能源是人类活动的物质基础,而随着应对气候变化、实现碳中和的目标逐步成为全球共识,人类对于能源的需求和利用方式也有了新的变化。
2015年12月,《巴黎气候协定》正式签署,核心目标是将全球气温上升控制在远低于工业革命前水平的2摄氏度以内,并努力控制在1.5摄氏度以内。
根据相关统计,全球温室气体排放量的73%源于能源消耗。为了实现《巴黎气候协定》的目标,全球能源体系必须进行深刻转型,即从主要以化石燃料为基础的能源体系,转变为高效、可再生的低碳能源体系。
氢能由于其在释放过程中的零碳排放以及灵活便利的储运方式,在改变人类能源体系方面被寄予了厚望。
氢能为什么受到青睐?
氢是宇宙中最为丰富的元素,氢能则是由氢元素在物理与化学变化过程中释放的能量。
作为能源,氢能有着极具竞争力的优势:
⑴. 生态友好
与传统的化石燃料不同,氢气和氧气可以通过燃烧产生热能,也可以通过燃料电池转化成电能。而在氢转化为电和热的过程中,只产生水,并不产生温室气体或细粉尘。
⑵. 利用高效
氢气不仅来源广泛,还具有导热良好、清洁无毒和单位质量热量高等优点。相同质量下的氢所含热量约是汽油的3倍,是石油化工重要原料和航天火箭动力燃料。
⑶. 储运方式灵活便利
与化石燃料不同,氢能是二次能源,可以通过分解天然气、石油、煤和水来制造。而除了气态,氢气还能以液态或固态氢化物出现。在-263℃液化时,氢的体积会减少到原来的1/800,在高压罐中压缩后,便于储存和运输。
综合众多优势,氢能获得了广泛青睐。根据国际氢能委员会与麦肯锡联合发布的报告,目前已有30多个国家和地区发布了氢能发展路线图,到2030年,全球在氢能项目上的投资将达到3000亿美元。
氢的分类
虽然氢能是清洁的二次能源,在释放能量的过程中没有碳排放,但目前生产氢能的过程却并不是百分之百“零碳”。
氢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,而氢能作为一种二次能源,需要通过制氢技术进行“提取”。目前,现有制氢技术大多依赖化石能源,无法避免碳排放。而根据氢能生产来源和生产过程中的排放情况,人们将氢能分别命名为蓝氢和绿氢。
⑴. 蓝氢
蓝氢是将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成。虽然天然气也属于化石燃料,在生产蓝氢时也会产生温室气体,但由于使用了碳捕捉、利用与储存(CCUS)等先进技术,温室气体被捕获,减轻了对地球环境的影响,实现了低排放生产。
⑵. 绿氢
绿氢是通过使用再生能源(例如太阳能、风能等)制造的氢气,例如通过可再生能源发电进行电解水制氢,在生产绿氢的过程中,完全没有碳排放。
绿氢是氢能利用的理想形态,但受到目前技术及制造成本的限制,绿氢实现大规模应用还需要时间。
当前,关于氢能利用的各环节研究正在如火如荼地展开,各国也在加紧攻关制氢的技术难题。随着氢能生产和储运技术规模的不断改进,氢能成本还会有很大的下降空间。
有研究表明,预计到2030年,氢能产业链整体成本将下降一半。氢能,已经成为未来产业的重要领域。
本报告数据是根据《Statistical Review of World Energy 2024(世界能源统计综述2024)》。SRWE是《Statistical Review of World Energy(世界能源统计综述)》的缩写。
世界各地区兰氢和绿氢的产量(单位:百万吨)
纵观全球2023年氢气生产仍然以从化石燃料制氢“兰氢”为主,占96.9%,而从再生能源制氢“绿氢”为辅,仅占3.1%,再生能源制氢是发展方向,但中南美洲、独联体、非洲等地区的兰氢没有行动;独联体、中东和非洲的“绿氢”也没有行动。
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