【视野】可再生能源制氢——未来全球能源的统
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【视野】可再生能源制氢——未来全球能源的统

  在风资源或光资源丰富的地区,用可再生能源电力将水分子在电解槽内分解为氢气和氧气,然后将“绿色氢气(即,使用可再生能源制成的氢气)”像石油一样通过管道或专用船只输送到世界的各个角落,这在未来会非常常见。而绿色氢气,也将成为继石油、天然气之后的世界第三大能源。

  澳大利亚沙漠是世界上光照条件最好的地区之一,其中适合开发光伏与光热电站的地区面积达到50万平方公里,相当于整个西班牙那么大。如果充分利用,其年发电量可达全球电力需求的5倍。但是,电力不可能在全球范围内传输,因此只能通过制氢来实现能源的运输。

  智利的阿塔卡玛沙漠是世界上另一个非常适合使用光伏发电制氢的地区,其光照条件非常好,同时年平均气温只有17.3℃,这样的温度下光伏组件的效率要远高于环境温度为摄氏四五十度时。就像沙特阿拉伯是石油王国,俄罗斯是天然气王国一样,智利在未来将成为世界上最重要的氢能源供应国。

  中国西藏地区同样有非常好的条件,地广人稀、风光资源丰富,也是绿色氢气的“热点”地区之一。

  根据国际能源署最新出版的《The Future of Hydrogen》报告,使用可再生能源制氢,成本只有现在日本国内普遍使用的化石能源制氢的三分之一。

  由日本川崎重工建造的世界上第一艘液氢运输船将在2020年东京奥运会前建成。储存技术类似于液化天然气(LNG),但LNG必须在-162°C的温度下储存,而液氢则必须保持在-253°C以下。同等质量的液氢体积只有氢气的1/800,可以大量运输。

  氢气也可以通过长距离管道运输,欧洲现有的天然气管网非常发达,也完全可以作为氢气运输的通道。

  英国有望在2050年之前实现碳中和,因此对氢气的需求越来越大,甚至像壳牌、道达尔、Equinor这样的大型化石燃料生产商也通过氢气委员会的工业发展小组帮助推动氢气的推广和使用。

  由可再生能源制成的绿色氢气是让欧洲在低风速、少日照的冬季实现零排放的唯一途径,没有可替代品。它可发电、可生热、可运输、碳中和等特性,奠定了其在能源转型中的重要地位。

  有人认为,可以将过剩的风能或太阳能用来制氢,如,欧洲普遍是夏季多风多日照,此时将过剩的可再生能源通过制氢储存起来,到冬季时使用。但欧洲氢气协会(Hydrogen Europe)秘书长Jorgo Chatzimarkakis认为,要真正做到“脱碳”,光靠过剩的可再生能源制出的氢气量是远远不足的。

  “要让欧洲整个钢铁行业脱碳,需要1.5倍于德国的能源产量;而要让化工行业脱碳,则需要3倍于德国的能源产量。”

  根据欧盟委员会的目标,到2050年,氢和衍生合成燃料需要占欧洲总能源结构的23%——大约需要900GW的电解槽或大量的碳捕获和储存(CCS)。

  目前,用于炼油、氨基肥料的生产以及塑料和制药行业的工业用氢,超过95%通过甲烷制造,每年排放约8.3亿吨二氧化碳,大于英国和印度尼西亚的碳排放总和。

  像Equinor这样的化石燃料公司认为,继续通过甲烷生产氢气,同时捕获并掩埋二氧化碳(即所谓“碳捕获”),比从清洁能源生产氢气要便宜得多。

  Chatzimarkakis认为,在技术发展阶段,以这种过渡技术制出的所谓“蓝色氢气”是可以接受的,但最终还应该发展成真正的“绿色氢气”。

  荷兰的Magnum项目就是一个典型的“蓝色氢气”项目,由Equinor、Vattenfall子公司Nuon和荷兰天然气经销商Gasunie运营,该项目旨在将Eemshaven的天然气发电机早2023年前转换为氢气发电机。氢气将通过挪威的天然气生产,由此产生的碳排放将被捕获并掩埋到废弃的油田里。

  Chatzimarkakis认为,荷兰选择使用氢气来取代天然气,正是希望未来放弃化石能源的表现,而因为要产生二氧化碳,是矛盾的。因此,从长期来看,可再生能源制氢才是出路,这种碳捕获和储存的做法终将被摒弃。

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