波士顿, 2023年10月4日 — 随着能源和工业格局的转型,氢能经济正处于可持续增长的门槛。预计的氢价值链将整合生产、存储和分配系统,支持广泛的应用,涵盖工业过程到各种交通部门。虽然电气化仍然是许多部门减排的主要方式,但氢作为关键解决方案出现,用于这些难以减排的行业。

Overview of hydrogen application sectors & fuel cell technologies. Source: IDTechEx

传统工业应用:炼油、氨和甲醇

炼油、氨和甲醇生产等传统工业部门在不断发展的氢能技术格局中继续发挥关键作用。IDTechEx预测,石化炼油将保持作为低碳氢最大消费者之一的地位。加氢裂化和加氢处理是使用大量氢气的关键工艺,后者是炼油厂中主要消耗氢气的操作。诸如全球石油消费增加和需要加工更重质原油等因素正在推动这个部门对氢气需求的增长。

石化公司正在努力减少碳足迹。许多炼油厂位于工业园区或化工园区内,这些地区正在成为新的碳捕集和氢基础设施项目的焦点,例如Stanlow炼油厂位于HyNet西北倡议内。此外,氢气在炼油厂的能源和热生成系统中的使用具有进一步减排的潜力,这些系统目前依赖燃烧技术。但是,值得注意的是,预计这种进步将在炼油市场上长期获得动力。

氨生产作为另一个对低碳氢的关键应用,对肥料和化工行业的减碳举措做出了重大贡献。调整哈柏-博施法以适应绿色或蓝色氢气提供了减少二氧化碳排放的有前景的途径。除了传统用途外,氨也越来越被视为一种有效的氢载体,用于国际运输,这表明这个领域存在可持续增长的前景。

例如Yara、Nutrien、OCI氮肥和SAFCO等公司正处于这些努力的前沿,已经在其工厂实施了碳捕集、利用和封存(CCUS)技术。尽管存在诸如捕集率上限约为70%等限制,但Horisont Energi、ADNOC和CF Industries等公司的新项目旨在实现90%以上的捕集率。

在绿色氨方面,包括Fertiberia、Yara International和CF Industries在内的多家公司计划在2025年之后启动工厂,产能各异。例如NEOM绿色氨项目尤为令人印象深刻,计划安装超过2GW的蒂森克虏伯纽瑞拉氢氧化钾电解槽,每天目标产氨600吨。同样,Monolith和Hazer Group等甲烷裂解公司也正在进入氨行业。这些发展,无论是蓝色还是绿色氨,都表明整个行业正在共同努力推动更可持续、更高效的氨生产。

IDTechEx还将低碳甲醇生产确定为一个关键但不太突出的氢应用途径。例如Carbon Recycling International (CRI)在这方面取得了重大进展,开发了Finnjord E-methanol工厂等项目。甲醇是各种化学品的重要组成部分,并越来越多地用于能源存储和汽车燃料。利用绿色或蓝色氢气可以大大减少化学品生产中的排放。但是,与绿色氨一样,绿色甲醇生产的成本仍然过高,并在很大程度上取决于二氧化碳来源。此外,二氧化碳需要来自直接空气捕集或废物/生物质,才能将甲醇归类为真正的碳中和。

新兴工业应用:炼钢、发电和合成燃料生产

IDTechEx预计氢在中长期内在炼钢方面将发挥重要作用。传统钢铁生产贡献全球7-9%的二氧化碳排放。ArcelorMittal、SSAB和Tata钢铁等领先企业正在研究氢电炉还原铁-电弧炉(H2-DRI-EAF)技术,以生产更可持续的钢铁。这体现在HYBRIT示范项目上 – 这是SSAB、LKAB和Vattenfall之间的瑞典合作项目。这些公司正在瑞典展示使用可再生能源和氢的无化石燃料钢铁价值链,其中涉及钢铁生产供应链的所有元素的脱碳。尽管存在技术挑战,但氢作为这一转型中的支柱。

氢在发电和供热方面的应用还处于初级阶段,但对更广泛的脱碳努力具有关键的前景。氢在可再生能源存储、离网存储和热电联产(CHP)工厂中具有潜在的应用。尽管电力-气体-电力转换的效率损失,但对于选择有限的离网应用,氢呈现出有吸引力的替代方案。但是,氢在发电和供热应用中的使用,特别是可再生能源存储,仍需要完善的商业模式才能使其更具商业可行性。

氢在生物燃料和合成燃料生产中也发挥着关键作用。第一代和先进生物燃料可以通过应用绿色氢变得越来越碳中和。诸如Neste和TotalEnergies等主要炼油商都专注于这些燃料,受消费者需求和监管政策的推动。但是,IDTechEx预计氢在这个部门的作用至少在中期内会相对有限。

移动应用:燃料电池电动汽车(FCEV)、海事、铁路和航空

燃料电池是将为这些交通部门提供动力的关键技术。这些交通部门将需要高效整合燃料电池堆与适当的氢存储方法、热交换器和其他平衡系统。尽管电动汽车目前占主导地位,但对于重型载具和长途运输,氢燃料电池提供了一个有前景的选择。