一条通往一个更绿色的未来# GetTheFutureYouWant 2低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023能源转型和全球对可持续发展的迫切要求促使组织探索新的能源模式和解决方案。低碳氢正在获得认可，成为加速工业和重型交通等高排放部门脱碳的可能途径之一。包括美国、中国、日本在内的许多国家以及许多欧盟国家都宣布了重大投资以加快其发展。然而，今天氢的主要生产途径仍然依赖于化石燃料的使用。向“低碳氢”的转变可以避免目前传统生产的氢每年排放的8.3亿吨二氧化碳，1对确保清洁能源未来的重要贡献。国际可再生能源机构（IRENA）总干事Francesco La Camera评论道：“具有成本竞争力的低碳氢可以帮助我们建立一个有弹性的能源系统，该系统在现代技术上蓬勃发展并拥抱创新解决方案适合21世纪。”2 这种燃料来源正在整个价值链中创造新的商业机会——包括替代收入来源以及新的商业模式——但它必须提供如果企业认为碳基氢的长期可行性，那么碳基氢的经济竞争力替代品。为了了解组织如何利用低碳氢的潜力，我们在 13 个国家/地区进行了一项全球调查，来自能源和公用事业 （E&U） 公司的 500 名高管和来自终端用户行业的360名高管，包括重型运输，航空，海运，钢铁，化工和炼油3.为了补充定量见解，我们还对供需方组织、初创企业、风险投资 （VC） 组织、学者、研究人员和监管机构进行了 20 多次深入访谈。介绍 3低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023在本报告中，我们将探讨五大主题12345低碳氢的脱碳潜力发展的商业模式,以及现有的和新兴的用例低碳投资氢，从监管/政策和组织角度整个价值链的主要挑战和主要障碍加速低碳氢项目的关键业务、组织和技术因素介绍 4低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023在全球向脱碳转变的支持下，氢作为能源载体越来越重要，特别是对于不直接使用电力的高排放行业。我们研究中的大多数组织都认为，低碳氢将是实现排放和可持续发展目标的长期贡献者：•63%的能源和公用事业（E&U）组织认为它是经济脱碳的关键工具•62%的最终用户组织希望将低碳氢引入其业务的碳密集型部分•E&U组织预计，到2050年，低碳氢将满足高达18%的能源需求随着政府的支持、可再生能源成本的下降、技术的快速进步以及对脱碳和可持续能源解决方案的日益关注，对低碳氢的需求预计将成倍增加。采用传统氢气的行业应用，特别是在石油精炼、化学品和化肥以及钢铁中，具有采用低碳氢的巨大潜力。对氢的需求远程地面机动性（重型卡车、长途客车）、长途航空（特别是可持续航空燃料 （SAF））或海事等新应用预计将增加。我们的研究表明，大多数（64%）的E&U组织计划到2030年投资低碳氢计划;和十分之九的计划做所以到 2050 年。平均而言，占年度总量的0.4%执行概要 5低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023收入由E&U组织指定用于低碳氢。投资正在流入整个氢价值链，尤其是发展领域具有成本效益的生产技术（52%的组织投资），电解槽和燃料电池（45%）以及氢基础设施（53%），以帮助创造替代收入来源并帮助脱碳工作。从监管方面来看，全球80+国家通过氢能政策或路线图支持清洁氢生产，或通过补贴或排放交易计划为低碳氢项目和研发提供支持，或通过对碳密集型氢征税。然而，仍然存在重大挑战。如今，低碳氢的生产成本是碳基氢的2-3倍。此外，整个价值链的储存、运输和能源损失增加总运营成本 （TCO）。最后，技术、工程、基础设施和技能相关挑战也是更快速地采用氢气的障碍。虽然低碳氢的新兴市场既高度复杂又分散，但它具有真正的脱碳潜力。抓住这个机会，降低成本，并快速扩展，组织需要解决三个方面：•战略：为了扩大氢气生产，公共和私人参与者必须共享投资，客户需求必须强劲。组织应从可持续性和总拥有成本的角度评估新的业务模式。为了实现这些模式，定义一个致力于低碳氢生产的治理结构，同时关注教育执行概要 6低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023和upskilling项目是必需的。•技术：组织必须利用技术和数字工程的潜力来缓解与资产级碳强度测量、成本优化、效率、安全性、绩效、盈利能力和实时决策相关的挑战。数字孪生、人工智能 （AI）、分析和区块链等技术可以通过对各种场景进行建模来帮助解决这些实施挑战，以最大限度地提高投资回报率，并允许在整个过程中进行数据驱动的决策生命周期和整个生态系统。•生态系统：最后，为了成为最终用户组织的首选合作伙伴，并将低碳氢作为一种可行的替代方案，组织应与电解槽供应商、可再生能源生产商、存储供应商和供应链实体建立合作伙伴关系，以促进大规模生产。执行概要 7低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023“虽然仍处于早期阶段，但我相信氢有潜力成为最成熟的可再生能源技术之一，能够加速我们向可持续能源的过渡。安·罗森博格联合国全球契约可持续发展目标雄心的联合创始人 8低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所202322低碳的氢是什么?氢是宇宙中最简单、最轻、最丰富的元素。它不是自由存在于自然界中，而是使用一系列提取和生产技术从化石燃料、可再生能源和核能等来源生产出来的。氢的宝贵属性 - 例如每单位质量的高能量含量（是汽油的三倍）4 使用点缺乏一氧化碳排放;以及作为电力存储介质的潜力——使其成为有吸引力的能量载体和燃料。此外，它能够以各种形式（气体、液体，甚至转化为其他分子）储存和运输，使其成为脱碳的强大推动力——无论是在在生产过程中。图1突出显示了各种制氢方法及其相关的碳强度。虽然氢的颜色是分类生产途径的有用方法，但更重要的是产生的碳强度，即使在给定的颜色内也可能显着变化。低碳的氢要使氢气生产被视为低碳，它必须低于欧盟提议的排放阈值，即每公斤氢气3.38千克二氧化碳当量。5，比预定义的化石燃料比较器低70%，包括运输和其他非生产性排放。6 在美国，根据IRA获得氢气生产税收抵免资格的相应碳强度值为4.0 kg CO e / kgH。7虽然22能源系统和最终用途的应用程序。然而，并非所有的氢都是平等的。目前，大多数氢气是通过天然气的蒸汽甲烷重整产生的，排放出高水平的二氧化碳低碳氢也可以包括生物质热解，在这项研究中，我们的主要重点是可再生或核能电解生产的氢气，不排放碳或边际碳。是什么低碳的氢吗? 9低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023主要来源煤炭天然气生物质可再生能源核关键生产技术*气化鼻中隔黏膜下切除术后蒸汽甲烷重整()#具有碳捕集、利用和封存功能的 SMR （CCUS）#热解热解电解电解大量的公司211 - 13公斤排放的CO生成3 - 6公斤2每公斤释放H25公斤11公斤0.03–0.37公斤储存固体碳的生物质热解是一种负排放技术**没有或边际产生二氧化碳没有或边际产生二氧化碳2低碳氢（每公斤氢气生命周期排放 <3.38 千克二氧化碳）也叫......棕色灰色蓝色绿松石氢氢氢超级绿色氢绿色的氢粉红色的氢2图1制氢的不同途径碳强度不同注：此图表涵盖了目前使用的主要制氢方法。*有关不同制氢技术的更多详细信息，请参阅附录。** 生物甲烷、生物质、废物或废水的热解，以及随后的固体碳储存，是一种负排放技术，因为先前从大气中去除并在生物甲烷在热解反应或使用产生的氢气时不会释放，因此不会产生破坏气候的温室气体效应。#考虑到CCUS过程的效率，系统中的甲烷泄漏以及全球变暖20至100年的时间范围，CO -eq排放量可能高于上述水平潜力（全球升温潜能值）。资料来源：凯捷研究院分析;世界经济论坛;国际能源署;能源城市;埃内尔;巴黎综合理工学院;氢能欧洲;凯捷，“低碳氢之路”，2022年10月。是什么低碳的氢吗? 10低碳氢:一条通往一个更绿色的未来01低碳氢是高排放行业脱碳的关键工具凯捷研究所2023 11低碳氢:一条通往一个更绿色的未来组织看低碳氢是能源转型的重要载体由 COVID-19 大流行引发的全球能源危机因持续的地缘政治紧张局势而加剧，这为低碳氢提供了支持。各地区的政府和组织也在寻求减少对化石燃料的依赖随着脱碳和加强能源安全的推进：•在我们的研究中，61%的能源和公用事业（E&U）组织认为，当前的危机导致各国重新考虑其能源结构。•近三分之二（62%）的E&U组织认为低碳氢可以帮助各国减少对化石燃料的依赖并促进能源独立62%的E&U组织认为低碳氢可以帮助各国减少对化石燃料的依赖并促进能源独立凯捷研究所2023 12低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023图2组织坚信低碳氢在脱碳方面的潜力将“取代我们业务中的碳密集型部分作为脱碳计划的一部分”列为探索的三大目标的组织百分比低碳的氢%组织同意的声明:“低碳氢是经济脱碳的关键长期解决方案之一”平均62%平均天然气公用事业63%75%化工和化肥海上运输钢72%71%64%公用事业公司 自来水公司 电力公司 多功能公用事业炼油、营销和分销（包括零售）67%61%57%81%重型运输航空石油炼制43%61%59%能源 替代能源 能源服务 综合石油和天然气 石油和天然气开采72%64%57%55%资料来源：凯捷研究院，低碳氢调查，2022年11月至12月;N=来自独特最终用户组织的360名受访者;N=447名来自独特能源和公用事业组织的受访者。 13低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023氢的使用将使大约15%不适合直接使用电力的经济脱碳成为可能。研究表明，通过使用低碳，欧盟、欧洲自由贸易联盟 （EFTA） 和英国每年可以避免 8600 万公吨 （MMt） 的二氧化碳排放量。钢铁、化工、化肥等行业的氢气，炼油等。8 大多数组织还认为，低碳氢将是实现排放和可持续发展目标的长期贡献者。联合国全球契约可持续发展目标的联合创始人安·罗森伯格说：“当前的形势提高了开发新能源技术的紧迫性，我对氢能的日益关注持乐观态度作为潜在的解决方案。虽然仍处于早期阶段，但我相信氢有潜力成为最成熟的可再生能源技术之一，能够加速我们向可持续能源的过渡。如图2所示:•62%的最终用户组织正在寻求低碳氢来取代碳密集型系统•化学品和化肥以及海运部门近四分之三的组织也在做同样的事情•63%的E&U组织认为低碳氢是经济脱碳的关键长期解决方案之一福特可持续发展、高级法规和产品一致性总监Wulf-Peter Schmidt说：“我们正在考虑在我们的物流和供应链中使用低碳氢（绿色氢）。例如，近零排放钢的基本条件是绿氢。但总的来说，绿色氢是确保各行各业实现碳中和的关键，这也是我们与不同合作伙伴和行业合作的地方。我们承诺成为先行者联盟的一员。 14低碳氢:一条通往一个更绿色的未来为了使能源转型取得成功，需要克服另一个紧迫的挑战：围绕可再生能源的间歇性。我们的调查显示，近四分之三（71%）的E&U组织认为低碳氢是一种可行的方法间歇性可再生能源的储能，充当电池，使太阳能和风能等可再生能源可用于更多应用。总部位于法国的氢能发电公司HDF Energy正在评估这一领域的新车型。亚洲区总监Mathieu Geze表示：“与我们Renewstable® 发电厂，我们将可再生能源、氢气和电池结合起来，为太阳能提供非间歇性的东西网 格。这些发电厂由间歇性可再生能源和长期现场氢能储存组成。这些项目的美妙之处在于，我们不在这些项目中出售氢气。我们出售千瓦时。氢气只是用来储存电力。南加州天然气公司（SoCalGas）正在与各种合作伙伴合作，为其科罗拉多州园区创建一个创新的绿色氢储存设施。现场的电解槽将使用可再生资源并生产绿色氢气，储存在燃料电池中，以按需生产可再生电力。9 与此同时，组织正试图找到解决方案与电力成本和效率相关的挑战气体(P2G2P)技术。71%的E&U组织认为，低碳氢是一种从间歇性可再生能源中储存能量的可行方法凯捷研究所2023 15低碳氢:一条通往一个更绿色的未来凯捷研究所2023到2050年，低碳氢在贵国能源消费总量中的预期份额25%22%22%21%21%21%20%20%18%17%16%14%14%全球 荷兰 印度 澳大利亚 法国 意大