本世紀初以來,一些清潔能源技術已成為主要的新興產業。雖然太陽能光伏和風力渦輪機的部署最初得到了政府直接支持系統和政策的支持,但目前每年對它們的投資為1240億美元,主要來自私人資本(IEA, 2019)。目前,電動汽車正沿著類似的道路,從政府支持的研究和試點項目轉向一個自給自足的行業。這一經驗使今天的投資者更加相信,各國政府有意愿和能力幫助開發氫能源。氫能源是一種潛在的清潔能源技術,目前主要依靠政府資助的項目,其方式和規模也類似。
全球大約有11200輛氫動力汽車已經上路,駕駛員可以從市場上的幾款汽車中進行選擇。由于氫在倉庫使用上的特殊優勢,目前使用的氫叉車超過2萬輛。2015年,當國際能源署發布其氫燃料電池技術路線圖時,第一輛商用氫動力FCEV剛剛推出,僅有80個加油站(IEA, 2015)。目前有381個加氫站在運行(AFC TCP, 2018)。目前,日本已安裝了約27.5萬套天然氣燃料電池熱電聯產系統,據報道,燃料電池的成本約為2015年水平的三分之一(相當于2005年水平的十分之一)。燃料電池的耐用性可達1萬小時,據報道,穩定的燃料電池可運行8萬小時。
近年來,用于能源和氣候目的的氫生產項目激增。自2000年以來,全球大約有230個項目投入運行,將電能轉化為氫氣,用于一系列能源和氣候應用(圖4)。2017年和2018年投入使用的水電解槽的資本成本約為每年2000萬至3000萬美元,與之相關的儲罐、加氫基礎設施、管道和其他設備的投資推動了項目總投資的進一步增加。在這些項目中,堿性和質子交換膜C -D電解槽都是常用的:最近的項目傾向于使用 -,這可能反映出許多項目都是為低成熟技術測試環境,這些技術具有很高的降低成本的潛力。固體氧化物電解槽有望提高效率,也正開始進入這一市場。到目前為止,這些已安裝項目的電解槽尺寸都不超過10兆瓦(MWe)(模塊為2-4 MWe),而且通常要小得多。 然而,一個20MWe的項目目前正在建設中,幾個項目建議超過100MWe的里程碑。一些項目已經證明氫進一步轉化為合成甲烷、甲醇、氨和其他氫基燃料和原料。
自2000年以來,已有M家工廠開始從以化石燃料為基礎的氫生產中收集二氧化碳,用于工業用途,不過預計接下來的此類項目幾年內不會啟動。在此期間,渦輪機也被開發成100%燃燒氫用CCUS進行煤氣化生產。
這些項目大多在北美,但也有法國、日本和阿布扎比的例子。雖然有些企業將捕獲的二氧化碳用于工業用途,但大多數企業將其儲存在地下,要么通過提高采收率,要么通過專門的地質儲存。
雖然大多數這些項目得到了包括研究預算在內的直接公共支持,但它們涉及公共和私營部門的合作伙伴,這些伙伴已證明這些技術是有效的,并對如何管理項目風險和合同方面的考慮有了更多的了解。今天,許多利益攸關方都認為,燃料電池、水電解槽、氫燃料加注和氫渦輪機等技術目前主要是在等待大規模的需求和標準化,而不是進一步的技術發展。
燃料電池的成本,特別是,預計將大大受益于大規模生產。
盡管支持氫投資持續增長的因素比以往任何時期都要強大得多,也更協調一致,但仍需要應對重大挑戰。克服這些挑戰將是啟動有利于其他清潔能源技術的氫的良性循環的關鍵:
(a)政策支持和監管改革刺激低風險應用領域的先行者;
(b)良好的業績記錄吸引私人資金,使政策能夠從直接支助轉向以市場為基礎的獎勵;
(c)對部署的高而廣泛的期望打開了公共和私人對長期基礎設施和制造業的投資;
(d)創造一個數十億美元的市場,通過競爭和創新來刺激降低成本;
(e)客戶、投資者和供應商相互依賴技術,提供長期穩定。
世界各地的決策者和企業目前正在與廣泛的利益攸關方合作,以應對挑戰,并降低目前通過上述前兩項措施進展緩慢的風險。這些挑戰可以分為三類。
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