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在一个碳排放受限的世界里,氢的经济学
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大卫·坎宁安
主要投资经理

当前的COVID-19危机为能源部门及其如何应对未来需求提供了一个视角. 在全球能源模式的转型中,氢可以发挥作用 能提供世界20%的二氧化碳吗2 到2050年所需的减少量然而,这一角色在未来经济中的规模将取决于其经济生存能力.

以前, 我的同事们一直在分享关于氢的潜力及其对全球能源转型的贡献乐虎游戏. 艾伦·莫蒂默 讨论了其清洁能源资质奥马尔·贝达尼提出了挑战 扩大氢气生产之后,亚当·弗鲁(Adam Frew)提出了如何做到这一点的观点 在交通运输领域补充更可持续的燃料组合.

现在我想从经济的角度来看待关于氢的炒作.

氢的需求

氢已经是全球经济环境的重要组成部分, 主要用于天然气的脱硫,更重要的是,用于化肥的生产.  因此,养活世界不断增长的人口将是未来几年氢需求的一个重要来源.

目前,全球粮食生产依赖于蒸汽甲烷重整(SMR)来生产氢,然后与氮结合,生产用于化肥的氨. 然而, SMR具有高碳强度,因此氢气生产约占当今全球温室气体排放的3%.

预计到2050年世界人口将增长20亿 将意味着 到2050年,对氨的需求可能会翻倍 但全球碳减排目标将意味着这一点 生产方法本身必须脱碳.

氢的需求

绿色氢的成本

到2030年,氢乐虎游戏的成本预计将下降50%, 但是,尝试和估计绿色氢的长期价格是一个复杂的过程。绿色氢是指通过电解水生产的无排放的氢,可以由可再生能源提供电力. 目前,绿色氢市场的特点是部署率低, 不到140兆瓦. 然而, 小规模项目正显示出可行性的证据,并可减轻未来碳价格的变化,这将影响到与碳排放有关的整个项目成本.

如果我们假设电解槽容量可以按比例增加, 很有可能用绿色氢来生产氨,成本至少是SMR制氨的两倍. 与目前的绿色氢燃料相比,燃烧天然气的成本仍然具有竞争力. SMR制氢可扩展到非常大的容量,并具有非常有竞争力的投资成本, 但它受到处置或使用捕获的一氧化碳的挑战2. 显然与创新, 规模经济和学习率的成本差异将随着时间的推移而压缩.

如果我们再看看可再生能源市场的一些基本面, prices continue to drop and power generation capacity is up; wind turbine manufacturing, 太阳能(多晶硅)和电池存储(手持设备)受益于已建立的供应链,这有助于快速降低可再生能源和电池存储系统的成本. 不幸的是,电解槽和燃料电池技术不能从类似的发展中受益. 因此,相比之下,降低氢成本的步伐可能会更慢.

绿色氢的关键潜在市场

氢生产的最初重点将是向化肥市场供应的氨脱碳. 很少有证据表明有替代产品能大规模地取代氢来生产化肥. 因此, 缺乏低成本的替代品, 用于食品生产的氨水的出价应该高于电力供应的价格, 运输燃料或加热要求. 很有可能,绿色氢气最终将成为氨气的第一个市场采用者.

尽管如此, 在技术上难以脱碳的经济领域,清洁氢在能源应用中的作用更为积极. 工业加热过程约占全球温室气体排放量的五分之一. 消除这些排放对于实现2050年净零排放目标至关重要.

氢的需求

在工业供热部门,钢铁和水泥的生产需要最高温度. 用煤给煤高炉炼钢的成本大约是使用可再生动力氢气厂炼钢成本的一半. 如果我们考虑天然气,与绿色氢的差距缩小到35%左右.

随着食品, 纸和铝需要较低的温度, 在这些分部门,可以安装电弧炉代替化石燃料供应系统. 电通过烤箱顶部的巨大电极传递,形成弧线.  他们往往更有效率,并使用电力作为他们的能源, 同时也避免了能源密集型的电解过程中明显的水电解分裂水生产氢.

到目前为止, 很少有证据表明液化氢的贸易或运输接近商业可行性. 这种市场动态很可能会持续几十年,因为氢生产有利于本地生产和成本效率带来的地区.

电网是一个有潜力的市场吗? 在全球市场上,可再生能源的成本降低了传统发电的成本, 间歇性可再生能源水平的提高将不可避免地提高平衡电网的成本. 在电网需要能源的需求时期, 氢气可以用来确保所需电力的正确数量. 这将取决于它与水电等其他替代能源组合的竞争力, 热存储, 电动汽车, 电池存储和内部连接器(能源在电力和天然气网络之间流动).

氢的市场机遇将取决于它与可再生氢市场的竞争力. 在碳排放日益受限的全球市场中,最难脱碳和对价格变化不太敏感的行业将成为绿色制氢的关键目标市场. 最初, 这很可能有利于无碳氨的生产,以支持日益增长的人口的粮食生产,而不是能源部门.

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