能源是人類活動的物質基礎,而隨著應對氣候變化、實現(xiàn)碳中和的目標逐步成為全球共識,人類對于能源的需求和利用方式也有了新的變化。
2015年12月,《巴黎氣候協(xié)定》正式簽署,核心目標是將全球氣溫上升控制在遠低于工業(yè)革命前水平的2攝氏度以內,并努力控制在1.5攝氏度以內。
根據(jù)相關統(tǒng)計,全球溫室氣體排放量的73%源于能源消耗。為了實現(xiàn)《巴黎氣候協(xié)定》的目標,全球能源體系必須進行深刻轉型,即從主要以化石燃料為基礎的能源體系,轉變?yōu)楦咝?、可再生的低碳能源體系。
氫能由于其在釋放過程中的零碳排放以及靈活便利的儲運方式,在改變人類能源體系方面被寄予了厚望。
氫能為什么受到青睞?
氫是宇宙中最為豐富的元素,氫能則是由氫元素在物理與化學變化過程中釋放的能量。
作為能源,氫能有著極具競爭力的優(yōu)勢:
?、? 生態(tài)友好
與傳統(tǒng)的化石燃料不同,氫氣和氧氣可以通過燃燒產(chǎn)生熱能,也可以通過燃料電池轉化成電能。而在氫轉化為電和熱的過程中,只產(chǎn)生水,并不產(chǎn)生溫室氣體或細粉塵。
?、? 利用高效
氫氣不僅來源廣泛,還具有導熱良好、清潔無毒和單位質量熱量高等優(yōu)點。相同質量下的氫所含熱量約是汽油的3倍,是石油化工重要原料和航天火箭動力燃料。
?、? 儲運方式靈活便利
與化石燃料不同,氫能是二次能源,可以通過分解天然氣、石油、煤和水來制造。而除了氣態(tài),氫氣還能以液態(tài)或固態(tài)氫化物出現(xiàn)。在-263℃液化時,氫的體積會減少到原來的1/800,在高壓罐中壓縮后,便于儲存和運輸。
綜合眾多優(yōu)勢,氫能獲得了廣泛青睞。根據(jù)國際氫能委員會與麥肯錫聯(lián)合發(fā)布的報告,目前已有30多個國家和地區(qū)發(fā)布了氫能發(fā)展路線圖,到2030年,全球在氫能項目上的投資將達到3000億美元。
氫的分類
雖然氫能是清潔的二次能源,在釋放能量的過程中沒有碳排放,但目前生產(chǎn)氫能的過程卻并不是百分之百“零碳”。
氫元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中,而氫能作為一種二次能源,需要通過制氫技術進行“提取”。目前,現(xiàn)有制氫技術大多依賴化石能源,無法避免碳排放。而根據(jù)氫能生產(chǎn)來源和生產(chǎn)過程中的排放情況,人們將氫能分別命名為藍氫和綠氫。
⑴. 藍氫
藍氫是將天然氣通過蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制成。雖然天然氣也屬于化石燃料,在生產(chǎn)藍氫時也會產(chǎn)生溫室氣體,但由于使用了碳捕捉、利用與儲存(CCUS)等先進技術,溫室氣體被捕獲,減輕了對地球環(huán)境的影響,實現(xiàn)了低排放生產(chǎn)。
⑵. 綠氫
綠氫是通過使用再生能源(例如太陽能、風能等)制造的氫氣,例如通過可再生能源發(fā)電進行電解水制氫,在生產(chǎn)綠氫的過程中,完全沒有碳排放。
綠氫是氫能利用的理想形態(tài),但受到目前技術及制造成本的限制,綠氫實現(xiàn)大規(guī)模應用還需要時間。
當前,關于氫能利用的各環(huán)節(jié)研究正在如火如荼地展開,各國也在加緊攻關制氫的技術難題。隨著氫能生產(chǎn)和儲運技術規(guī)模的不斷改進,氫能成本還會有很大的下降空間。
有研究表明,預計到2030年,氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體成本將下降一半。氫能,已經(jīng)成為未來產(chǎn)業(yè)的重要領域。
本報告數(shù)據(jù)是根據(jù)《Statistical Review of World Energy 2024(世界能源統(tǒng)計綜述2024)》。SRWE是《Statistical Review of World Energy(世界能源統(tǒng)計綜述)》的縮寫。
世界各地區(qū)蘭氫和綠氫的產(chǎn)量(單位:百萬噸)
縱觀全球2023年氫氣生產(chǎn)仍然以從化石燃料制氫“蘭氫”為主,占96.9%,而從再生能源制氫“綠氫”為輔,僅占3.1%,再生能源制氫是發(fā)展方向,但中南美洲、獨聯(lián)體、非洲等地區(qū)的蘭氫沒有行動;獨聯(lián)體、中東和非洲的“綠氫”也沒有行動。
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