反對下,在最后一刻都取消了氫能供暖。
英國部長們也宣布,氫能供暖不太可能成為主流,當時的能源大臣 Grant Shapps在2023年6月份表示,(氫能供暖)這“不太可能成為英國的前進方向”,副部長Lord Callanan在2023年11月份時承認,大規模的氫能供暖“不可能”實現。
在德國,執政政府中的兩個主要政黨,社會民主黨和綠黨,試圖在備受爭議的新清潔供暖法案中排除氫能,這一舉措遭到交通信號聯盟中的小黨自由民主黨的否決。雙方隨后達成妥協,到2035年天然氣網絡改用純氫,但德國天然氣網絡運營商協會表示,天然氣分銷商不可能實現這一目標,因此公司將停止所有氫能供暖。
德國一位初級氣候部長后來承諾,氫能供暖可能是清潔供暖最為昂貴的選擇,德國會議上院委員會聯邦參議院(Bundesrat) 試圖修改法案,禁止使用氫能來為建筑物供暖,這舉動并未獲得成功。
重要的是,得出氫能不會在供暖過程中發揮重要的作用的獨立研究的數量現已上升到54個。
但今年,對于氫能供暖的支持者來說,還是有一些好消息。2023年1月,韓國公布打造6個氫能城市計劃,這些城市將利用氫氣為建筑物供暖。(前文回顧:韓國計劃打造6座氫能城市)
2023年7月,荷蘭小城Stad aan ' t Haringvliet投票贊成將基于天然氣的供暖系統轉換為由多余的風能和太陽能產生的綠氫,并提供補貼來彌補成本差異。
綠色鋼鐵
在煉鋼過程中,從鐵礦石中提取鐵這個重要環節,需要綠氫來脫碳。煉鋼目前依靠煉焦煤同時提供高溫熱量和從氧化鐵礦石中化學除去氧氣的方法(氧氣與焦炭中的碳反應生成二氧化碳)。綠氫也可以進行同樣的過程。鋼鐵行業的二氧化碳排放量占全球的7%-11%,鋼鐵也是能源轉型的重要材料,風力渦輪機、電力塔、甚至電解槽都主要由這種合金制成。鋼鐵在許多國家都是龐大的行業,政治家們一直熱衷于支持本國鋼鐵行業,同時希望鋼鐵行業脫碳。
在灰鋼廠向綠鋼廠轉變的過程中南有要更換現有設備,生產綠鋼需要大量前期投資,以及更高的持續成本。所以這需要政府向企業提供數十億美元的補貼。
2023年12月,歐盟批準德國政府26億歐元的撥款,用于斯塔爾控股薩爾(Stahl-Holding-Saar, SHS)旗下現有鋼鐵廠的脫碳。
2023年7月,歐盟批準德國政府向鋼鐵制造商蒂森克虜伯(Thyssenkrupp)提供20億歐元國家援助,用于在蒂森克虜伯位于杜伊斯堡(Duisburg)的大型工廠新建一座氫能工廠。(前文回顧:歐盟為綠氫煉鋼廠提供30億歐元補貼,這些工廠最初使用的卻不是氫氣)
2023年12月,歐盟創新基金(Innovation Fund)向瑞典北部的H2 Green Steel提供7億歐元資金。
2023年夏,歐盟批準法國和比利時政府分別向總部位于盧森堡的鋼鐵巨頭安賽樂米塔爾(ArcelorMittal)提供2.8億歐元和8.5億歐元的國家補貼。(前文回顧:歐盟為綠氫煉鋼廠提供30億歐元補貼,這些工廠最初使用的卻不是氫氣)
2023年4月,德國鋼鐵制造商Salzgitter表示,在獲得近10億歐元補貼(其中7億歐元來自德國政府,3億歐元來自下薩克森州地方政府)后,將在2025年底前開始將所有生產設施改造為綠氫電弧爐和電弧爐。(前文回顧:德國薩爾茨吉特Salzgitter計劃打造100MW綠氫工廠,HydrogenPro為電解槽供應商)
2023年在全球其他地方,非洲納米比亞、阿拉伯聯合酋長國和阿曼開始建設首批綠色鋼鐵廠。
開發商、政界人士和投資者對綠色鋼鐵如此感興趣的原因之一是,綠色鋼鐵增加的成本更容易被產品吸收。
例如,將一輛汽車的灰鋼換成綠色鋼,只會增加該車型的價格300歐元,這對一款價格數萬歐元的產品來說,這點成本可忽略不計。H2 Green Steel已與包括保時捷在內的多家汽車公司簽訂了有約束力的供應合同,瑞典鋼鐵公司SSAB將從2026年開始向卡車制造商斯堪尼亞供應綠色鋼鐵。(前文回顧:Ryze Hydrogen:綠氫煉鋼產業蓄勢待發,揚帆邁向新高峰)
在世界部分地區用廉價的綠氫生產綠色鋼鐵,然后出口鋼鐵鐵(而不是氫氣)的想法越來越受歡迎。
納米比亞的Oshivela綠色鐵廠正計劃這樣做;烏拉圭新的國家氫能戰略包括出口直接還原鐵(DRI)的前景(前文回顧:烏拉圭推出綠氫路線圖 | 烏拉圭計劃到2030年生產1GW氫,每公斤氫成本低至1.20美元);澳大利亞的Liberty Steel正計劃出口直接還原鐵;美國電解槽制造商Plug Power已在芬蘭提出了一個1GW的綠氫項目,該項目將出口直接還原鐵,而不是氫氣或氨。
用氫生產化肥和化學品
使用灰氫作為其產品基石的化肥和化工公司顯然是使用綠色氫氣的起點,因為它們沒有其他可能的脫碳途徑。
化肥生產商和化工公司顯然是綠氫的用戶,因為它們沒其它可能的脫碳途徑。我們需要化肥來生產糧食,至少在短期內,這一領域可以說是可再生氫最重要的最終途徑。
但化肥和化工企業大多不愿做出這種轉變。部分原因是綠氫價格太高,這將推高他們的產品成本,并使食品價格上漲到客戶不愿意支付的水平,還有部分原因是擔心被鎖定在長期合同中。因可再生氫成本有望下降,召集簽署的任何綠氫供應協議價格在未來都有可能下降。
但化肥制造商Fertiberia, Yara(前文回顧:挪威化肥巨頭雅苒(Yara)最早將于2023年向德國農場供應首批綠氫肥料)和OCI在2023年1月份成為Rystad Energy世界前九大清潔氫承購方。
傳統煉油廠用氫
2023年9月,法國石油巨頭道達爾能源發起了一項大規模招標,每年采購50萬噸綠氫,取代目前在歐洲煉油廠使用的所有灰氫。這將需要約5GW的電解槽和10GW的專用可再生能源,投資約140億歐元。
葡萄牙石油和天然氣公司Galp對其位于Sines的煉油廠的100MW綠氫項目做出最終投資決定(FID),該煉油廠是葡萄牙最大的化石天然氣生產的灰氫的消費者。(前文回顧:葡萄牙石油公司加爾普Galp投資綠氫發電廠 ,以替代20%的灰氫)
鹿特丹港的兩個藍氫項目都將在煉油過程中使用氫氣。
殼牌的六筆氫氣購買交易將取代現有煉油廠使用的灰氫,其中最值得注意的項目是這家石油巨頭在鹿特丹的荷蘭1號氫氣工廠,該工廠將利用海上風能生產綠氫。2022年7月,殼牌對該200MW的工廠做出了最終投資決定,計劃于2025年開始運營。
日本和韓國
日本和韓國認為他們需計劃進口大量清潔氫或衍生物,用于發電、運輸和供暖的燃料。
這兩個國家人口稠密,大型風能或太陽能發電場的可用土地很少,而地理上又相互隔離,這將使兩國從其他地方進口清潔電力變得昂貴和困難。
這兩個國家最近的鄰居互為朝鮮、中國和俄羅斯,日本和韓國無法依賴它們的鄰居提供清潔能源,以滿足日本和韓國能源短缺型經濟。
海上風電可能是兩國清潔能源供應的最佳選擇,但兩國在這方面都進展緩慢。SK Ecoplant高級執行官Woojin Jang最近表示,要在韓國建造大量的海上風電還需很多年,韓國仍需要進口大量氫氣。
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