英国氢能战略采取“双轨制”扩大蓝氢和绿氢规模(到 2030 年,总目标为 10 GW 产能,其中蓝氢和绿氢分别达到 4 GW 和 6 GW),但本文仅关注绿氢生产和使用的扩大。虽然蓝氢和绿氢在未来能源结构中的贡献量取决于多种因素,但蓝氢依赖天然气作为主要原料,将使其生产受到国际天然气价格波动和供应问题的影响。实现低碳蓝氢生产还取决于碳捕获和储存 (CCS) 的成功扩大和性能,以及天然气和二氧化碳泄漏的最小化。目前绿氢生产成本高于蓝氢,估计在 2.5 美元/千克至 2020 年 6.5 美元/千克之间 11 ,但由于可再生能源电力成本的下降,预计随着时间的推移,绿氢生产成本将降至比蓝氢更便宜的水平 12 。实现与蓝氢同等水平的时间表尚不确定,并且在很大程度上取决于规模经济和支持性政策举措。
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氢能是一种有前途、清洁且可持续的化石燃料替代品。本综述探讨了氢能的历史发展,研究了电解和蒸汽甲烷重整 (SMR) 等关键生产技术,并讨论了各种储存和分配方法。它研究了氢在燃料电池、工业、运输和发电中的应用,强调了对环境和经济的影响。尽管取得了进展,但生产效率、储存和政策支持方面的挑战仍然存在。主要结论包括 SMR 的效率和成本效益(65-75%,0.66-0.84 美元/千克 H2)以及使用太阳能和风能进行电解的更清洁潜力(60-70%,5.81-22.31 美元/千克 H2)。本综述强调需要先进的存储解决方案、强大的基础设施和支持性政策,以实现广泛采用和全球可持续性。
到本世纪中叶,国际社会的目标是大幅减少二氧化碳排放,实现气候中和。这一承诺使氢能成为一种关键能源。可再生能源和可持续生产的氢能衍生物为化石燃料和资源提供了可行的替代品。科学家们长期以来一直在探索氢能的多种应用,而其作为燃料、储存介质和基础化学品的潜力才刚刚得到充分发挥。全球能源系统的成功脱碳取决于系统性转变。它涉及将可再生能源驱动的本地电气化与全球互联的经过认证的氢能载体贸易相结合。氢能经济为向气候中和、可持续和高效的经济模式转型开辟了许多途径。
最新阶段与避免危险气候变化的国际努力有关。世界各国于 2015 年同意需要快速脱碳,并通过了具有历史意义的《巴黎协定》。根据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 的报告,人类活动毫无疑问地导致了全球变暖,在过去十年中,全球平均地表温度比工业化前水平高出 1.1 摄氏度 (°C)。根据 IPCC 第六次评估报告第三工作组的调查结果,根据目前以国家自主贡献 (NDC) 表达的全球目标,本世纪全球气温可能会超过工业化前水平的 1.5°C,即使将变暖限制在 2°C 以下也需要依靠 2030 年后迅速加快减缓努力。
2024 年康涅狄格州清洁氢能路线图由 ENGIE Impact 在康涅狄格州能源与环境保护部 (DEEP) 的协调下制定。该路线图旨在评估氢能对帮助该州实现其雄心勃勃的气候目标的潜在作用。该路线图是在 André de Fontaine(提供战略指导)、Jackie Brew(管理项目)和 Fernando Martínez(领导技术和建模部分)的指导下进行的大量研究、建模和分析的结果。主要作者得到了 ENGIE Impact 团队其他成员的支持,他们在路线图制定的各个阶段做出了贡献:Alyanna Felix、Camila Socías、Felipe Aldana、Jasper Schrijvers、Martina Carosso、Nabil Kharrat、Pedro Lizaola、Rashel Bajaj、Sarah Garic、Tomás Baeza 和 Tomás Villanueva。作者对整个 DEEP 团队表示感谢,感谢他们有机会为这个重要的项目做出贡献。特别感谢 DEEP 的能源和技术政策局 (BETP) 团队,他们的反馈和支持在整个路线图的开发过程中发挥了重要作用。
美国能源部 (DOE) 氢能计划致力于开发利用氢气替代当今燃料以提供现代能源服务的应用。该计划还将氢气视为一种成熟的工业化学品,例如用于石油精炼。能源部计划包括 400 多个项目,涉及研究和开发 (R&D)、系统集成以及演示和部署活动 — 由大学、国家实验室和行业共同执行。这些项目涵盖能源价值链,从利用各种原料生产氢气开始;运输和储存;最后将其用于各种应用。该计划由能源部能源效率和可再生能源办公室 (EERE) 内的氢能和燃料电池技术办公室 (HFTO) 牵头,其他能源部办公室也参与其中。