氢气运输|开启清洁氢经济的钥匙 管理总结氢气运输/ 开启清洁氢经济的钥匙随着政策制定者和私人投资者越来越意识到燃料和原料将很快成为能源转型和脱碳努力的基石，资金正涌入清洁氢。但迄今为止，清洁氢经济的一个关键组成部分一直被忽视——从生产地点到使用点的清洁氢的大规模运输。这是一个需要解决的关键难题，因为最有利的生产地点通常位于偏远、可再生能源丰富的地区，而在高度工业化和人口稠密的地区，需求可能最高。我们认为必须紧急解决这一疏忽。全球供需中心很快将需要连接起来，以满足对清洁氢日益增长的需求，例如在钢铁生产中，但具有成本效益的氢运输方法仍然难以捉摸。高昂的运输成本显着增加了氢气的总体成本，对这一新兴行业的商业可行性构成了挑战。问题是如何提供可靠的大规模氢运输，以控制成本并确保清洁氢的经济竞争力。本报告提供了答案。我们评估了三种氢载体技术——液化氢、氨和液态有机氢载体 (LOHC)——并分析了它们的成本和可行性，重点是欧洲。我们发现，在易用性和成本方面，目前还没有一种万能的解决方案。选择取决于具体的用例、运输方式、距离和潜在的合作伙伴协同效应。此外，所有技术仍需要大量的开发工作。因此，我们认为它们可能会在短期内共存，最终成功取决于成本削减潜力、市场吸收速度和易用性。正如我们在建议中概述的那样，欧洲的公共和私营部门必须采取行动应对大规模氢运输的挑战。在出现主导技术之前，需要公众支持来开发和测试它们。与此同时，行业需要为运营商技术的提升做好适当准备，供应商必须致力于提高效率和清洁选择。那些行动迅速的企业将在定位和降低成本方面获得最大收益。 氢气运输| 3页内容4 介绍清洁氢提供了脱碳途径——只要它可以运输81技术解释和评估大规模氢运输方案132花费2025 年及以后的氢气运输技术比较233挑战可行的氢能运输需要巨大的基础设施投资254建议政府和行业必须做些什么来实现低成本的氢运输封面照片audioundwerbung/盖蒂图片社 10|重点吨介绍清洁氢气提供了脱碳途径——前提是它可以运输使用绿色电力推动我们走向无碳世界的想法非常有吸引力。电力来自可再生能源，用于为从家用电视到高速列车的一切供电。在此过程中，气候目标得以实现，化石燃料成为一种过去的。不幸的是，事情并没有那么简单。虽然绿色能源现在是电力结构的重要组成部分，但电力在整体能源消耗中的份额仍然微不足道。例如，可再生能源在 2020 年占整个欧洲电力结构的 38%，超过了化石燃料。但 2018 年电力在全球最终能源消费中的占比仅为 19%，并且处于停滞状态。重工业等部门需要大量能源来处理燃烧化石燃料产生的热量，这使得它们难以实现电气化，以及缺乏将绿色电力从生产区输送到需求区的电网基础设施，这在很大程度上是罪魁祸首.这就是绿色氢 (H2) 发挥作用的地方。它可以用作所有主要二氧化碳排放部门的可再生燃料或原料，包括那些无法直接电气化的部门。通过使用由可再生能源提供动力的电解生产气体，绿色电力作为能源载体变得更容易储存和运输，从而实现行业耦合。除了由可再生能源生产的绿色氢外，还存在生产低碳氢（所谓的清洁氢）的替代技术。这些包括例如蓝色氢是从化石来源产生但具有碳捕获能力，粉红色氢是从核能通过电解产生的。然后，清洁氢可以用作工业或移动应用中的燃烧燃料，或者在燃料电池中重新转化为电能。在原料方面，清洁氢可以在工业过程中取代灰氢，例如精炼。灰氢是目前最常见的形式制造氢气，通常由天然气在二氧化碳密集型蒸汽甲烷重整器 (SMR) 中生产。清洁氢的潜力是巨大的。在欧洲，到 2050 年，氢的总需求预计将增长到 4500 万吨以上。许多行业——从交通运输到供暖再到重工业——可能会在未来几十年寻求脱碳，投资于技术已经飞涨。事实上，清洁氢将成为能源转型和脱碳努力的基石全球。一个引入氢气传输以尽可能低的成本从全球生产基地向最终用户提供氢气将是绿色经济成功的关键。欧洲需求中心现场生产绿色氢气的潜力有限。首先，需要大量的绿色电力来为制氢电解槽供电。仅通过使用氢气直接还原铁，欧洲钢铁行业将转变为更环保的工艺，每年将需要多达 1000 万吨氢气。根据系统效率，为钢铁行业生产绿色氢将需要大约 60 GW 的电解能力和 120-180 GW 的可再生能源能力。从这些数字来看，德国目前的陆上和海上风电总装机容量为 63 吉瓦。其次，实现这种能力所需的物理空间很大，尤其是在可再生能源条件较差的地区。这样的空间很少可用。第三，扩大电网以输送如此大量的可再生能源是一项艰巨的任务。许多正在进行的高压电网项目面临延误，而这些延误实际上阻碍了欧洲更快的可再生能源建设。 氢气运输|5A：氢气市场欧洲的需求将显着增长，主要由氢在脱碳中的作用推动按行业划分的欧洲 H2 需求[MT H2]和所需的电解槽和资源容量[GW]氢气需求[m t H2]5040302010需要电解/RES容量（指示性）[GW]700600500400300200100002020203020402050流动性热电工业原料可再生能源 电解H2已经是一个相当大的市场，并被用作各个行业的原料今天的H2 供应主要由灰色 H2 从化石来源产生灰色 H2预计将被脱碳H取代2,例如绿色 H2由可再生能源生产H的增长2需求主要由新应用和脱碳 H 的使用推动2 在工业、热电和交通领域需要显着提高电解和可再生能源产能以满足预计的绿色 H2要求资料来源：罗兰贝格 6 |重点因此，绿色氢将在很大程度上在最具成本竞争力的可再生电力枢纽附近生产，例如北海的风电场或中东的太阳能园区。全球生产成本的差异很大，可再生资源丰富的地区和不太有利的地区之间的差异高达 250%。即使在欧盟内部，成本差异也很大，例如，西班牙和德国之间的差异超过 130%。1乙然后，氢气将通过陆运和海运运到需求量大的地区。但这里存在一个主要障碍——氢的大规模转化/再转化和运输目前是复杂的、能源密集型的和昂贵的。虽然投资已投入清洁氢气，但这些投资往往集中在氢气生产和最终用户应用上。交通作为“缺失的一环”，一直被忽视。然而，为了确保清洁氢在经济上具有竞争力并被广泛采用，必须迫切寻找新的运输解决方案。这一点尤其重要，因为运输成本可以构成最终氢气成本的很大一部分——因此也是公司的底线。本报告的主要目的是阐明不同现有运输技术作为清洁氢经济关键推动力的潜力。我们特别关注氢的端到端运输，而不是直接将合成燃料等氢基衍生产品运输到最终用户。因此，管道被考虑在内，但我们专注于三种灵活的氢载体技术：氨；液化氢；和液态有机氢载体（LOHC）。这包括一个基于未来可能出现的四种典型氢运输路线比较技术拥有成本的综合模型。这些范围从大型港口到港口从中东到欧洲的运输到长达 200 公里的小型卡车运输。最后，我们为政府和行业参与者提供建议，以改善基础设施、降低更广泛的氢成本并制定市场规则。这些清楚地表明，政策制定者、技术供应商、项目开发商和能源公司需要在未来几年采取更加专注的行动，以实现大规模的氢能运输，并使清洁氢经济成为现实。到目前为止，投资往往集中在制氢和最终用户应用。交通作为“缺失的一环”，一直被忽视。1IEA：氢的未来 氢气运输|7B：制氢地点具有成本竞争力的可再生电力和绿色氢气生产中心通常远离需求中心 [EUR/kg]指示性的到 2025 年 250 兆瓦电解厂的绿色 H2 指示性技术成本范围取决于风能和太阳辐射强度的地区对绿色氢气生产的吸引力 海上风电陆上风太阳能光伏（PV）资料来源：IEA、罗兰贝格北海4.23.9阿拉伯海湾2.42.02.72.4西班牙2.31.92.82.5智利澳大利亚2.62.3摩洛哥 8 |重点吨1/技术解释和评估大规模氢气传输方案o 建立清洁氢气供应链，挖掘偏远地区的低成本潜力，迫切需要可行的大规模清洁氢气运输解决方案。四种氢气运输技术潜力最大： 输送气态氢的管道；作为氨运输的氢；液化氢（LH2）；和储存在液态有机氢载体（LOHC）中的氢。这三种非管道技术被称为氢运营商。下面我们详细看看这四个。1.1管道（气态 H2）这个怎么运作：气态氢可以像天然气一样通过管道运输。在注入之前，氢气被机械压缩到管道的工作压力。这通常高于电解槽的出口压力。根据管道的特性和当地条件，氢气在到达目的地之前必须沿管道在一定距离处进行再压缩。此外，还需要储存设施（如盐穴或地上储罐）在供应不稳定的情况下进行缓冲。与天然气管道一样，带有输配电网的成熟氢气管道系统也需要计量站、控制阀和闸门来管理流量并确保向最终用户输送。现有的天然气管道可以重新用于运输氢气，而不是建造新的管道。将氢气注入现有燃气管网的问题也在讨论中，目前正在试点项目中测试高达 20% 的氢气混合物。优点：氢气管道运营成本低、使用寿命长，并且在欧洲和美国拥有成功运营的良好记录，通常超过数千公里。管道还可以作为存储缓冲区，特别是对于离网绿色氢气生产而言可以调整压力以确保持续供应——这是许多承购商的关键要求。与电力电缆相比，氢气管道具有更轻的环境足迹的额外优势。一条管道可以代替需要单独安装的多条电缆。现有管道的再利用也有利于公众接受。缺点：新管道的高初始资本成本构成了扩张的主要障碍，并且建设需要超过十年的交货时间。它还需要经过高度复杂的许可和授权程序。跨境管道的建设涉及额外的复杂性和合作。大量氢气也是实现可接受的利用率所必需的。此外，由于路线固定，如果不对配送基础设施进行额外投资，就无法供应许多不在管道沿线的消费者。此外，未解决的监管问题，例如围绕自然垄断、与天然气电网的合并或分离以及向消费者分配成本，也造成了很大的不确定性。最后，由于材料相容性，人们仍然担心重新利用旧天然气管道的可行性。毫无疑问，管道是输送大量氢气的低成本选择，并且它们将在未来清洁氢气的供应中发挥重要作用。然而，即使有专门的氢气管道，由于其固定路线和跨地区大规模氢气需求的高度分散，大量剩余氢气需求仍将无法供应。今天的大型消费者（化肥生产商、炼油厂、其他化工厂等）广泛分布在欧洲各地，未来将更加如此（例如，钢铁生产商、电子燃料工厂和移动应用、小型商业 氢气运输|9用户）。此外，管道将不是支持未来从欧盟以外的进口路线的可行或最具成本效益的选择。将需要更灵活的氢运输选择来填补空白并供应这部分市场。因此，本研究的重点是比较最适合灵活供应不在管网沿线的潜在承购商的技术，以及能够实现氢的长距离运输的技术– 氢载体。C1.2氨这个怎么运作：氨 (NH3) 是一种大宗化学品，通常由天然气合成，主要用作化学原料，例如在化肥生产中。但是，它也可以用作清洁的储氢介质。该介质是通过氢气和氮气（通过空气分离装置从空气中提取）反应合成液氨来生产的，其工艺与传统生产方法（Haber-Bosch 工艺）非常相似。然后可以在冷藏罐中运输液氨。一旦到达目的地，氨就会通过吸热裂解过程分解成其成分氮和氢。然后纯化所得的气体混合物，除去氮气并释放回大气中。尽管大多数传统氨是在进一步使用的地方现场生产的，但今天已经运输了氨。优点：氨合成是一种成熟的工艺，可用于清洁已经使用灰氢的氢气。这意味着传统的氨生产厂可能会进行改造以生产清洁的氨。直到 1960 年代，欧洲的大多数化肥都是由合成的氨制成的2IEA：生产氨和化肥：可再生能源的新机遇来自水力发电产生的氢气。后来，当天然气变得更便宜时，生产转向了天然气。2由于氨作为化学原料的广泛使用，储存、运输和处理这种物质的基础设施已经成熟。因为它是一种全球商品，所以标准已经存在。液氨还含有比这里讨论的任何其他载体更多的氢。缺点：氨是一种有毒液体，是空气污染的前兆，因为它会在大气中形成颗粒气溶胶。如果释放，它会对人类健康以及土壤和水质产生不利影响，其毒性可能最终限制在大规模工业之外的最终用途的应用。出于安全考虑，当局是否允许在人口稠密地区运输和使用氨是值得怀疑的。处理氨的主要港口和海轮出于安全考虑，当局是否允许运输是值得怀疑的以及在人口稠密地区使用氨。 10 |重点 NH3 H2 H2 H2C：领先的运营商大规模氢气运输最常见的路线清洁制氢，例如来自可再生资源用于储存和运输的氢气转化以及再转化取氢 1管