能源巨头也青睐氢,但氢真的清洁吗

(本文编译自FT,作者Nathalie Thomas,图片来自Reuters)

意大利西南部农村地区的一家面食工厂,如果用来展示欧洲庞大的工业部门如何削减排放的能源项目来说,这里看起来并不是那么突出。

但这家位于萨莱诺省孔图尔西特姆的Orogiallo工厂,在今年4月份却创造了一小段历史,当时它使用意大利天然气输电网中的氢气和天然气混合物来煮意大利面。

科学家和企业一直在吹捧氢,称其是可能替代天然气等化石燃料的“清洁”能源,因为氢燃烧时不产生二氧化碳。今年,企业和政府再次努力调查氢是否有助于全球经济的关键部门实现脱碳,从工业、电力到航运和运输行业等部门。

总部位于巴黎的国际能源署(IEA)将2019年描述为氢能源达到“空前势头”的一年,全球出台了50项政策或目标来支持其发展。丰田汽车欧洲公司(Toyota Motor Europe)氢技术总经理斯蒂芬·赫布斯特(Stephan Herbst)表示:“关键的游戏规则改变者是巴黎(气候)协议。现在的共识是,我们需要降低交通和其他行业的碳排放,我们需要所有的能源。”

氢的需求增长(单位:百万公吨)数据来源:国际能源署

在Orogiallo面食工厂的案例中,尽管氢的使用比例比较低,只有5%,但意大利国家天然气公司(SNAM)这项长达一个月的试点项目是第一个在欧洲测试如何安全可靠地将氢注入天然气基础设施,要知道,这种基础设施可是严格监管的领域。

SNAM和欧洲其他天然气基础设施所有者打算提高未来项目中氢的使用比例,他们认为这是一种清洁的能源,并希望有一天它能完全取代天然气,同时确保未来资产的保值。

未来几年,包括挪威石油巨头Equinor、瑞典电力公司Vattenfall、日本三菱日立电力系统(Mitsubishi Hitachi power Systems)、英国国家电网(National Grid of The UK)和丰田(Toyota)在内的多家大公司计划在全球各地开展氢气项目,SNAM项目只是其中之一。

对于能源巨头来说,可从化石燃料中生产的氢,可能为他们的天然气储备提供一种功能保障的途径,因为在这样一个环境中,越来越多的政府正在采取相关政策结束对全球变暖的贡献。

运输公司将其视为船舶或货运等行业的可能解决方案,或是电动汽车的替代品。但在上世纪70年代、90年代以及本世纪初,氢燃料曾经历过几次流行浪潮,但迄今也未能像通用汽车等公司设想的那样获得成功。通用汽车早在1966年就首次生产了氢燃料汽车。

国际能源署的数据显示,丰田Mirai等氢燃料电池汽车去年的销量仅为11200辆,与纯电动汽车和插电式混合动力车等其它低排放汽车相比,这一数字显得微不足道。

全球能源相关的二氧化碳排放(单位:十亿公吨)

此前氢燃料的几波热潮冷却,是因为氢燃料在很大程度上作为一种更清洁的乘用车燃料使用,而当时的油价较低,这抑制了消费者和企业投资氢燃料基础设施的兴趣。

氢,其清洁程度取决于其生产方式,现在的观点仍是两极分化,批评者质疑其成本和安全性。

但是支持氢计划的公司希望这次会有所不同。这一次,清洁的氢,有了很多可能的用途。计划中的方案包括:用氢气为渡轮提供动力,用氢气替代家用锅炉中使用的天然气,发电,以及在特别晴朗和多风的日子里储存风能和太阳能等可再生能源产生的多余电力。

在荷兰最北端的埃姆斯哈文,瑞典能源公司Vattenfall正在探索,能否在2025年将一座燃气发电厂部分成功转化使用氢燃料。

其直接效果将是减少该工厂的排放,但更广泛的目的是探索过剩的可再生电力能否在储存前通过电解(这一过程也需要用水)生产出氢。然后,可以在冬天,或在风力或者太阳能不能发电的时候,再次将氢用来发电。

Vattenfall项目经理杰弗瑞·哈斯佩尔斯(Jeffrey Haspels)表示:“随着电力系统中可再生能源不断增加,对灵活(发电)能力和季节性存储的需求将日益增加。”

挪威石油公司Equinor、三菱日立电力系统公司和荷兰能源网络公司Gasunie也参与到这个项目中。然而,该项目也突显了使用氢的一些挑战,特别是成本。

全球主要能源需求强劲增长

哈斯佩尔斯估计,整个价值链的成本将达到“10亿欧元以上”,包括氢的生产、储存、运输和工厂改造的各个阶段。最终的投资决定将于2022年做出,这取决于荷兰政府的补贴。

他表示,就这一项特别的试验而言,我们会从天然气中生产出氢,因为“荷兰目前还没有足够的可再生能源”,预计未来的项目将使用电解的方式。

目前,氢已经可以广泛地从化石燃料中生产出来,每年大约有7000万吨,用于制造化肥或用于炼油,但这一过程污染严重。国际能源署表示,每年制氢过程的二氧化碳排放量约为8.3亿吨,相当于英国和印尼的碳排放量之和。

为了让氢变得“清洁”,必须捕获排放物,并在碳酸饮料生产等过程中重复使用,或者将其储存在近海枯竭的油田和气田中。许多专家认为,这仍将是在工业规模上生产低排放氢的最具成本效益的方法,尽管碳捕获利用和存储技术本身也存在成本挑战。

国际能源署能源技术政策主管帖木儿·盖尔(Timur Guel)表示:“人们必须认识到,所有这些(新的)势头和所有有关氢的讨论,并不意味着挑战突然就不存在了。”

企业们承认,早期项目需要政府资金的支持,但太阳能和风能等其他绿色技术的成本大幅下降让人乐观地认为,氢发电也可能出现同样的情况。

三菱日立电力系统欧洲公司(Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe)副总裁兼研发主管埃马纽埃尔·卡卡拉斯(Emmanouil Kakaras)表示,随着一些国家碳排放税或排放计划的实施,排放二氧化碳的成本上升,氢项目可能也会开始具有竞争力。

“我们必须将这些(氢)技术与我们所说的避免二氧化碳排放的成本挂钩。”他补充道。Equinor负责风能和低碳发展的高级副总裁斯蒂芬·布尔(Stephen Bull)表示,在更多国家效仿法国、挪威、瑞典和英国等采取净零排放目标的世界里,我们将不得不寻求更多替代品取代化石燃料。

“这超出了正常的业务范围。我们为电力市场制定的脱碳战略相对成功,但离实现零碳世界还差得很远。这正是我们认为氢可以发挥重要作用的地方。”