氫氣很難從自然界中直接大量獲取, 需要依靠不同的技術路徑和生產工藝進行制備. 目前, 主要制氫路徑包括石化能源重整, 工業副產提純和電解水制氫. 根據生產來源和碳排放量的不同, 氫氣可以分為灰氫(石化), 藍氫 (副產), 綠氫 (電解) 三種類型. (國外還將核能制氫稱為粉氫)
氫氣作為化工生產的原料和中間產品, 通常會通過石化能源重整制氫, 工業副產提純制氫等方式進行制取. 相比上述兩種方式, 電解水制氫的原料和生產過程都以清潔能源為主, 應當作為大力發展的最重要的制氫技術路線.
氫的儲存主要有氣態儲氫, 液態儲氫和固體儲氫三種方式. 高壓氣態儲氫已得到廣泛應用, 低溫液態儲氫在航天等領域得到應用, 有機液態儲氫和固態儲氫尚處於示範階段. 高壓氣態儲氫具有充放氫速度快, 容器結構簡單等優點, 是現階段主要的儲氫方式.
氫的主要用途包括燃料用氫, 原料用氫, 儲能用氫三類. 氫能可以在多個生產和消費環節作為替代能源進行使用, 在重工業, 交通, 建築, 電力行業中均有不同的應用場景, 其中最主要的用途包括燃料用氫, 原料用氫, 以及儲能用氫三類.
採用氫儲能優處是儲存的能量很大, 可達TWh級; 儲存的時間也很長, 可達幾個月, 另外氫和合成天然氣除了可用於發電外, 還可有其他利用方式 (如交通等). 缺點為從發電到用電的全周期效率只有 30%-40%. 雖然電解水制氫可以實現零碳, 但是由於技術不夠成熟, 所以導致成本太高.
目前, 全球氫氣的主要生產, 消費領域都來自於石化能源. 2021 年天然氣制氫占比 62%. 全球氫氣需求主要集中在化工領域, 對純氫的需求方面, 煉化端需求占比 33%. 對摻氫混合氣需求方面, 生產甲醇占比 10%, 其他 (如供熱等) 占比 23%.
未來全球氫氣需求將持續增加, 以工業及交通需求為主, 交通需求增速最快. 根據國際氫能委員會預測, 至 2050 年, 全球氫氣需求達 6.60 億噸, 是 2020 年需求量的 8 倍. 其中, 交通運輸將成為拉動全球氫氣需求增長的主要方面.
中國是全球最大的氫氣生產國, 也是最大的消費國, 生產和消費領域的氫氣大多來源於石化燃料. 2020 年, 煤制氫占總量 57%. 從終端消費看, 氫氣消費領域集中在合成氨, 甲醇等產品, 而現有電解水制氫則主要用於浮法玻璃, 電子等產業.
超過 130 多個國家和地區提出了碳中和目標, 氫能等新興 能源技術加速推進, 包括日本, 德國, 美國, 中國等在內的 42 個國家和地區都已經推出氫能政策, 各國發展氫能的驅動力分為三大方面: 深度脫碳, 保障能源安全和實現經濟增長.
2050 年清潔氫能將貢獻約 10% 的碳減排量. 2030, 2040 和 2050 年美國清潔氫需求將分別達到 1000, 2000 和 5000 萬噸/年. 確定了美國清潔氫能價值鏈的近, 中, 長期發展規劃, 其中包括清潔制氫, 輸送和存儲基礎設施, 終端應用與市場採用和使能因素等環節.
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