能源转型

为什么多燃料基础设施网络对运输业和重工业的能源转型至关重要?

要想采用多种燃料,我们需要有弹性的数字和物理基础设施,以实现新能源的生产和分配。 Image: Getty Images/iStockphoto

Margi Van Gogh
Head, Supply Chain and Transportation Industry, World Economic Forum
Jörgen Sandström
Head, Transforming Industrial Ecosystems, World Economic Forum
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加速应用清洁氢能

  • 重工业和运输业是世界上污染最严重的行业,而能源转型对这两大行业的脱碳至关重要。
  • 然而,要想拥抱多燃料的未来,我们需要的不仅仅是新能源,还需要有韧性的数字和物理基础设施。
  • 发展以港口为依托的工业集群网络化基础设施将是能源和运输部门转型的关键。

重工业和运输业是全球污染最严重的行业,而能源转型是确保其加快采用绿色能源的关键。然而,拥抱多燃料的未来不仅需要新能源,还需要有韧性的数字和物理基础设施来帮助实现可持续能源的生产和分配。

在全球经济中发挥着关键作用的陆海空运输目前仍然依赖于造成污染的内燃机(ICE),使其成为气候变化的主要助推因素。目前,在发达国家,该行业排放的二氧化碳约占全球总量的 30%,约占全球人为碳排放总量的23%。

根据国际能源署(IEA)的数据,为了在2050年实现《巴黎协定》中提出的净零排放目标,交通运输业的碳排放量必须在2030年之前每年都下降3%以上。但我们如何才能实现这一目标呢?

全球贸易要想变得可持续,必须依赖于运输生态系统的电气化和新燃料的采用,如氢、氨、甲醇、生物燃料和可持续航空燃料(SAF)等。然而,这些燃料的供应需要不同的分配能力,而且其所需的分配地点也与目前重油基础设施的大不相同。

因此,虽然如今全球各地都出现了卡车运输和航运的绿色货运走廊,但在发展这些多式联运环境时,我们需要采取更全面、更一致的方法论,特别是在支持数字和实体基础设施所需的政策和投资方面,以实现净零排放。

简而言之,重工业和运输业的能源转型不仅关系到燃料本身,还在于我们如何去克服燃料生产和供给方面的挑战。

绿色转型不仅关乎燃料

氢作为宇宙中最多的元素,能量高、污染低,是一种理想的绿色燃料。但不同类型的氢在生产、排放和储存方面各不相同,这反过来又影响了氢的可持续性。

最常见的氢气燃料是灰氢,是通过蒸汽甲烷转化从天然气中生产出来的,这一过程会排放大量的二氧化碳。相反,最可持续的是绿氢,是利用风能或太阳能等可再生能源通过水电解产生的,因而也比传统燃料要更昂贵。

此外,氢气密度低,需要专门的运输系统和储存设施,以确保能够安全、可靠地运送到加气站,这也影响了其价值链的可持续性。

其他气候友好型燃料其实也面临着类似的挑战。绿色甲醇可以从低碳来源生产,减少二氧化碳排放,既可用作原料,也可用作运输燃料。然而,绿色甲醇也很昂贵,易燃,而且需要比石油燃料大一倍的油箱进行储存。

与此同时,绿氨正越来越成为行业发展可持续燃料的关注重点。绿氨可通过利用低碳氢气(如绿氢)与氮气结合来生产。尽管生产成本仍然相对较高,但氨的储存和运输成本比氢更低,这意味着氨也可以作为氢的载体。

另外,可持续燃料还包括生物燃料,但这也有利有弊。生物燃料是一种从微生物、植物或动物材料中提取的可再生燃料。它可以是液态、气态或固态的,这是其主要优点之一,也使生物燃料成为重型卡车、船舶和飞机长期脱碳的潜在低碳解决方案。然而,据国际能源机构估计,生物燃料的生产需要在目前的基础上平均每年增长11%,才能实现2050年净零排放的目标。

对于液化天然气(LNG),尽管它仍然是一种化石燃料,但由于其碳排放量比煤炭少40%,因此仍然是一种更清洁的燃料。而且由于其高效率和高性能,液化天然气已被广泛认为是一种关键的过渡燃料,可为运输减排做出积极贡献。

除了这些新型绿色燃料所带来的挑战之外,交通和工业流程的电气化也要求行业在电力的生产、分配和储存方面找到解决方案。

国际能源署估计,在2050年实现净零排放的情景下,电力在交通相关最终能源消耗总量中所占的比例将从2022年的1.4%增加到2030年的7.6%。与此同时,同期工业用电量将从22.6%增加到29.9%。这说明电力需求将显著增长。

设适合未来的绿色燃料基础设施

因此,要实现净零排放,不仅需要对清洁燃料本身的研发进行大量投资,还需要对电网和基础设施进行大量投资,以促进和扩大清洁燃料的分配和使用。

港口作为一国本土和全球贸易的门户,连接着陆路和海路,通常还包括空运。以港口为依托的工业集群则是多式联运、多燃料的生态系统。

随着港口不断扩大其服务范围,以其为依托的工业集群正在经历能源和运输转型以及工业转型方面的重大变化。因此,港口工业集群对于建立零排放燃料的供应至关重要。

与此同时,国际上对低碳和绿色燃料以及工业流程和运输电气化的需求也在快速增长。氢气和氨气作为货物、卡车燃料和船用燃料通过港口的数量也同样有可能大幅增加

因此,重工业和运输业为实现全球排放目标而做的努力给港口生态系统和临港产业集群以及相邻产业提供了独特的机遇,推动氨等低碳燃料的贸易和使用,加速这些产业集群实现净零排放。

迈向多燃料的未来

尽管仍有许多工作要做,但目前我们已经在为绿色转型创造适合未来的解决方案方面取得了许多良好进展。

位于比利时的安特卫普-布鲁日港除了提供生物燃料和传统燃料外,还提供包括氢、氨、甲烷和甲醇在内的一系列更环保的燃料。它还有能力储存气候中性燃料,供工业集群内部使用和向内陆地区配送。

最近,世界上第一艘使用甲醇的大型集装箱船Ane Maersk号在安特卫普-布鲁日港完成了其在欧洲水域的首次加油作业,在港口停留期间为其提供了4300吨绿色甲醇和1375吨生物柴油(B100)。这是安特卫普-布鲁日港成为多燃料港口的一个重要里程碑。

新加坡海事及港务管理局(MPA)也在努力让新加坡成为多燃料港口,并在过去一年中发布了氨和甲醇的意向书。新加坡政府还与产业合作,支持燃料供应链文件的数字化以及甲醇和氨燃料的数字化。

变化不仅仅发生在航运业。卡车运输是全球贸易的支柱,每一种贸易货物都曾在某一时刻通过公路运输,因此其充电基础设施,尤其是在需要快速充电的地方,需要大量的电网连接和净容量。

瑞典重型汽车制造商斯堪尼亚(Scania)一直在与德国联邦政府和行业伙伴合作,测试电气化公路系统。这种系统能让装有受电弓的卡车可以在高速公路上行驶时通过上方的导线为电池充电。

在全面解决运输数字化和脱碳问题方面,航空业也是一盏明亮的灯塔。与高度碎片化的海运和公路运输业不同,航空运输是一个相对新兴的行业,其在全球很大程度上是同步发展的。这意味着航空运输业已经开发出全球兼容的基础设施、标准和法规,并拥有完善的“网络”方法论。展望未来,我们应该问,我们能从这种模式中学到什么?

网络化基础设施合作

如上所述,在以港口为依托的产业集群发展网络化基础设施(包括数字基础设施和实体基础设施)对于能源和运输部门的转型至关重要。

要成功实现各国和企业设定的减排目标,需要各利益相关方通力合作。随着实现净零排放的最后期限逐步逼近,幻想在每个港口和/或物流枢纽都为所有这些新燃料建造加油、储存和配送设施是根本不可行的。

要想加快扩大服务于可持续、有韧性贸易的多燃料供应网络,至关重要的是加强全球和地区间的凝聚力,辅之以更高的透明度、协作和创新。

政府和监管机构需要积极参与。在目前的监管程序下,在港口/机场码头或陆地电网解决方案中建设加油设施可能需要6到12年的时间。如果我们要实现各国和企业设定的宏伟目标,就必须确保加快监管合规性,而不是试图去抵消。

只有通过交通和能源行业的共同努力,并采取协调一致的方法来创建适合未来的能源基础设施,我们才能成功构建全球绿色网络解决方案,实现净零排放。

本文作者:

Margi Van Gogh,世界经济论坛供应链和交通行业总负责人

Jörgen Sandström,世界经济论坛工业生态系统转型总负责人

本文原载于世界经济论坛Agenda博客,转载请注明来源并附上本文链接。

编辑:王灿

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