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《硅谷的氫視角》是斯坦福大學工商管理碩士學生凱倫·貝特和蒂洛·布勞恩的一個系列，旨在揭示氫的趨勢和創(chuàng)新。這是調(diào)查該行業(yè)系列文章的第一篇。
清潔氫氣是這十年的流行語之一。毫無疑問，在不久的將來，它將成為我們生活中比現(xiàn)在大得多的一部分——但也許不是以每個人都在談?wù)摰姆绞健?/span>
氫會在對抗氣候變化中發(fā)揮關(guān)鍵作用還是一種炒作？兩者皆是
我們在這里辨別真實和炒作。
在過去的幾個月里，與數(shù)十位專家的交談幫助我們區(qū)分了信號和噪音。我們使用了一些世界上最受尊敬的機構(gòu)的數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建了自下而上的模型來建立沒有預(yù)測的預(yù)測。有些發(fā)現(xiàn)令我們驚訝，有些則不然。
1、燃料電池汽車已經(jīng)死了。燃料電池卡車萬歲。
2、火車將成為清潔氫氣的最大使用案例之一
3、1億噸灰色氫會先變藍后變綠
4、氫將如何利用夏天的陽光在冬天維持照明
5、氫氣將會回收你的可樂罐
向下滾動到末尾，查看我們對2030年各行業(yè)清潔氫氣需求的預(yù)測。
首先，燃料電池汽車已經(jīng)死了。燃料電池卡車萬歲
幾十年來，政府、公司和媒體一直在描繪燃料電池汽車(燃料電池電動汽車或FCEV)的未來，只有水滴來自廢氣。
現(xiàn)在，世界上大多數(shù)人都認為FCEV沒有未來。最近，世界上最大的汽車制造商大眾集團去年宣布停止所有燃料電池的開發(fā)工作，這應(yīng)該是燃料電池汽車的喪鐘。電池電動汽車(BEV)超過80%的從車輪到車輪的效率超過了燃料電池汽車每天可達到的40%到50%的效率，使BEV在運營成本上遙遙領(lǐng)先。與此同時，里程越來越不是bev們關(guān)心的問題。
如果這一點如此明顯，為什么加州正在將氫燃料補給站的數(shù)量從49個增加到170多個？
長途貨運。8級卡車是重型卡車，是大多數(shù)內(nèi)陸供應(yīng)鏈的支柱?？ㄜ囘\輸中使用的所有能源的70%是由具有許多長路線的8級及以上卡車使用的。
對于較短的路線，電池驅(qū)動的卡車將純粹基于經(jīng)濟性獲勝。然而，對于長路線來說，這是不現(xiàn)實的。為了實現(xiàn)8級卡車500英里的行駛里程，20%的有效載荷將用于電池，這意味著可以減少20%的質(zhì)量。如果這還不夠糟糕的話，建設(shè)龐大的基礎(chǔ)設(shè)施來同時為幾十輛夜間停靠的卡車充電是非常昂貴的。
我們預(yù)計燃料電池驅(qū)動的卡車將在未來主導長途貨運。像沃爾沃、戴姆勒和Hyzon這樣的公司正帶頭沖鋒陷陣，從加州到歐盟和印度的政府都將鼓勵它們的采用。
我們估計，到2030年，在我們的基本模型中，全球長途卡車運輸每年將消耗270萬噸清潔氫氣，上限為470萬噸。
第二，鐵路可能是2030年綠色氫最大的運輸用例之一
火車通常被認為是一種綠色交通工具。然而，盡管它們只占溫室氣體排放總量的一小部分，但它們絕非微不足道。全球不到30%的鐵路已經(jīng)電氣化，升級線路所需的投資不僅令人望而卻步，而且由于利用率低和距離遠，通常不具有經(jīng)濟意義。
在德國，由阿爾斯通公司建造的氫燃料電池列車已成功完成試用期，并將于今年3月開始商業(yè)運營。與此同時，Caltrans最近對零排放方案的研究表明，氫燃料電池列車是到2035年實現(xiàn)100% GHG減排目標的首選方案。
電池電動火車已經(jīng)被提議作為一種替代方案，世界各地都在進行試驗。然而，燃料電池列車相對于電池電動列車有一個關(guān)鍵優(yōu)勢:電池電動列車的行駛里程限制在大約300公里——對于長途運輸來說太短了——而且需要很長的充電時間。燃料電池列車可以像今天一樣以同樣的模式運行，同時幾乎不需要投資新的基礎(chǔ)設(shè)施。在美國，另一個驅(qū)動因素是對主要由私人所有的鐵路線的互操作性的需求。
我們相信，運營方面的考慮將推動燃料電池列車在缺乏電氣化的地區(qū)和長途線路上的采用。雖然利布賴?？赡軙燕l(xiāng)村火車放在最底層氫氣梯，我們看到長途和區(qū)域列車就在那里，為新的清潔氫的使用情況。
我們的模型顯示，到2030年，全球燃料電池列車將使用210萬噸清潔氫氣，上限為500萬噸。
第三，1億噸灰色氫會先變藍后變綠
氫是一種豐富多彩的商品，從綠色到紫色、黃色、藍綠色和藍色，氫彩虹不斷擴展。不幸的是，現(xiàn)實沒有那么豐富多彩，因為今天大約95%的氫是灰色的或基于化石的。
今天的氫工業(yè)(也被稱為舊氫工業(yè))主要由大型工業(yè)應(yīng)用組成，如化肥生產(chǎn)、煉油和甲醇生產(chǎn)。
我們將看到該行業(yè)向清潔氫氣過渡的速度將在很大程度上取決于監(jiān)管推動和客戶拉動。化肥行業(yè)就是一個例子，既沒有重大的激勵措施，也沒有客戶需求來推動脫碳。另一方面，鋼鐵是汽車原始設(shè)備制造商及其客戶極力爭取的一個很好的例子綠色的鋼鐵正在向低碳供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型——例如，沃爾沃最近開始從SSAB采購綠色鋼鐵。而后面的玩家最終目標是切換到100%綠色的氫氣(在可再生電力驅(qū)動的電解器中通過水分解產(chǎn)生的氫氣)，我們相信短期的未來會有所不同。
考慮到現(xiàn)有制氫基礎(chǔ)設(shè)施(通常是蒸汽甲烷重整器)的高資本成本，目前更經(jīng)濟的解決方案是用所謂的集中碳捕獲技術(shù)改造現(xiàn)有的制氫設(shè)備藍色氫氣。談?wù)撍{色氫，重要的是要認識到碳捕獲的成本是如何依賴于CO2的濃度。SMR廢氣中的二氧化碳濃度為50%，這使得二氧化碳很容易被捕獲，每公斤僅增加約0.19美元。化石燃料燃燒后的煙道氣(廢氣)通常包含約10%的CO2，這使得CO2捕獲更具挑戰(zhàn)性，因此成本更高。兩者都屬于點源捕獲類別，比從大氣中捕獲二氧化碳(所謂的直接空氣捕獲)要容易得多，也便宜得多。
從長遠來看，當現(xiàn)有的SMR工廠將完全折舊，需要更換時，電解槽將在世界上大多數(shù)地區(qū)占據(jù)一席之地。在具備良好的可再生能源部署條件的地區(qū)，100%清潔電力的價格將降至每千瓦時2-3美分以下，這可能會將綠色氫的成本推低至灰色氫的成本以下。
在其他可再生能源供應(yīng)較少的地區(qū)(如波蘭)或天然氣價格非常低的地區(qū)(如俄羅斯)，藍色在未來的十年或二十年里，氫氣可能仍然是脫碳最可行的選擇。
第四——氫氣將如何利用夏季的太陽在冬季保持燈亮
國家可再生能源實驗室(NREL)最近的分析已經(jīng)證明，在現(xiàn)有的季節(jié)性儲能替代方案中，氫氣具有最大的潛力。
就短期儲存而言，電池比氫基電池更有效，因此也更經(jīng)濟。然而，對于超過20-45小時的放電持續(xù)時間，氫成為有吸引力的解決方案。
例如，夏季多余的太陽能電力可以用來生產(chǎn)綠色氫，綠色氫可以以氫、氨或其他衍生物的形式儲存數(shù)月，在冬季用作能源。通過這種方式，氫氣將成為緩解季節(jié)性供需失衡的有效途徑，是實現(xiàn)高比例至極高比例間歇性可再生能源(包括太陽能和風能)的不可或缺的組成部分。
氫可以通過燃料電池重新轉(zhuǎn)化為電能，或者直接用作燃料。雖然我們不同意埃隆·馬斯克關(guān)于燃料電池“極其愚蠢”的說法，但我們承認60%的全周期損耗(電力-H2-電力)與15%的電池儲能相比仍然是一個挑戰(zhàn)。這就是為什么在可再生能源價格大幅下降和技術(shù)進一步進步之前，我們不希望綠色氫被用于發(fā)電。與此同時，燃燒氫氣(包括其衍生物)供熱或?qū)⑵溆米魅剂?前體)將占主導地位。
除了季節(jié)性儲存，氫氣預(yù)計也將在多天儲存中發(fā)揮重要作用。這在像瑞典這樣風能份額高的地區(qū)將變得越來越重要。雖然氫氣可以在強風期間產(chǎn)生，但氫氣可以用于工業(yè)，或者在風力較低時可能重新轉(zhuǎn)化為電力。
所有這一切讓我們相信，到2030年，每年將生產(chǎn)約1000萬噸清潔氫氣用于長期儲存，而這只是冰山一角。
第五，氫將會回收你的可樂罐
清潔的氫氣有許多工業(yè)應(yīng)用能夠用于脫碳過程，但只有少數(shù)地方可能會擴散。最合適的使用案例是高溫加熱(%3E400攝氏度或%3E750華氏度)。大約9%的全球排放來自工業(yè)熱，大約一半的全球工業(yè)熱需求是高溫熱，主要來自金屬加工、化學品和水泥。鐵/鋼的潛在應(yīng)用已被廣泛報道，但許多其他應(yīng)用經(jīng)常被忽視。
可樂罐:美國80%的鋁生產(chǎn)是所謂的二次生產(chǎn)——回收。二次生產(chǎn)通常在溫度約為750攝氏度的天然氣爐中進行。這些爐可以進行改造，以相對較低的成本使用清潔的氫氣。
氫在工業(yè)加熱中的其他重要應(yīng)用包括水泥生產(chǎn)(目前占全球熱量的8%)、玻璃生產(chǎn)和特種紙生產(chǎn)。
競爭性技術(shù)包括生物燃料、電加熱和碳捕獲和利用/儲存(CCUS)。對于一些不適合燃料轉(zhuǎn)換的工藝，CCUS可能是唯一的解決方案，而電力可能會在許多新項目中勝出。生物燃料可以有效地替代現(xiàn)有工廠中的燃料，但可能會產(chǎn)生高額的額外成本，而且生物燃料的二級排放也值得懷疑。這使得清潔的氫氣成為改造現(xiàn)有工廠的首選燃料——特別是對于今天燃燒天然氣的應(yīng)用，轉(zhuǎn)換成本相對較低。
我們估計，2030年，工業(yè)流程中使用的清潔氫氣的基數(shù)為440萬噸，上限為990萬噸。
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