氢气:电动汽车的下一波浪潮?

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消息,但燃料电池正在发展势头 - 有充分的理由。氢可以在可再生能源系统和未来的流动性中发挥重要作用。

在2015年巴黎COP21会议上,195个国家同意将全球变暖控制在2摄氏度的工业化前水平以下。为实现这一目标,即使人口增长超过20亿,到2050年,世界仍需要将与能源相关的二氧化碳(CO2)排放量减少60%。这需要我们的能源系统发生巨大变化:能源效率的显着提高,向可再生能源和低碳能源载体的过渡,以及工业捕获,储存或再利用剩余化石燃料所产生的二氧化碳排放率的增加。

“巴黎协定”签署两年后,在波恩举行的COP23会议上,氢气理事会(由汽车,石油和天然气,工业气体和设备行业的18家公司组成的联盟)提出氢气如何有助于实现雄心勃勃的气候目标。视力。它认为氢气是向可再生能源系统过渡的催化剂,是一种广泛使用的清洁能源载体。如果认真努力将全球变暖限制在2度,理事会估计,到2050年,氢气可能占减排总量的五分之一左右。如果政策制定者,行业和投资者加紧努力加速低碳技术的部署,这一愿景是雄心勃勃的,但也是可行的。

氢可以在能量转换中发挥七大作用

氢是一种多功能的能量载体,可以低碳足迹生产。它可以在能源转换中发挥七个主要作用,从能源系统的骨干到最终用途的脱碳(图1):

加强可再生能源系统(1-3)。通过提供长期储能,氢气可以实现可再生能源大规模集成到能源系统中。它允许能量分布在不同地区和季节,并可用作缓冲,以提高能源系统的弹性。

运输部门脱碳(4)。今天的运输部门几乎完全依赖化石燃料,产生的二氧化碳排放量超过20%。氢气车辆提供高性能和快速加油时间的便利,补充电池电动车辆并在运输部门实现广泛的脱碳。

工业能源使用侧面脱碳(5)。在重工业中,氢可以帮助使难以通电的工艺脱碳,特别是那些需要高热量的工艺。氢还可以用于热电联产工厂以产生工业热和电。

建筑热电脱碳(6)。在拥有现有天然气网络的地区,氢气可依赖现有的基础设施,并提供经济有效的加热和脱碳方法。

为行业提供清洁材料(7)。目前,用作工业原料的氢气量 - 每年超过5500万吨 - 可以完全脱碳。氢还可用于生产清洁化学品和钢,作为具有捕获的碳的化学原料和作为铁矿石的还原剂。

图1氢能在能量转换中的七个作用

氢在运输部门中的作用反映在整个系统的愿景中

如上所述,氢在能源系统中具有广泛的应用(图2),其中最重要的是氢运输部门的脱碳。在氢能委员会的愿景中,氢气被大量部署以将全球变暖限制在2度,全球氢能需求增长的三分之一可能来自运输部门。到2050年,该委员会成员认为,氢动力燃料电池汽车可占车辆总数的20%,约4亿辆汽车,1500万至2000万辆卡车和约500万辆公共汽车。在他们的愿景中,氢将在较重和偏远的区域发挥更大的作用,因此,由于这些区域行进的距离更长,燃料效率更低,氢气有助于公路运输部门的总减排目标。比其份额高出约30%。

图2氢能在低碳技术组合中发挥关键作用

在委员会的愿景中,氢动力机车也可以替代20%的柴油机车,这些机车可以为飞机和货船提供动力。总之,如果按照所述程度部署氢气,运输部门每天可减少2000万桶石油。

燃料电池可以补充电池以使运输脱碳

氢和电池通常被描述为竞争技术,并且近年来电池受到了很多关注(“质子到电子”)。然而,这些技术的相对优势和劣势表明它们应该相互补充。电池电动汽车具有更高的整体燃油效率,只要它们不会因超大电池而超重,使其成为短距离和轻型车辆的理想选择。氢能够以更轻的重量储存更多能量,使燃料电池适用于重载和长距离的车辆。更快的加油也有利于商业车队和几乎连续使用的其他车辆。技术如何相关将主要取决于电池技术将如何发展以及如何通过扩大燃料电池生产来实现。

到2030年,道路上将需要大约8000万辆零排放车辆,到2050年,每人每公里的平均二氧化碳排放量将减少70%。实现这些雄心勃勃的目标需要一系列动力系统和燃料。

不仅电池电动汽车(BEV)和燃料电池电动汽车(FCEV)不会竞争,而且BEV的日益成功实际上可能推动FCEV的采用。这两种技术都受益于电动汽车的广泛接受,并且不断增加的规模降低了电动传动系统和其他部件的成本。行业专家认为,BEV和FCEV的总拥有成本可能会在未来十年内趋同,并且与内燃机(ICE)车辆相比具有12或15年的竞争力。

基于其整个生命周期,FCEV实现了极低的二氧化碳排放,部分原因是它们不需要大量的能源和资源密集型电池。尽管FCEV使用来自天然气的氢而没有碳捕获,但是由内燃机驱动的车辆排放的二氧化碳减少20%至30%。实际上,氢气具有较低的二氧化碳强度:许多加油站通过可再生电力从电解中提取氢气,化石能源生产可以与高效的碳捕获和储存相结合。

优先级细分和用例可以引导运输方式

与其他已经改变技术的行业一样,氢气的采用可能会波动(图3)。

图3氢气可以从乘用车和公共汽车上启动

氢燃料汽车的商业化已开始应用于乘用车,因为氢燃料汽车最适合较大的细分市场。在日本,韩国,美国(特别是加利福尼亚州)和德国,三款FCEV(本田Clarity,现代ix35/Tucson燃料电池和丰田Mirai)已经上市,另有10款预计将于2020年上市.Ride-需要长时间正常运行的出租车或出租车服务可能会推动早期采用,而雄心勃勃的国家目标 - 例如2030年中国和日本在道路上的180万FCEV - 可能会产生额外的动力。

由于担心局部污染,氢气公交车开始受到关注,特别是在欧洲,中国,日本和韩国。韩国计划将公交车改装成氢气,而仅上海计划到2020年购买和运营3000辆燃料电池公交车。货车和小巴也可以受益于对城市交通车辆和其他商业车队的严格监管。

长途运载重型有效载荷的卡车是另一个优先事项。由于距离长,路线规定,可能需要的基础设施较少:一些估计表明350个加油站可以覆盖整个美国。丰田(Toyota)和尼古拉汽车(Nikola Motors)等初创公司等知名制造商已开始生产重型和长途卡车,以抓住蓬勃发展的货运业的机遇。

燃料电池电车已经在中国运营,阿尔斯通的第一辆“液压”列车将于2018年初开始在德国接载乘客。

为了实现愿景中概述的雄心勃勃的2050年目标,必须在2030年实现重要的里程碑。氢能委员会估计,如果在促进基础设施和扩大生产的情况下,在加利福尼亚州,德国,日本和韩国销售的12辆汽车中的一辆可以使用氢气。全球约有50,000辆燃料电池公共汽车和350,000辆燃料电池卡车也将在路上行驶,节省多达350万辆氢动力乘用车。

为了加快发展势头,行业,投资者和决策者需要加大力度。

由加利福尼亚,德国,日本和韩国领导的一组地区正在推动发展,每年在氢和燃料电池技术上的支出超过8.5亿美元(图4)。其他国家也在积极关注,包括中国,它正在开始扩大其制造能力和加油站网络。在全球范围内,各国已宣布他们将在2025年之前建造大约2,800个加氢站。与世界上估计的600,000个加油站相比,这个数字很小,但如果这样做,它将足以覆盖主要加油站。氢动力汽车市场(G2Mobility,德国的倡议,估计该国有400个加油站)。

件。

氢能委员会估计到2030年将需要2800亿美元的投资。这笔投资中约有60%用于扩大氢气生产,储存和分配,30%用于系列开发,生产线和新业务模式。不到10% - 约200亿美元 - 将需要在现场建设全球加氢基础设施,目前缺乏这种基础设施是FCEV使用的主要瓶颈。

扩大基础设施部署必须进一步降低氢成本。在德国建造一个中型加油站的费用是五年前的一半,约为100万美元,但需要进一步降低以支持进入大众市场。根据规模,氢气理事会估计每个FCEV的基础设施成本可能低于1,000美元。同样,需要进一步降低车辆成本,以支持向大众市场的推广。

图4政府每年投入大约8.5亿美元的氢气

虽然到2030年每年总投资需求为200亿至250亿美元,这是氢能产业的一大进步,但全球每年已投入超过1.7万亿美元的能源,其中包括6500亿美元的石油。天然气,可再生电力3000亿美元,汽车工业超过3000亿美元。从中期来看,投资可以创造超过2.5万亿美元的自给自足市场,并在价值链中创造约3000万个就业岗位 - 基于目前的汽车,每100万美元的设备销售约12个工作岗位。乘数,以及石油和天然气行业 - 如果实现2050年的愿景。

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消息,但燃料电池正在发展势头 - 有充分的理由。氢可以在可再生能源系统和未来的流动性中发挥重要作用。

在2015年巴黎COP21会议上,195个国家同意将全球变暖控制在2摄氏度的工业化前水平以下。为实现这一目标,即使人口增长超过20亿,到2050年,世界仍需要将与能源相关的二氧化碳(CO2)排放量减少60%。这需要我们的能源系统发生巨大变化:能源效率的显着提高,向可再生能源和低碳能源载体的过渡,以及工业捕获,储存或再利用剩余化石燃料所产生的二氧化碳排放率的增加。

“巴黎协定”签署两年后,在波恩举行的COP23会议上,氢气理事会(由汽车,石油和天然气,工业气体和设备行业的18家公司组成的联盟)提出氢气如何有助于实现雄心勃勃的气候目标。视力。它认为氢气是向可再生能源系统过渡的催化剂,是一种广泛使用的清洁能源载体。如果认真努力将全球变暖限制在2度,理事会估计,到2050年,氢气可能占减排总量的五分之一左右。如果政策制定者,行业和投资者加紧努力加速低碳技术的部署,这一愿景是雄心勃勃的,但也是可行的。

氢可以在能量转换中发挥七大作用

氢是一种多功能的能量载体,可以低碳足迹生产。它可以在能源转换中发挥七个主要作用,从能源系统的骨干到最终用途的脱碳(图1):

加强可再生能源系统(1-3)。通过提供长期储能,氢气可以实现可再生能源大规模集成到能源系统中。它允许能量分布在不同地区和季节,并可用作缓冲,以提高能源系统的弹性。

运输部门脱碳(4)。今天的运输部门几乎完全依赖化石燃料,产生的二氧化碳排放量超过20%。氢气车辆提供高性能和快速加油时间的便利,补充电池电动车辆并在运输部门实现广泛的脱碳。

工业能源使用侧面脱碳(5)。在重工业中,氢可以帮助使难以通电的工艺脱碳,特别是那些需要高热量的工艺。氢还可以用于热电联产工厂以产生工业热和电。

建筑热电脱碳(6)。在拥有现有天然气网络的地区,氢气可依赖现有的基础设施,并提供经济有效的加热和脱碳方法。

为行业提供清洁材料(7)。目前,用作工业原料的氢气量 - 每年超过5500万吨 - 可以完全脱碳。氢还可用于生产清洁化学品和钢,作为具有捕获的碳的化学原料和作为铁矿石的还原剂。

图1氢能在能量转换中的七个作用

氢在运输部门中的作用反映在整个系统的愿景中

如上所述,氢在能源系统中具有广泛的应用(图2),其中最重要的是氢运输部门的脱碳。在氢能委员会的愿景中,氢气被大量部署以将全球变暖限制在2度,全球氢能需求增长的三分之一可能来自运输部门。到2050年,该委员会成员认为,氢动力燃料电池汽车可占车辆总数的20%,约4亿辆汽车,1500万至2000万辆卡车和约500万辆公共汽车。在他们的愿景中,氢将在较重和偏远的区域发挥更大的作用,因此,由于这些区域行进的距离更长,燃料效率更低,氢气有助于公路运输部门的总减排目标。比其份额高出约30%。

图2氢能在低碳技术组合中发挥关键作用

在委员会的愿景中,氢动力机车也可以替代20%的柴油机车,这些机车可以为飞机和货船提供动力。总之,如果按照所述程度部署氢气,运输部门每天可减少2000万桶石油。

燃料电池可以补充电池以使运输脱碳

氢和电池通常被描述为竞争技术,并且近年来电池受到了很多关注(“质子到电子”)。然而,这些技术的相对优势和劣势表明它们应该相互补充。电池电动车具有更高的整体燃油效率,只要它们不会因超大电池而超重,使其成为短距离和轻型车辆的理想选择。氢能够以更轻的重量储存更多能量,使燃料电池适用于重载和长距离的车辆。更快的加油也有利于商业车队和几乎连续使用的其他车辆。技术如何相关将主要取决于电池技术将如何发展以及如何通过扩大燃料电池生产来实现。

到2030年,道路上将需要大约8000万辆零排放车辆,到2050年,每人每公里的平均二氧化碳排放量将减少70%。实现这些雄心勃勃的目标需要一系列动力系统和燃料。

不仅电池电动汽车(BEV)和燃料电池电动汽车(FCEV)不会竞争,而且BEV的日益成功实际上可能推动FCEV的采用。这两种技术都受益于电动汽车的广泛接受,并且不断增加的规模降低了电动传动系统和其他部件的成本。行业专家认为,BEV和FCEV的总拥有成本可能会在未来十年内趋同,并且与内燃机(ICE)车辆相比具有12或15年的竞争力。

基于其整个生命周期,FCEV实现了极低的二氧化碳排放,部分原因是它们不需要大量的能源和资源密集型电池。尽管FCEV使用来自天然气的氢而没有碳捕获,但是由内燃机驱动的车辆排放的二氧化碳减少20%至30%。实际上,氢气具有较低的二氧化碳强度:许多加油站通过可再生电力从电解中提取氢气,化石能源生产可以与高效的碳捕获和储存相结合。

优先级细分和用例可以引导运输方式

与其他已经改变技术的行业一样,氢气的采用可能会波动(图3)。

图3氢气可以从乘用车和公共汽车上启动

氢燃料汽车的商业化已开始应用于乘用车,因为氢燃料汽车最适合较大的细分市场。在日本,韩国,美国(特别是加利福尼亚州)和德国,三款FCEV(本田Clarity,现代ix35/Tucson燃料电池和丰田Mirai)已经上市,另有10款预计将于2020年上市.Ride-需要长时间正常运行的出租车或出租车服务可能会推动早期采用,而雄心勃勃的国家目标 - 例如2030年中国和日本在道路上的180万FCEV - 可能会产生额外的动力。

由于担心局部污染,氢气公交车开始受到关注,特别是在欧洲,中国,日本和韩国。韩国计划将公交车改装成氢气,而仅上海计划到2020年购买和运营3000辆燃料电池公交车。货车和小巴也可以受益于对城市交通车辆和其他商业车队的严格监管。

长途运载重型有效载荷的卡车是另一个优先事项。由于距离长,路线规定,可能需要的基础设施较少:一些估计表明350个加油站可以覆盖整个美国。丰田(Toyota)和尼古拉汽车(Nikola Motors)等初创公司等知名制造商已开始生产重型和长途卡车,以抓住蓬勃发展的货运业的机遇。

燃料电池电车已经在中国运营,阿尔斯通的第一辆“液压”列车将于2018年初开始在德国接载乘客。

为了实现愿景中概述的雄心勃勃的2050年目标,必须在2030年实现重要的里程碑。氢能委员会估计,如果在促进基础设施和扩大生产的情况下,在加利福尼亚州,德国,日本和韩国销售的12辆汽车中的一辆可以使用氢气。全球约有50,000辆燃料电池公共汽车和350,000辆燃料电池卡车也将在路上行驶,节省多达350万辆氢动力乘用车。

为了加快发展势头,行业,投资者和决策者需要加大力度。

由加利福尼亚,德国,日本和韩国领导的一组地区正在推动发展,每年在氢和燃料电池技术上的支出超过8.5亿美元(图4)。其他国家也在积极关注,包括中国,它正在开始扩大其制造能力和加油站网络。在全球范围内,各国已宣布他们将在2025年之前建造大约2,800个加氢站。与世界上估计的600,000个加油站相比,这个数字很小,但如果这样做,它将足以覆盖主要加油站。氢动力汽车市场(G2Mobility,德国的倡议,估计该国有400个加油站)。

件。

氢能委员会估计到2030年将需要2800亿美元的投资。这笔投资中约有60%用于扩大氢气生产,储存和分配,30%用于系列开发,生产线和新业务模式。不到10% - 约200亿美元 - 将需要在现场建设全球加氢基础设施,目前缺乏这种基础设施是FCEV使用的主要瓶颈。

扩大基础设施部署必须进一步降低氢成本。在德国建造一个中型加油站的费用是五年前的一半,约为100万美元,但需要进一步降低以支持进入大众市场。根据规模,氢气理事会估计每个FCEV的基础设施成本可能低于1,000美元。同样,需要进一步降低车辆成本,以支持向大众市场的推广。

图4政府每年投入大约8.5亿美元的氢气

虽然到2030年每年总投资需求为200亿至250亿美元,这是氢能产业的一大进步,但全球每年已投入超过1.7万亿美元的能源,其中包括6500亿美元的石油。天然气,可再生电力3000亿美元,汽车工业超过3000亿美元。从中期来看,投资可以创造超过2.5万亿美元的自给自足市场,并在价值链中创造约3000万个就业岗位 - 基于目前的汽车,每100万美元的设备销售约12个工作岗位。乘数,以及石油和天然气行业 - 如果实现2050年的愿景。