隐藏的85%:如何让氢能具有成本效益

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  • 氢能是应对钢铁生产和重型运输等多个难以脱碳行业的最具前景的解决方案。

  • 但我们必须采取行动,降低氢能价值链各环节的成本,以确保其朝着具备成本竞争力的方向发展。

  • 通过针对氢能那85%的“隐性”且常被忽视的成本,我们可以使其实现与柴油的经济性持平。

氢能是应对多个难以脱碳行业的最具前景的解决方案,这些行业包括钢铁生产(占全球二氧化碳(CO2)排放量的8%)和重型运输(占全球CO2排放量的12%)。

事实上,美国能源部认为,氢能可在以下领域的脱碳中发挥作用:全球与能源相关的CO2排放量的25%。但仍需开展更多工作以降低其成本。

为确保我们开发出氢能完整的价值链,并使其朝着与柴油具备成本竞争力的方向发展,需要考虑以下事项。

降低制氢成本的努力

长期以来,业界一直致力于降低制氢成本,以使此类氢能应用在经济上具有可行性。

在美国,《通胀削减法案》推出了一项极具吸引力的税收抵免——每千克零排放氢气可享受3美元的抵免额——以鼓励新建制氢设施。

在全球范围内,投资者已向电解槽初创企业注入超过十亿美元资金,这些企业包括Electric Hydrogen、Ohmium、Verdagy和EvolOH,它们承诺通过创新和科学突破降低绿氢生产成本。

而近来,天然存在的“地质氢”也吸引了大量投资,因为它有望成为降低制氢成本的另一条途径。

投资制氢至关重要:目前清洁氢气的价格过高且波动较大,难以被终端用户采用。

然而,仅投资制氢不足以使氢能在重型运输等行业成为可行选择。必须统筹解决整个供应链(从生产到终端使用)的问题,以将氢能成本降至最低。

氢能成本的隐性85%存在于何处

阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的研究人员于2019年确定,在用于交通运输的氢气中,生产成本仅占“加注机处”最终成本的15%。

其余——或称“隐性”——85%的氢能成本常被忽视,但若要使氢动力重型运输实现与柴油的经济性持平,这些成本同样必须降低。

生产成本仅占氢能成本的15%。Image: 数据来源:阿贡国家实验室;图表来源:Verne

在阿贡国家实验室开展研究时,加利福尼亚州加氢站的氢气价格为每千克13至16美元。

以每千克成本计算,该成本中仅有15%源于生产 (约2美元/千克)。氢气成本中约50%来自加氢站(包括压缩机和现场储存等设备),35%来自配送。这意味着,氢气最终成本中高达85%的部分源于生产以外的因素,情况十分严峻。

重型卡车运输行业的利益相关方(从车队所有者到原始设备制造商(OEM))通常认为,氢卡车要与柴油实现成本持平,氢气价格需达到每千克4至5美元。因此,显然仅降低生产成本不足以达到激发氢能应用所需的成本目标。

投资以降低氢能成本

尽管制氢成本会受诸多因素影响,并且确实会有所波动,但结论十分明确:我们需要投资于降低氢气配送和加注成本。

幸运的是,降低氢气配送和加氢站成本已有明确路径。

1. 氢气配送成本(35%)

配送成本由两个因素驱动:在集中式生产设施中对氢气进行致密化处理(例如氢气液化),以及通过卡车将氢气运送至加氢站。

集中式氢气液化可使氢气成本增加2.75美元/千克。在每千克4至5美元的总成本目标背景下,这是一个significant数字。

我们的公司VerneVerne已识别出这一成本驱动因素,并构建了一套系统,能够以低65%的成本达到相当的氢气密度,从而在能源成本大幅降低的情况下实现配送所需的高密度。

随着时间推移,氢气的卡车运输成本也将下降:随着更多制氢工厂建成,生产地点与加氢站之间的平均距离将缩短,从而降低配送距离和成本。

目前也在进行创新,以提高每辆卡车的载氢量,从而最大限度地提高每次运输的效率,并减少所需的配送次数。

2. 加氢站成本(50%)

氢气加氢站成本明细,包括压缩机、储罐、制冷设备和加注机。Image: 数据来源:阿贡国家实验室;图表来源:Verne

加氢站技术同样具有明确的降本路径。压缩机和加注机等多个部件仅凭产量提升即可降低成本。压缩机的创新可进一步降低成本并提高可靠性。

Verne也在着手降低加氢站成本,其新技术可降低氢气加注所需的压力,从而降低高压压缩机的成本。采用较低压力还能提高压缩机的可靠性和运行时间,而这正是当前氢能用户的一大困扰。

除压缩机外,降低加注机成本(占加氢站成本的10%以上)也至关重要。加注枪的创新和标准化可降低成本,并最大限度地提升车队和卡车司机的使用便捷性。

降低氢能成本

要使氢能在重型运输等难以脱碳的行业中发挥其应有潜力,氢能的综合成本必须下降。

这一成本降低将依托于更多投资:正如制氢环节一样,优化加注和配送也需要新的方法和技术。

世界经济论坛在推动清洁能源转型方面正在开展哪些工作?

基础设施开发商、原始设备制造商、政府、研究实验室和初创企业之间的协调同样重要,以确保最具创新性、成本效益最高的设备和方法得以标准化并实现商业化。

投资于整个氢能价值链的成本降低(而不仅仅是制氢环节),将使氢能能够取代柴油,并开启重型运输的新纪元。

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