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氫被認(rèn)為是眾多關(guān)鍵技術(shù)之一，將會(huì)給整個(gè)工業(yè)和社會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)綠色能源革命。盡管氫可以帶來(lái)許多好處，但綠色氫被業(yè)內(nèi)許多人視為最終目標(biāo)，通過(guò)可再生能源產(chǎn)生，并被視為最清潔的變體。
盡管如此，氫構(gòu)成了大量不同的技術(shù)，值得探索，以消除許多難以消除的部門(mén)的碳排放。與電池不同，氫仍然是一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，因此整個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新持續(xù)飆升。
當(dāng)與可再生能源結(jié)合時(shí)，電解器被認(rèn)為是產(chǎn)生綠色氫的關(guān)鍵技術(shù)。該過(guò)程將水轉(zhuǎn)化為氫和氧分子，不僅為創(chuàng)造清潔能源載體提供了基礎(chǔ)，還為氧提供了基礎(chǔ)，氧可用于許多其他目的，如醫(yī)療領(lǐng)域。
然而，整個(gè)行業(yè)的人以及那些將氫作為現(xiàn)在而不僅僅是未來(lái)的潛在能源載體的人不斷提出一個(gè)問(wèn)題——我們做了足夠的工作來(lái)支持它的生產(chǎn)和集成嗎？
未來(lái)電解槽容量
根據(jù)國(guó)際能源署氫項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)2021，全球氫需求持續(xù)飆升到2030年，全球裝機(jī)容量將達(dá)到54GW。盡管如此，國(guó)際能源署還認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)我們的氣候目標(biāo)，每年需要消耗2.2億噸氫。
很明顯，氫氣產(chǎn)量需要增加，生產(chǎn)技術(shù)的規(guī)模也需要進(jìn)一步提高，以確保滿足脫碳社會(huì)所需的數(shù)量，并創(chuàng)造可信的氫氣市場(chǎng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須克服幾個(gè)關(guān)鍵障礙，以幫助氫氣發(fā)揮其潛力，并作為未來(lái)的關(guān)鍵燃料支持氣候目標(biāo)。
歐盟（EU）非常重視開(kāi)發(fā)電解技術(shù)，以此作為一種手段，不僅在歐洲，而且在全球范圍內(nèi)成為支持脫碳的氫氣技術(shù)的發(fā)電站。
可再生氫聯(lián)盟（Renewable Hydrogen Coalition）的影響主管弗朗索瓦·帕凱（Fran ois Hollande）認(rèn)識(shí)到電解器和氫在減少歐盟碳排放方面的重要作用。帕凱說(shuō)：這項(xiàng)技術(shù)將進(jìn)一步改進(jìn)，很明顯，這是歐盟設(shè)定的目標(biāo)，將確保我們?cè)诘孛嫔喜渴鸶嗟碾娊獠郏@將事實(shí)上帶來(lái)制造所需的規(guī)模，降低成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。眼下值得關(guān)注的是能源價(jià)格的動(dòng)態(tài)。
我認(rèn)為最近的天然氣危機(jī)對(duì)今天關(guān)注氫氣的投資者來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的警告。這顯然改變了成本的動(dòng)態(tài)。我提到關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是成本。
“與藍(lán)氫相比，生產(chǎn)可再生氫的成本首次變得更低，這是因?yàn)樗{(lán)氫和天然氣的內(nèi)在現(xiàn)實(shí)。”
隨著綠色氫的成本與藍(lán)色氫持平，它可能會(huì)推動(dòng)電解槽的規(guī)?；l(fā)展，以便為市場(chǎng)創(chuàng)造更多的綠色氫。讓更多的可再生氫進(jìn)入能源市場(chǎng)可以被視為擴(kuò)大電解槽制造規(guī)模的一種手段，然而，有幾個(gè)關(guān)鍵因素限制了這一點(diǎn)。
電解結(jié)垢的主要障礙
電解技術(shù)規(guī)?；淖畲笳系K之一是制造PEM和AEM電解槽的成本。這些技術(shù)主要需要稀有、昂貴的材料如鉑和銥來(lái)制造催化劑，然而這些在擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模方面提供了顯著的瓶頸。
根據(jù)一份摘錄國(guó)際氫能雜志，銥（Ir）是地球上最稀缺的元素之一，在地殼中的含量很低，僅為百萬(wàn)分之0.000003(ppm)，南非、俄羅斯、美國(guó)、津巴布韋和加拿大都是這種關(guān)鍵電解材料最集中的地理位置。
當(dāng)涉及到采購(gòu)鉑，它變得顯而易見(jiàn)，因?yàn)榇蟛糠蛛娊獬杀緛?lái)自哪里。與銥非常相似，鉑被認(rèn)為是電解系統(tǒng)運(yùn)行所需的稀有且昂貴的資源。
圍繞這些材料的使用及其在地理上的可獲得性已經(jīng)提出了幾個(gè)疑問(wèn)全球綠色轉(zhuǎn)型中的鉑需求和潛在瓶頸：動(dòng)態(tài)物質(zhì)流分析journal解釋說(shuō)，這樣的轉(zhuǎn)變需要大量關(guān)鍵和貴金屬，如稀土元素（REEs)、鋰、鈷和鉑族金屬（PGMs）等。
“由于這些關(guān)鍵材料的高度集中的地理分布，缺乏有效的替代品，以及一些生產(chǎn)國(guó)的政治不穩(wěn)定，這導(dǎo)致了大規(guī)模實(shí)施這些技術(shù)的資源可用性問(wèn)題?！?/span>
這可能會(huì)給未來(lái)的氫工業(yè)帶來(lái)重大障礙，因?yàn)樵S多燃料電池和電解系統(tǒng)需要鉑來(lái)運(yùn)行。
然而，積極的一面是，隨著未來(lái)幾年內(nèi)內(nèi)燃機(jī)的禁用，這里的鉑可以回收，隨著鉑需求和庫(kù)存在未來(lái)幾十年內(nèi)繼續(xù)增加，鉑廢料預(yù)計(jì)將變得更容易獲得，如我們的情景所示，這表明回收的機(jī)會(huì)越來(lái)越多，特別是在歐洲和美國(guó)等工業(yè)化國(guó)家。
“回收的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是環(huán)境效益，因?yàn)榛厥浙K的排放強(qiáng)度大大低于初級(jí)生產(chǎn)?！?/span>
為了克服這一障礙，電解槽制造商必須研究和開(kāi)發(fā)可用于電解槽的新的廉價(jià)材料。如果不這樣做，電解槽制造將繼續(xù)保持高價(jià)產(chǎn)品，并可能因?yàn)檫@些過(guò)高的價(jià)格而失去潛在的項(xiàng)目和客戶(hù)。當(dāng)然，隨之而來(lái)的是對(duì)R&D努力開(kāi)發(fā)這些部件和技術(shù)的大量投資。
另一個(gè)因素是水資源的使用，這個(gè)因素經(jīng)常被從事電解和氫本身業(yè)務(wù)的人所反對(duì)。我們稍后將回到這一點(diǎn)…
位置
結(jié)合稀有材料來(lái)源、水和可再生資源的可獲得性以及電解槽容量的潛在擴(kuò)大的任何考慮，是位置的問(wèn)題。如果目標(biāo)是真正的綠色氫，這是恰當(dāng)?shù)摹?/span>
電解槽提供了一種分散能源生產(chǎn)和加速向綠色未來(lái)過(guò)渡的方法。雖然被認(rèn)為是一種關(guān)鍵的零排放燃料，但必須指出，這不是實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的唯一因素，但它可以補(bǔ)充當(dāng)代清潔技術(shù)，如可再生電力和電池，以保持能源水平。
NREL材料科學(xué)高級(jí)研究員Bryan Pivovar博士告訴H2觀點(diǎn)，電解槽不能直接接入電網(wǎng)，因?yàn)樗赡軣o(wú)法達(dá)到真正綠色氫氣生產(chǎn)的認(rèn)證。
利用可再生能源生產(chǎn)氫氣的主要地區(qū)
考慮到這一點(diǎn)，電解槽活動(dòng)的當(dāng)前熱點(diǎn)在哪里，未來(lái)幾年自然熱點(diǎn)會(huì)在哪里？
許多國(guó)家認(rèn)識(shí)到氫社會(huì)和可再生能源矩陣的價(jià)值，使其成為真正的綠色能源，并一直在加快自己的氫路線圖和電解產(chǎn)能計(jì)劃。
根據(jù)國(guó)際能源署的研究，加拿大在安裝電解槽容量方面處于領(lǐng)先地位?？紤]到這一點(diǎn)，并有數(shù)據(jù)支持這一點(diǎn)，它可以看到加拿大成為電解設(shè)備制造的關(guān)鍵地區(qū)。
然而，加拿大并不是電解槽制造能力顯著增長(zhǎng)的唯一地區(qū)。排名第二的地區(qū)是中國(guó)和歐洲，這兩個(gè)地方被許多人歸類(lèi)為建設(shè)氫經(jīng)濟(jì)的中心地區(qū)。
電解項(xiàng)目和實(shí)際上的玩家繼續(xù)進(jìn)入市場(chǎng)，并繼續(xù)前進(jìn)。根據(jù)國(guó)際能源署的氫項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，隨著所有項(xiàng)目的規(guī)劃，到2030年，全球安裝的電解槽容量將達(dá)到54GW。盡管2020年運(yùn)營(yíng)或在建項(xiàng)目減少了約25%，這可能是Covid疫情的結(jié)果。
全球已安裝電解槽產(chǎn)能的最大份額（超過(guò)40%）在歐洲，其次是加拿大和中國(guó)。2022年，近一半在建項(xiàng)目在歐洲。
當(dāng)我們查看當(dāng)前和未來(lái)電解槽產(chǎn)能的細(xì)分時(shí)，很明顯，從2017年到2021年，全球產(chǎn)能由堿性電解槽主導(dǎo)，這可能并不奇怪，因?yàn)樗鼈兊馁Y本成本較低，并且不需要貴金屬。
但是，全球哪些地區(qū)擁有生產(chǎn)低成本氫氣的巨大潛力呢？
根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)對(duì)混合太陽(yáng)能光伏發(fā)電和陸上風(fēng)能系統(tǒng)氫成本的長(zhǎng)期研究全球有幾個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)最有希望通過(guò)電解生產(chǎn)氫氣。
根據(jù)上圖，很明顯，太陽(yáng)能和陸上風(fēng)能電解生產(chǎn)有幾個(gè)地區(qū)熱點(diǎn)，最顯著的是中東、非洲、中國(guó)、澳大利亞和南美洲。
非洲、中東和澳大利亞顯然具有利用太陽(yáng)輻射的巨大潛力，可以引導(dǎo)和利用太陽(yáng)輻射為電解系統(tǒng)提供可再生電力。毫不奇怪，中東和澳大利亞是電解產(chǎn)能（和規(guī)劃項(xiàng)目）排名最高的國(guó)家之一。
與陸上風(fēng)力發(fā)電能力相比，南美洲的智利西海岸是綠色氫生產(chǎn)最集中的地方之一。毫不奇怪，包括ENGIE和保時(shí)捷在內(nèi)的許多公司都在該地區(qū)開(kāi)發(fā)氫氣項(xiàng)目，該地區(qū)往往會(huì)成為全球氫氣的主要出口地之一。
智利已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了它的潛力，并制定了一個(gè)氫氣路線圖，旨在使該國(guó)成為一個(gè)綠色的氫氣出口大國(guó)，這一切都是通過(guò)使用電解和風(fēng)能實(shí)現(xiàn)的。
在談到這一點(diǎn)時(shí)，國(guó)際貿(mào)易署（International Trade Administration）對(duì)智利表示，“該部預(yù)計(jì)，到2040年，智利每年可以生產(chǎn)高達(dá)1.6億噸的綠色氫，并成為領(lǐng)先的低成本出口國(guó)，屆時(shí)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)價(jià)值估計(jì)將達(dá)到330億美元，其中包括240億美元的出口?！?/span>
缺水及其對(duì)制氫的影響
然而，這些雄心壯志都可能被電解過(guò)程中必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素危及：水。
為了從電解中制造氫，你需要水，因此更大的項(xiàng)目需要更多的水來(lái)以具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的水平生產(chǎn)足夠量的綠色氫。這是H2觀點(diǎn)的一個(gè)長(zhǎng)期熱門(mén)話題，一波又一波的問(wèn)題經(jīng)常涉及綠色氫對(duì)全球有限水資源的影響。在接下來(lái)的幾周里，我們將為讀者帶來(lái)對(duì)水資源挑戰(zhàn)的深入探索。
根據(jù)雷斯塔能源公司的研究，世界上70%的當(dāng)前和計(jì)劃中的氫項(xiàng)目位于極度缺水地區(qū)，這可能不利于其長(zhǎng)期成功。
由于大部分計(jì)劃項(xiàng)目都位于水供應(yīng)不足的地區(qū)，Rystad建議需要建立一個(gè)額外的海水淡化市場(chǎng)來(lái)生產(chǎn)這些項(xiàng)目所需的6 . 2億立方米水中的大部分。
目前管道項(xiàng)目的目標(biāo)是到2040年每年生產(chǎn)約3000萬(wàn)噸氫氣，每年需要620立方米的純凈水。隨著未來(lái)幾年人口的增長(zhǎng)，水的供應(yīng)可能會(huì)成為一個(gè)關(guān)鍵市場(chǎng)，并可能大幅提高綠色氫的價(jià)格。
在極度缺水的地區(qū)，特別是在可再生能源潛力高的地區(qū)，如智利、非洲和中東，正在開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目越來(lái)越多，這就提出了一個(gè)問(wèn)題，即未來(lái)的研發(fā)是應(yīng)該專(zhuān)注于生產(chǎn)更多的電解系統(tǒng)，還是應(yīng)該專(zhuān)注于最大限度地提高電解過(guò)程中的氫氣產(chǎn)量？
一些公司已經(jīng)轉(zhuǎn)移了他們的重點(diǎn)來(lái)做這件事。電解仍然是一項(xiàng)年輕的技術(shù)，因此創(chuàng)新是可以實(shí)現(xiàn)的，2030年電解系統(tǒng)變得比現(xiàn)在更加有效也不是不可能的。
最近幾個(gè)月，DNV、斯莫爾特克和太陽(yáng)等公司也在努力創(chuàng)造更高效的電解系統(tǒng)，這可能會(huì)成為通過(guò)電解擴(kuò)大綠色氫氣生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)鍵推動(dòng)者。
但是這怎么抵消呢？答案可能是通過(guò)使用海水電解。綠色氫系統(tǒng)的首席技術(shù)官Kasper Tipsmark在本月（2月）的H2觀點(diǎn)的電解槽特別網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上談到了它的潛力和它可以在哪里實(shí)施。
Tipsmark說(shuō)：如果我們考慮水資源匱乏的地區(qū)，通常是在氣候相當(dāng)溫暖的地區(qū)。這意味著，如果你離海洋不太遠(yuǎn)，你將不得不利用電解產(chǎn)生的多余熱量來(lái)淡化海水。
“你的過(guò)剩量和生產(chǎn)水所需的能量之間有很好的相關(guān)性。你是獨(dú)一無(wú)二的，當(dāng)然，如果電解變得更加有效，這種情況在未來(lái)可能會(huì)改變。”
顯然，水資源短缺的問(wèn)題可以通過(guò)使用海水電解來(lái)解決，但是，除了其在工業(yè)應(yīng)用中的潛力之外，這在很大程度上取決于該技術(shù)的效率。
這重申了電解槽向前發(fā)展的一個(gè)主要討論點(diǎn)。系統(tǒng)的效率應(yīng)該優(yōu)化而不是制造更多嗎？
我們走得夠快嗎？
規(guī)模業(yè)務(wù)顯然是一個(gè)需要進(jìn)一步思考和考慮的難題，但最后，讓我們回到最初的問(wèn)題——我們?cè)陔娊獠垌?xiàng)目和產(chǎn)能方面的進(jìn)展夠快嗎？
卡斯帕·蒂普斯馬克相信是這樣的，同時(shí)也承認(rèn)，在氣候變化的滴答作響的時(shí)鐘面前，沒(méi)有什么事情會(huì)足夠快…
“我認(rèn)為，如果在八年的時(shí)間里，我們看到我們有54GW的電解裝機(jī)容量，我會(huì)說(shuō)我們?cè)诮ㄔO(shè)電解方面做得非常好，”Tipsmark說(shuō)。
首先，我們都需要建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，我們需要擴(kuò)大需求。我們需要建立價(jià)值鏈。我們需要建立工業(yè)和制造業(yè)。就此而言，我們需要在整個(gè)歐洲和世界范圍內(nèi)建立這樣的供應(yīng)商供應(yīng)鏈。
“如果我們?cè)?4GW上取得了成功，這將是短短八年內(nèi)的巨大成就?！?/span>
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