氢是一种清洁的可再生能源,与氧结合后,会产生热能和电能,副产品只有水蒸气。此外,在所有已知燃料中,氢的重量能量含量最高。因此,各种策略都设计出了高效生产氢气的方法,而且生产量足以满足经济效益。为了从生物学角度探讨生产氢气的概念,我们将注意力集中在微生物中自然产生的氢化酶上。这些生物体具有生产氢气的机制,如果经过巧妙设计,可用于细胞工厂,从而大量生产氢气。并非所有氢化酶都能高效生产氢气,而那些高效生产的氢化酶往往对氧气敏感。因此,我们提供了一种新的视角,即引入硒代半胱氨酸(一种高活性的蛋白质氨基酸),作为设计氢化酶以增强氢气生产或增加氧气耐受性的策略。
氢能和碳捕获、利用和储存 (CCUS) 将在实现中华人民共和国(以下简称“中国”)在 2030 年前达到二氧化碳排放峰值并在 2060 年前实现碳中和的承诺中发挥重要且互补的作用。氢能可以促进中国能源系统的脱碳战略,例如用作工业过程中的燃料和原料;用于燃料电池电力运输,以及用于生产用于航运和航空的合成碳氢化合物燃料。本报告中的情景分析表明,虽然可再生能源电解产生的氢气到 2060 年可以满足大部分氢气需求,但为现有的氢气生产设施配备 CCUS 可以成为减少排放和扩大低排放氢气供应的补充战略。
光合细菌(如红细菌)的固氮酶依赖性 H 2 生成已被广泛研究。使用基因操作增加 H 2 产量的一个重要限制是缺乏高通量筛选方法来检测可能的过量生产突变体。之前,我们设计了红细菌菌株,使其在 H 2 反应中发出荧光,并利用它们来识别导致 H 2 过量生产的固氮酶 Fe 蛋白突变。在这里,我们使用紫外线在工程 H 2 感应菌株的基因组中诱导随机突变,并使用荧光激活细胞分选从含有 5 × 10 5 突变体的文库中检测和分离 H 2 过量生产细胞。三轮诱变和菌株选择逐渐使 H 2 产量增加了 3 倍。对五种 H 2 过量生产菌株的全基因组进行了测序,并与亲本感应菌株的全基因组进行了比较,以确定 H 2 过量生产的基础。除了转录激活因子 nifA2 之外,与氮固定相关的已知功能没有发生突变。然而,一些突变被映射到能量产生系统和碳代谢相关功能,这些功能可以将还原力或 ATP 提供给固氮酶。在批量培养中,固氮酶抑制的时间过程实验揭示了固氮酶蛋白水平与其 H 2 和乙烯生产活动之间的不匹配,这表明能量受到限制。在恒化器中培养产生的 H 2 始终比相应的批量培养多 19 倍,揭示了选定的 H 2 过量生产菌株的潜力。
随着全球能源转型不仅转向降低能源生产的碳强度,而且还采用新技术,可再生能源和氢能的潜在组合已成为可能同时满足这两个目标的有力竞争者。能源转型对实现可持续的低碳能源系统至关重要的一个方面是考虑所谓的“利基”技术 [1] 及其突破和成为主流的能力,与成熟技术竞争市场份额 [2](见表 1)。尽管氢能在许多市场中仍可以说是一项“利基”技术 [3],但它已经被公认为未来低碳能源系统的潜在存储和能源生产媒介 [4、5]。据估计,未来五年全球氢能需求每年将增长 4% 至 5% [6]。到 2050 年,根据 2 C 情景,预计氢气的年需求量将增加到 6.5 亿吨,或约 78 EJ,与目前的排放水平相比,每年可减少 60 亿吨二氧化碳 (tCO2),前提是大多数氢气由可再生能源生产[7]。与此同时,目前氢气的生产仍然主要来自化石燃料(即通过蒸汽甲烷重整和煤气化)和通过使用各种电力输入以及碱性水、固体氧化物或质子交换膜电解方法[7]。因此,氢气生产在 2015 年产生了 5 亿吨二氧化碳,在 2019 年产生了 8.3 亿吨二氧化碳[8]。为了满足这一不断增长的需求并减少排放,需要采用碳密集程度较低的氢气生产方法。这项研究提出了一种利用生物质和太阳能生产氢气的新型工艺,这两项技术本身都已经比较成熟,但以一种独特的“利基”组合,作为低碳能源生产的建议。
本演示文稿包含《1995 年私人证券诉讼改革法》安全港条款所定义的前瞻性陈述,涉及未来事件或我们未来的财务业绩,这些陈述涉及某些偶然事件和不确定因素,包括我们在截至 2021 年 10 月 31 日的财政年度的 10-K 表年度报告中“管理层对财务状况和经营成果的讨论和分析”部分中讨论的前瞻性陈述。前瞻性陈述包括但不限于有关公司预期财务业绩的陈述以及有关公司对其燃料电池技术的持续开发、商业化和融资以及其业务计划和战略的计划和期望的陈述。这些陈述并不能保证未来的表现,所有前瞻性陈述都受风险和不确定性的影响,这些风险和不确定性可能导致实际结果与预测结果大不相同。可能导致这种差异的因素包括但不限于:与产品开发和制造相关的一般风险;一般经济状况;可能影响项目融资的利率变化;供应链中断;公用事业监管环境的变化;公用事业行业和分布式发电、分布式氢能以及用于碳捕获或碳分离的燃料电池发电厂市场的变化;可能对我们的项目产生不利影响的商品和能源价格的潜在波动;政府对替代能源技术的补贴和经济激励的可用性;我们遵守美国联邦、州和外国政府法律法规以及纳斯达克股票市场上市规则的能力;快速的技术变化;竞争;我们的中标不能转化为合同或我们的合同不能转化为收入的风险;市场对我们产品的接受度;自愿采用的或根据美国公认会计原则要求采用的会计政策或惯例的变化;影响我们流动性状况和财务状况的因素;政府拨款;政府和第三方随时终止其开发合同的能力;政府对我们的某些专利行使“替代”权的能力;我们在国际上成功营销和销售我们产品的能力;我们实施战略的能力;我们降低平准化能源成本和总体成本削减战略的能力;我们保护知识产权的能力;诉讼和其他程序;我们产品的商业化未能按预期进行的风险,或者如果进行,我们将没有足够的能力来满足需求;我们对额外融资的需求和可用性;我们从经营活动中产生正现金流的能力;我们偿还长期债务的能力;我们提高平台产量和寿命以及满足合同绩效要求的能力;我们扩大客户群和维持与最大客户和战略商业盟友的关系的能力;美国小企业管理局或其他政府当局对《冠状病毒援助、救济和经济安全法案》、《薪资保护计划》或相关行政事项的实施或解释的变更;以及对包括新型冠状病毒在内的大流行病、传染病或健康流行病的担忧、威胁或后果,以及由此导致的供应链中断、清洁能源需求的变化、对我们客户资本预算和投资计划的影响、对我们项目进度的影响、对我们服务现有项目的能力的影响、对我们产品需求的影响,以及公司向美国证券交易委员会提交的文件中列出的其他风险。本文包含的前瞻性陈述仅代表本报告发布之日的观点。公司明确表示不承担任何义务或承诺公开发布对本文包含或引用的任何此类陈述的任何更新或修订,以反映公司预期的任何变化或此类陈述所依据的事件、条件或情况的任何变化。公司明确表示不承担任何义务或承诺公开发布对本文包含或引用的任何此类声明的任何更新或修订,以反映公司预期的任何变化或此类声明所依据的事件、条件或情况的任何变化。公司明确表示不承担任何义务或承诺公开发布对本文包含或引用的任何此类声明的任何更新或修订,以反映公司预期的任何变化或此类声明所依据的事件、条件或情况的任何变化。
摘要:氢气正成为燃料电池运输、热能和电力领域整合中越来越重要的能源载体。地下盐穴是储存利用可再生能源 (RES) 发电从水电解中获得的氢气的最有前途的方法之一。同时,氢气的生产可用于避免电力需求低或价格低时的能源削减。储存的氢气还可用于发电能源需求高的时候,例如燃料电池,以弥补可再生能源发电量低造成的波动和短缺。本文概述了为实现上述目的而使用和提出的利用可再生能源过剩能量从水中生产氢气的技术及其储存技术,特别是在地下盐穴中的储存技术,以及其可行性。本文根据目前的最新技术比较和总结了竞争技术,确定了氢气生产和储存的一些困难,并讨论了哪种技术最有前途。相关分析比较了氢气生产和储存系统的成本和技术经济可行性。本文还指出了氢气融入电网的潜力、技术挑战和局限性。
一个技术成熟的火星殖民地每年可以生产并运送至少 100 万吨液态氢到一个或多个低地球轨道 (LEO) 的推进剂库。在火星殖民地生产 1 公斤氢气并将其运送到 LEO 需要在火星上消耗 1.4 GJ 的能量。LEO 推进剂库包含在火星上生产的氢气以及在月球或近地小行星上生产的氧气。这种推进剂用于将有效载荷从 LEO 运送到太阳系的许多目的地,包括火星。将 1 公斤有效载荷从 LEO 运送到火星需要在火星、月球和近地小行星上消耗 3.5 GJ 的能量。使用在火星上生产的液态氢将宇航员和有效载荷运送到火星可确保火星殖民地的指数级引导增长。火星殖民地和向 LEO 运送数百万吨液态氢是太阳系殖民的关键。火星殖民地只有发展到相当规模后才会开始向低地球轨道输送液态氢。它的结构和材料中应包含约 2000 万吨钢铁和 300 万吨塑料,以及数千名宇航员。在此之前,低地球轨道氢沉积物将由月球两极的氢气供应。
报告介绍了一个案例研究,其中采用过渡研究和多层次视角 (MLP) 框架内的定性研究来讨论挪威氢气生产在 2050 年可持续能源转型中可能发挥的作用。讨论了正在进行的举措和利益相关者对驱动因素和障碍的看法。重点是更广泛的社会政治和市场趋势与国家制度发展之间的相互作用,以及这如何影响氢气生产和部署的范围。定性结果与基于模型的两种过渡情景评估的结果相一致。我们的主要发现是氢气可能是实现国家气候目标的关键。虽然 CCS 天然气制氢具有最大的潜力,但向可再生和更分散的能源系统的转变为电解制氢开辟了新的机会和作用。氢能行业正在发展,但仍然支离破碎,需要国家协调。虽然经济和技术障碍受到了最多的关注,但社会对氢气作为可持续零排放解决方案的接受是一个关键因素。目前,转型正处于关键的转折点。要释放市场潜力,就需要系统思维和更加关注社会技术互动。