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2023

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2023年全球氢行产业主要发展趋势(第二部分:用氢)

作者:

HydrogenInsight


 

2023年全球各国政府在不断完善氢能战略的同时,更关注清洁氢能应用,并普遍认为清洁氢可应用在很难进行电气化或是难以进行大规模用氢的行业。


目前多数国家氢能应用像爱尔兰气候部长在其《国家氢能战略》中总结的一样,我们不能因为氢能技术的使用而分散注意力,氢能是我们高效、最佳的选择。
但日、韩情况略有特殊。


在实际应用中,这意味着要减少对氢能汽车、家庭氢能供暖的支持。依然有坚定主张在汽车和锅炉中使用氢能的倡导者,这部分人主要是既得利益公司和行业协会成员,很少有西方国家认为这些领域会成为氢能应用主流的解决方案,也愈加不愿在这些领域来花费纳税人的钱。


相反,很多国家更倾向把清洁氢能(或衍生物)来替代使用高度污染的灰氢(由未经净化的化石天然气制成),如在化肥、化工生产、煤油等领域,同时推动在减少碳排放的钢铁生产、长途运输中的应用。


2023年10月欧盟最新的可再生能源指令Renewable Energy Directive成为法律,确保这些行业越来越多的利用绿氢(或其衍生品)。名为RED III的指令,包括氨、化学品生产、炼油和钢铁等行业需求,到2030年,用可再生能源生产至少42%的氢,到2035年上升到60%。该指令还表示需要1%的运输燃料,即非生物来源的可再生燃料(RFNBO),这是欧盟对绿氢及其衍生品(如氨或甲醇)术语表达。


2023年欧盟签署的另外三个指令也将对绿氢的应用带来重大影响。


2023年9月,替代燃料基础设施监管Alternative Fuels Infrastructure Regulation (AFIR)要求欧盟27个成员国确定在2030年前,跨欧洲交通网络(TEN-T)核心路线的每个城市节点和每200公里都建造可供公众使用的加氢站,为重型和轻型车辆提供服务。


FuelEUs则要求欧盟水域所有运行的船只,有超过5000吨位的,自2025年开始,将温室气体排放减少2%。从2030年上升至6%, 到2035年将上升到14.5%,到2040年上升到31%,到2045年上升到62%,到2020年上升到80%。鼓励船只使用RFNBOs燃料。

 

2023年10月欧盟成员国签署的独立指令,被称为ReFuelEU Aviation,该指令规定,到2030年离开欧盟机场的飞机所利用的所有航空燃料中,有1.2%必须由合成煤油制成。这是通过绿氢和费希尔-特罗普施(Fischer-Tropsch-一种将合成气含有氢气和一氧化碳的混合气体转化为液体燃料如柴油和其他石油产品的化学过程。该过程由德国化学家Franz Fischer和Hans Tropsch于1920年代发现。)过程中捕获的二氧化碳结合在一起产生的。


欧盟以上的四个指令,为绿氢及衍生品在欧洲创造了市场,并为蓝氢留下了小空间。

 

氢能燃料电池汽车&卡车


2023年氢能燃料电池汽车的前景一落千丈,但氢能燃料电池卡车的前景却从未如此的光明。

 

2023年,美国加州、韩国,氢能燃料电池汽车的关键市场,效果都不太好。加州是美国唯一一个向公众开放加氢站的州,而韩国则是全球最大的氢能燃料电池汽车市场。


美国最大的氢气零售商True Zero运营着加州53座加氢站中的37座,该公司将所有加氢站的氢气价格从2021年4月的13.14美元上调至每公斤36美元。竞争对手的供应商也将价格提高到了类似的水平。这意味着该州驾驶丰田Mirai的成本几乎是特斯拉及同类纯电动汽车的14倍。自2023年8月以来,加州主要的氢气供应商都经历过氢气供应的中断。2023年9月,加州的立法者接到州政府警告称,因没有足够的氢气需求保证进一步的投资,减少了对新加氢站的资金支持。


而2023年韩国也出现了类似的情况。2023年7月加氢站的价格上涨了1/3,而之后的一个严重问题则导致韩国3/4的加氢站停止了运营。


2023年全球氢能燃料电池汽车(fcv)的销量在一直在下降,2023年7月韩国的销量同比下降了38%。韩国官方的目标仍然是到2030年上路行驶的氢能燃料电池汽车达27万辆、公交车&重卡达3万辆。韩国已减少了对氢能燃料电池汽车的补贴,很少有人相信韩国可以实现这个目标。


正如韩国汽车产业协会(Korea Automobile Mobility Industry Association)主席Nam-hoon Kang在2023年9月表示,首先,燃料电池汽车正在和电动汽车竞争。电动汽车正变得更好、更高效、更经济。大多数环保汽车的买家更喜欢电动汽车而不是燃料电池汽车。其次,燃料电池汽车使用起来非常不方便,因为加氢站的数量太少了。


就连丰田(Toyota)首席技术官Hiroki Nakajima也在2022年10月承认,Mirai车型并不算成功,商用卡车是未来氢燃料公路运输的最佳选择。


最糟糕的氢能燃料电池汽车市场可能是丹麦。自2022年9月以来,丹麦唯一一家加氢站的商业运营商Everfuel以缺乏盈利能力为由关闭了所有加氢站。Everfuel在第二季度业绩报告中表示,第一代加油站无利可图,已经达到技术寿命终点,将停产。该公司将矛头指向欧盟的AFIR,该法案要求加氢站能够为重型卡车提供服务。

 

总部位于哥本哈根的出租车运营商Drivr被滞留了100辆丰田Mirai汽车,这些汽车无法加氢。


但令人欣慰的是,汽车生产商2023年加大了对氢能动力系统的支持力度,推出了新车型及更长的续航里程。


2023年,德国卡车公司戴姆勒(Daimler)和中国初创企业海博特(Hybot),以及公交车生产商Irizar和Temsa都推出了能行驶1000公里以上的卡车。氢能重卡在长途旅行中相比较纯电动汽车来说有着明显的优势。相比之下,进行大肆宣传的特斯拉半电动卡车的行驶里程只有500英里(805公里)。


据AFIR指令,欧洲未来几年将开设数百座加氢站,重型氢燃料汽车的行驶里程更长,加氢时间更快,但一些批评人士表示,未来几年将在欧洲开设数百个加氢站,重型氢燃料汽车的行驶里程更长,加油时间更快,但一些批评人士表示,它们更高的运行成本和电池技术的持续改进将很快削弱氢燃料电池卡车目前可能拥有的任何暂时优势。氢燃料电池的支持者则表示说,由于需要大量的可再生电力,在同一地点对多辆纯电动卡车进行快速充电几乎是不可能的。

 

氢能公交&氢能列车


对于氢能燃料公交车和氢能火车的支持者来说,2023年也不是个好年头。


欧洲和美国的多家运输运营商都报告了氢能公交&火车的技术和燃料供应问题,或者得出结论,在未来使用纯电动会更便宜、更容易。


如,2022年就引入世界首条纯氢铁路的德国国家公共交通公司在2023年8月份表示,未来将选择纯电动火车,因为公司已意识到电池的运营成本更低。


同样,在2019年率先推出铰接式氢能动力公交车的法国城市表示,因四年来频繁出现故障,氢燃料费用几乎翻了一番,该市未来将选择纯电动公交车。


同时生产电动和氢动力列车的瑞士火车生产商施泰德(Stadler)在2023年8月份表示,在德国铁路运营商寻求低碳列车的技术中立招标中,纯电动应用通常会胜出,而且几乎适用于每条铁路线。


Stadler的一位高管表示,其他问题还包括氢能列车的维护比纯电动列车更复杂,而且燃料电池需平均在三年内更换。


一个德国乘客组织也抨击氢能动力列车是浪费纳税人的钱,只适用于拍昂贵的照片。


2023年6月至9月,加拿大魁北克省投入300万加元(合230万美元)对氢能动力列车进行为期三个月的试验,生产商阿尔斯通(Alstom)认为这是次成功的试验,但该试验背后的省政府自试验启动以来尚未公开发表任何评论。


一些地方政府今年增加了氢能燃料汽车车队,例如德国科隆和意大利威尼斯、博洛尼亚和费拉拉市(后三个城市明确利用疫情后的恢复资金来支付其投资)。
 

加州圣克鲁斯市在测试了一辆顶级电动巴士后,选择购买57辆氢能动力公交,称纯电动公交难以翻越城市周围的山丘,而且没有足够的电量完成路线并返回基地充电。

 

氢能航运


尽管氨经常被贴上未来航运燃料的标签,尤其是那些寻求出口大量氢衍生物的项目开发商。但今年海事部门对转向甲醇的兴趣要大得多。在船舶发动机中燃烧甲醇会产生二氧化碳,但绿色甲醇从理论上讲是一种净零排放燃料。


马士基第一艘能够使用甲醇的双燃料船“劳拉·马士基”号今年进行了首航,该公司目前还有25艘这种船的订单,将于2024交付。


管理全球航运业的联合国机构国际海事组织(International Maritime Organization)今年也更加认真地对待去碳化问题,同意在2050年前后(即接近2050年)实现国际航运业温室气体净零排放的共同目标。


但是国际海事组织关于使用氨(一种剧毒化学品)作为燃料的规定要到2024年底才会获得批准。

 

2022年11月,法国空中客车Airbus一架配备100%氢燃烧发动机的滑翔机升空,据称本次飞行是为了研究飞机的尾迹,该公司的目标是到2035年让以氢能为动力的客机升空。


虽然空客的滑翔机无法依靠自身动力起飞,但罗罗和易捷航空在2023年9月份时证明,在最大推力下,大型飞机发动机可以燃烧100%的氢气。2023年11月,罗罗的首席执行官也表示,未来15-20年内可能不会出现直接由氢能驱动的飞机,在此期间,除了由绿氢制成的合成煤油,还将使用生物质衍生的可持续航空燃料(SAF)。


氢能供暖


长期以来被分析人士嘲笑的氢能供暖,和电热泵相比,效率大幅下降,在英国失去大量的政治支持。


英国威斯敏斯特最初计划在2000个家庭试用氢供暖,但在仅有的2个拟议的试验村庄,惠特比和雷德卡,在公众的强烈反对下,在最后一刻都取消了氢能供暖。


英国部长们也宣布,氢能供暖不太可能成为主流,当时的能源大臣 Grant Shapps在2023年6月份表示,(氢能供暖)这“不太可能成为英国的前进方向”,副部长Lord Callanan在2023年11月份时承认,大规模的氢能供暖“不可能”实现。


在德国,执政政府中的两个主要政党,社会民主党和绿党,试图在备受争议的新清洁供暖法案中排除氢能,这一举措遭到交通信号联盟中的小党自由民主党的否决。双方随后达成妥协,到2035年天然气网络改用纯氢,但德国天然气网络运营商协会表示,天然气分销商不可能实现这一目标,因此公司将停止所有氢能供暖。


德国一位初级气候部长后来承诺,氢能供暖可能是清洁供暖最为昂贵的选择,德国会议上院委员会联邦参议院(Bundesrat) 试图修改法案,禁止使用氢能来为建筑物供暖,这举动并未获得成功。


重要的是,得出氢能不会在供暖过程中发挥重要的作用的独立研究的数量现已上升到54个。


但今年,对于氢能供暖的支持者来说,还是有一些好消息。2023年1月,韩国公布打造6个氢能城市计划,这些城市将利用氢气为建筑物供暖。


2023年7月,荷兰小城Stad aan ' t Haringvliet投票赞成将基于天然气的供暖系统转换为由多余的风能和太阳能产生的绿氢,并提供补贴来弥补成本差异。


绿色钢铁


在炼钢过程中,从铁矿石中提取铁这个重要环节,需要绿氢来脱碳。炼钢目前依靠炼焦煤同时提供高温热量和从氧化铁矿石中化学除去氧气的方法(氧气与焦炭中的碳反应生成二氧化碳)。绿氢也可以进行同样的过程。 钢铁行业的二氧化碳排放量占全球的7%-11%,钢铁也是能源转型的重要材料,风力涡轮机、电力塔、甚至电解槽都主要由这种合金制成。钢铁在许多国家都是庞大的行业,政治家们一直热衷于支持本国钢铁行业,同时希望钢铁行业脱碳。


在灰钢厂向绿钢厂转变的过程中南有要更换现有设备,生产绿钢需要大量前期投资,以及更高的持续成本。所以这需要政府向企业提供数十亿美元的补贴。


2023年12月,欧盟批准德国政府26亿欧元的拨款,用于斯塔尔控股萨尔(Stahl-Holding-Saar, SHS)旗下现有钢铁厂的脱碳。


2023年7月,欧盟批准德国政府向钢铁制造商蒂森克虏伯(Thyssenkrupp)提供20亿欧元国家援助,用于在蒂森克虏伯位于杜伊斯堡(Duisburg)的大型工厂新建一座氢能工厂。


2023年12月,欧盟创新基金(Innovation Fund)向瑞典北部的H2 Green Steel提供7亿欧元资金。


2023年夏,欧盟批准法国和比利时政府分别向总部位于卢森堡的钢铁巨头安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)提供2.8亿欧元和8.5亿欧元的国家补贴。


2023年4月,德国钢铁制造商Salzgitter表示,在获得近10亿欧元补贴(其中7亿欧元来自德国政府,3亿欧元来自下萨克森州地方政府)后,将在2025年底前开始将所有生产设施改造为绿氢电弧炉和电弧炉。


2023年在全球其他地方,非洲纳米比亚、阿拉伯联合酋长国和阿曼开始建设首批绿色钢铁厂。


开发商、政界人士和投资者对绿色钢铁如此感兴趣的原因之一是,绿色钢铁增加的成本更容易被产品吸收。
 

例如,将一辆汽车的灰钢换成绿色钢,只会增加该车型的价格300欧元,这对一款价格数万欧元的产品来说,这点成本可忽略不计。H2 Green Steel已与包括保时捷在内的多家汽车公司签订了有约束力的供应合同,瑞典钢铁公司SSAB将从2026年开始向卡车制造商斯堪尼亚供应绿色钢铁。


在世界部分地区用廉价的绿氢生产绿色钢铁,然后出口钢铁铁(而不是氢气)的想法越来越受欢迎。


纳米比亚的Oshivela绿色铁厂正计划这样做;乌拉圭新的国家氢能战略包括出口直接还原铁(DRI)的前景;澳大利亚的Liberty Steel正计划出口直接还原铁;美国电解槽制造商Plug Power已在芬兰提出了一个1GW的绿氢项目,该项目将出口直接还原铁,而不是氢气或氨。


用氢生产化肥和化学品


使用灰氢作为其产品基石的化肥和化工公司显然是使用绿色氢气的起点,因为它们没有其他可能的脱碳途径。


化肥生产商和化工公司显然是绿氢的用户,因为它们没其它可能的脱碳途径。我们需要化肥来生产粮食,至少在短期内,这一领域可以说是可再生氢最重要的最终途径。


但化肥和化工企业大多不愿做出这种转变。部分原因是绿氢价格太高,这将推高他们的产品成本,并使食品价格上涨到客户不愿意支付的水平,还有部分原因是担心被锁定在长期合同中。因可再生氢成本有望下降,召集签署的任何绿氢供应协议价格在未来都有可能下降。


但化肥制造商Fertiberia, Yara和OCI在2023年1月份成为Rystad Energy世界前九大清洁氢承购方。


传统炼油厂用氢


2023年9月,法国石油巨头道达尔能源发起了一项大规模招标,每年采购50万吨绿氢,取代目前在欧洲炼油厂使用的所有灰氢。这将需要约5GW的电解槽和10GW的专用可再生能源,投资约140亿欧元。


葡萄牙石油和天然气公司Galp对其位于Sines的炼油厂的100MW绿氢项目做出最终投资决定(FID),该炼油厂是葡萄牙最大的化石天然气生产的灰氢的消费者。
鹿特丹港的两个蓝氢项目都将在炼油过程中使用氢气。


壳牌的六笔氢气购买交易将取代现有炼油厂使用的灰氢,其中最值得注意的项目是这家石油巨头在鹿特丹的荷兰1号氢气工厂,该工厂将利用海上风能生产绿氢。2022年7月,壳牌对该200MW的工厂做出了最终投资决定,计划于2025年开始运营。


日本和韩国


日本和韩国认为他们需计划进口大量清洁氢或衍生物,用于发电、运输和供暖的燃料。


这两个国家人口稠密,大型风能或太阳能发电场的可用土地很少,而地理上又相互隔离,这将使两国从其他地方进口清洁电力变得昂贵和困难。


这两个国家最近的邻居互为朝鲜、中国和俄罗斯,日本和韩国无法依赖它们的邻居提供清洁能源,以满足日本和韩国能源短缺型经济。


海上风电可能是两国清洁能源供应的最佳选择,但两国在这方面都进展缓慢。SK Ecoplant高级执行官Woojin Jang最近表示,要在韩国建造大量的海上风电还需很多年,韩国仍需要进口大量氢气。

 

来源:HydrogenInsight
 

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