电子燃料在运输脱碳中的作用

电子燃料在脱碳运输中的作用 国际能源机构 IEA检查全光谱 IEA协会国家： IEA成员国： 能源问题，包括石油，天然气和煤炭的供需，可再生能源技术，电力市场，能源效率，能源获取，需求方管理等等。通过其工作，IEA倡导将提高能源可靠性，可负担性和可持续性的政策31成员国,13协会国家和超越。 澳大利亚奥地利比利时加拿大捷克共和国丹麦爱沙尼亚芬兰法国德国希腊匈牙利爱尔兰意大利日本韩国立陶宛卢森堡墨西哥荷兰新西兰挪威波兰葡萄牙斯洛伐克共和国西班牙瑞典瑞士蒂尔基耶共和国英国美国 阿根廷巴西中国埃及印度印度尼西亚肯尼亚摩洛哥塞内加尔新加坡南非泰国乌克兰 本出版物和此处包含的任何地图均不影响任何领土的地位或主权，国际边界和边界的划定以及任何领土，城市或地区的名称。 欧盟委员会还参与了IEA的工作 资料来源：国际能源机构。国际能源署网站：www.iea.org Abstract 在这十年中，快速部署低排放燃料对于加速运输部门的脱碳至关重要。公路运输部门有重要的电气化机会，而航空和海洋部门的脱碳继续更加依赖基于燃料的解决方案。 从电解氢或电子燃料获得的燃料可能是一种可行的途径，并在2030年之前迅速扩大规模，这得益于廉价可再生电力的大规模扩张和预期的电解槽成本降低。低排放电子燃料可以增加航空和航运可用的脱碳选择的多样化，并且与生物燃料生产存在巨大的潜在协同作用，特别是以生物CO的形式。2利用率。 这份新的IEA报告对一系列新兴的电子燃料技术进行了技术经济评估。它评估了到2030年实现航空和航运电子燃料10％份额的宏伟目标在所需的成本降低，资源和基础设施投资方面的影响。 致谢、贡献者和学分 《电子燃料在脱碳运输中的作用》报告由国际能源机构能源市场和安全局石油工业和市场司和可再生能源司联合编写。该研究是由可再生能源部（RED）负责人Paolo Fral和石油工业和市场部（OIM）负责人Toril Bosoi设计和指导的，他们也协调了报告的制作。这项工作得益于能源市场和安全（EMS）总监Keise Sadamori的战略指导。 高级能源分析师(RED) Ila Hala领导了这项分析，也是该报告的主要作者。其他作者是JoseBermdez Meedez，Toril Bosoi，Alexader Bressers，Fracois Bries，Elizabeth Coelly，JoelCose，Larece Cret，Mathilde Fajardy，Ciar á Healy，Jeremy Moorhose和Yogs Om。詹妮弗·汤姆森提供统计支持和研究援助。Deve Mooeesawmy和Arielle Fracis提供了必要的支持。 IEA的高级管理层和同事提供了宝贵的意见和反馈，包括Timur G ü l，Uwe Remme，Simon Bennett，David Martin，Ronan Graham和Ilias Atigui。 IEA通 信 和 数 字 办 公 室 提 供 了 生 产 支 持 。 特 别 感 谢Jethro Mullen和 他 的 团 队；AstridDumond，Oliver Joy，Therese Walsh和Clara Vallois。Diane Munro编辑了报告。 IEA以外的许多专家提供了意见，并审查了报告的初稿。他们的意见和建议非常有价值。它们包括： 亚当·贝林-斯特恩碳工程Marc Bednarz CWP GlobalHerib Blanco独立分析师Angelique Brunon TotalEnergiesGabriel Castellanos IMOPierpaolo Cazzola哥伦比亚大学Nadiya Danilina -Schmidt TotalEnergies阿尔伯塔大学Matthias Deutsch Agora能源转型迈克尔·德怀尔能源信息管理局(美国) Anselm Eisentraut NesteJacinthe Frecon Axens托马斯Garbe大众AndresGuzman Valderrama KAPSARC John B ø gildHansen TopsoeSebastian Hirsz BPZaffar Hussain Agora能源转型Leandro Janke Agora能源转型Caroline Jung Carbon Engineering阿斯马拉·克莱因托普索安德烈亚斯·科普夫ITFVittorio Manente Aramco海外公司B. V.长井武彦经济产业部(日本)Ulf Neuling Agora VerkehrswendeTakashi Nomura ToyotaTorben N ø rgaard M ä rsk Mc - Kinney M ø ller零碳运输中心日本驻经合组织常驻代表团塞德里克·菲利普法国国际关系学院马泰奥·普鲁西都灵理工大学Fr é d é rique Rigas空中客车Sebastien Roche TotalEnergiesJean - Marc Sohier Concawe罗伯特·斯派塞BPZolt á n Szab ó乙醇欧洲Jacob Teter独立分析师Ram Vijayagopal Argonne国家实验室王伯君IATA 目录 执行摘要7第1章导言10第2章脱碳趋势13运输燃料需求13跟踪运输脱碳15生物燃料供应潜力16第三章现状与展望20什么是电子燃料？20当前状态22宣布项目22地理分布25政策环境27第4章.生产成本33厂房投资33电价34圈养可再生能源37CO成本₂原料39热集成41创新43第5章.部署分析46航空用10%电子燃料4610%电子燃料运输53第6章.所需资源60低排放电力60电解槽容量61CO₂原料62散装材料和关键矿物63水要求66土地要求68预期提前期69第7章政策考虑70附件73缩写和首字母缩略词73度量单位74 执行摘要 在这十年中，快速部署低排放燃料对于加速运输部门的脱碳至关重要。通过提高燃油效率和电动汽车（EV）的销售激增，道路运输中的化石燃料需求可能会大幅减少。与此同时，航空和海洋部门继续更加依赖基于燃料的脱碳解决方案。可持续航空燃料正日益成为航空燃料组合的一部分，而新船的订单正显示出替代燃料的趋势。 从电解氢或电子燃料中获得的燃料可能是可行的途径，并在2030年之前迅速扩大规模，以廉价可再生电力的大规模扩张和预期的电解槽成本降低为基础。这项研究不是情景分析，而是对一系列新兴电子燃料技术的技术经济评估。它评估了到2030年实现航空和航运电子燃料10％份额的雄心勃勃的目标在所需的成本削减，资源和基础设施投资方面的影响。 低排放电子燃料可以增加可用于运输的脱碳选择的多样化。电子燃料是低排放燃料，当它们的氢是使用低排放电力生产的，并且任何碳输入都是以导致低生命周期温室气体排放的方式获得的。在运输方面，低排放电子燃料为可持续生物燃料提供了补充解决方案。特别是在航空领域，电子燃料得益于其使用现有运输、储存、分销基础设施和最终用途设备的能力。 低排放电子燃料目前的生产成本很高，但到2030年，它们与化石燃料的成本差距可能会大大减少。到本世纪末，由于实现了当前全球宣布的电解槽项目，利用高质量的可再生资源和优化的项目设计，实现了成本的降低，低排放的电子煤油的成本可以降低到50美元/吉焦（2150美元/吨），这将使其能够与基于生物质的可持续航空燃料竞争。低排放电子甲醇的成本可降至35美元/吉焦(700美元/吨)，电子氨的成本可降至30美元/吉焦(550美元/吨)，使其成本与2010 - 2020年期间作为化学商品的化石甲醇和氨价格的高端相当，并为其用作运输的低排放燃料打开了大门。此外,用于航空的电子燃料的生产还导致作为副产物产生的电子汽油的量不可忽略。 低排放电子燃料虽然在2030年仍然很昂贵，但对运输价格的影响有限，只占10%。以50美元/ GJ的成本，电子煤油将使使用10％电子燃料的航班票价仅提高5％。尽管电子甲醇和电子氨的生产成本比电子煤油便宜，但它们作为运输燃料的广泛使用将需要对兼容的燃料基础设施和船舶进行大量投资。100％电子氨或电子甲醇燃料集装箱船的总拥有成本将比使用化石燃料的常规集装箱船高75％。尽管大幅增加，但额外成本仅占集装箱运输货物典型价值的1 - 2％。 由于几个转化步骤和相关的损失,电子燃料的生产通常受到低效率的影响,导致高资源和/或基础设施需求。到2030年，生产大量低排放电子燃料可能会引发每年约2 000 TWh的可再生电力需求。虽然显着增加，但在IEA的国家政策方案（STEPS）中，这将是十年来低排放电力增长的五分之一左右，而在宣布的承诺方案（APS）和2050年的净零排放方案（NZE方案）中，这一比例较低。低排放电子燃料的生产还可以释放偏远地区的巨大潜力，这些地区拥有高质量的可再生资源和可用于大型项目开发的大量土地，否则这些土地将不会有高电力需求。相比之下，要在航空和航运中实现10％的电子燃料份额，需要大幅增加电解槽制造，因为这将需要超过400吉瓦的电解槽容量，相当于到2030年全球电解槽项目管道的整体规模。 加快运输低排放电子燃料的部署将需要在加油基础设施和船舶上进行大量投资。要实现10%的运输份额，每年需要约70万吨的电子氨或电子甲醇。这是目前全球氨交易量的3.5倍或甲醇交易量的两倍。航运能力的额外累计投资将达到300 - 750亿美元，这取决于投资如何在氨和甲醇船舶之间分配。这将占2023 - 2030年期间累计造船市场规模的不到5%的份额。同样，加油基础设施的增量投资预计将达到100 - 300亿美元。 含碳的低排放电子煤油和电子甲醇将需要大量增加CO₂利用率。与生物燃料生产存在显著的潜在协同作用，因为副产品CO2来自生物乙醇和生物甲烷工厂的产品是最便宜的(20 - 30美元/吨CO2）来源。此外，来自可持续的生物来源，它们能够生产低生命周期温室气体排放电子燃料。 约200 Mt CO₂将需要生产10%的航空电子煤油份额，以及150Mt CO₂如果所有产品都以电子甲醇的形式生产10%的运输份额。不可能单独从低成本生物来源提供这种组合量,但可以从制浆中补充,尽管成本更高。在任何情况下,利用这种当前未开发的资源将需要从生物源的当前捕获体积的100倍以上的大规模扩展。 访问CO₂是含碳低排放电子燃料的重要制约因素，而电子氨的情况并非如此。The best windand solar resources are not necessary co - located with significant bioenergy resources,which puts additional constraints on siting e - fuel projects that required carbon input. Thismay require CO2管道基础设施。虽然技术经济可行，但它可能面临重要的社会接受挑战。 CO的直接空气捕获(DAC)₂可能提供潜在无限的CO来源₂没有地理限制的原料，但预计在2030年仍然是高成本的选择。相比之下，作为无碳分子，氨生产不需要CO2，因此对项目开发的约束较少。 为了实现广泛采用和贸易，电子燃料将需要满足既定的技术和安全标准和国际商定的测量生命周期温室气体排放量的方法。国际标准化组织（ISO），国际海事组织（IMO）和美国材料试验协会（ASTM）等国际机构已经为某些电子燃料生产和使用途径建立了标准，但氨质量和使用标准安全，甲醇安全和更高的电子煤油混合水平仍在开发中。需要进一步制定燃料质量、安全和生命周期温室气体排放的全面国际标准、协议和途径，以促进国际航空和航运的贸易和使用。随着电子燃料的新技术和应用的发展，这些过程也将需要持续的开发。 政府需要采取更大胆的行动来刺激对低排放电子燃料的需求。为了利用潜在的脱碳选择，在消费价格上涨有限的