氢：炒作、希望还是努力？

Grattan研究所支持 GrattanInstituteReportNo.2023-13,December2023 本报告由TonyWood、AlisonReeve和RichardYan撰写。TarunChowdhary、BronwynSee和ChristinaGrant贡献了早期研究。 捐赠支持者迈尔基金会澳大利亚国民银行斯坎伦基金会苏珊·麦金农基金会 创始成员(2009) 我们要感谢Grattan研究所能源与气候变化计划参考小组成员的有益意见，以及众多政府和行业参与者以及官员的意见。 本报告中的意见是作者的意见，不一定代表格拉坦研究所创始成员、附属机构、个别董事会成员、参考组成员或审稿人的意见。作者对任何错误或遗漏负责。 关联合作伙伴斯坎伦基金会苏珊·麦金农基金会第三链接增长基金 GrattanInstitute是一家专注于澳大利亚公共政策的独立智囊团。我们的工作是独立的、实用的和严谨的。我们的目标是通过与决策者和更广泛的社区接触来改善政策。 高级附属公司袖口家庭基金会Medibank PrivateTrawalla基金会Wesfarmers 我们承认并庆祝我们在其传统土地上相遇和工作的第一民族人民，他们的文化是人类历史上最古老的文化之一。 有关Grattan计划的更多信息，或加入我们的邮件列表，请访问：www.grattan.edu.au。您可以在此处捐赠以支持未来的Grattan报告：www.grattan.edu.au/dond。 关联公司 Allens Ashurst波士顿咨询集团Maddocks麦肯锡公司PEXAUrbisWestpac 本报告可引称为：Wood，T.，Reeve，A.和Yan，R. (2023)。氢：炒作，希望，还是努力工作？格拉坦研究所。 ISBN：978 - 0 - 6457978 - 5 - 5 由Grattan Institute发布或以其他方式创建的所有材料均根据知识共享署名-非商业-ShareAlike 3.0未移植许可证获得许可。 Overview 氢可以帮助实现澳大利亚的减排目标并支撑经济增长机会。但是到目前为止，各国政府似乎更关心炒作澳大利亚的氢能前景并希望获得最好的结果，而不是做艰苦的工作 排放。但在目前的情况下，这一价格不太可能高到足以在2040年之前缩小成本差距。 第三是对这些商品的“绿色”版本的支持。最好的支持是一项行业政策，该政策从联邦政府的氢启动计划演变而来，并使用合同-差异-旨在通过承保部分额外生产成本来支持投资的合同-以帮助行业发展。 建立统一的产业政策，以适度，有针对性和及时地支持。 抓住氢能机会的最佳方法是对其工业应用做出战略选择，以利用澳大利亚在可再生能源和矿产方面的比较优势，并在现有出口产业的基础上发展。 氢最有前途的用途是生产氨，氧化铝和铁。这些应用可以有效且经济有效地使用氢，其规模可以支持不需要补贴的可行的长期氢工业。 应扩大该计划，以成为澳大利亚全面绿色产业政策的一部分。它还应支持使用氢以外的技术进行绿色商品生产。 政府每年的成本可能在6亿至20亿美元之间。奖金将是减少绿色氨，氧化铝和铁的国内生产以及出口行业的排放，这三种商品的前景都很强劲。 但在每种情况下，氢仍然面临“绿色溢价”-使用氢进行零排放生产的成本与常规生产成本之间的差距。 在机会不太确定的情况下，氢的其他用途往往具有复杂的供应链物流或面临竞争技术，或者两者兼而有之。这些用途应通过消除氢和竞争对手技术障碍的政策得到支持。 有三件事可以缩小这一差距。首先是更便宜的电力。氢成本是由电力成本驱动的，每个氢生产商 将需要了解其特定的电力供应链，包括与澳大利亚可再生输电网发展的潜在联系。 是时候认真对待氢了。本报告中建议的改革将为澳大利亚提供最好的机会，以建立一个可行的氢工业，利用我们的比较优势，与我们的财政能力相称，并且不会导致低效的补贴和贸易扭曲。 第二是更高的碳价格。重工业被保障机制覆盖，该机制规定了碳价格以压低 Recommendations 对氢机会具有战略意义 疏通施工约束 ∙设定了一个明确的目标，即发展一个氢工业，能够为澳大利亚工业提供可靠的低成本氢，这将增加最大的经济价值。 ∙州政府应协调和安排重大建设项目，以避免劳动力，材料和设备的限制。 适当使用碳定价 ∙首先专注于生产绿色氨，绿色氧化铝和绿色铁作为最有前途的氢气用途。 ∙2026-27年对保障机制的审查应该考虑更陡的基线下降、更高的价格上限和更低的门槛如何降低绿色溢价。∙碳泄漏审查应考虑碳边界调整机制（CBAM）在发展可行的绿色商品生产中可以发挥的作用。 使用中性合约来弥补绿色溢价差距 ∙将HydrogenHeadstart计划转变为合同差异计划，以支持澳大利亚绿色商品生产的增长。每年进行10年的反向拍卖。 消除其他部门使用氢气的障碍 ∙使用全行业政策，鼓励工业热，可持续航空燃料，甲醇，备用发电和长途公路货运的脱碳。 提供廉价、绿色、可靠的电力 ∙嵌入绿色氢气生产，并在电力系统规划中更充分地使用，包括氢气作为电网备用电源的燃料的作用。 排除政府对似乎不太可能证明可行的用途的进一步投资 ∙不要进一步投资于家庭和商业建筑、轻型汽车和炼油的氢气。 ∙继续通过新的可再生能源发电，存储和传输来降低澳大利亚的可再生能源成本。 目录 6 2氢需要政策支持才能成功。。。。。。.10 3评估机会。。。。。。。。。。。。。。.15 4先从氨、氧化铝、铁…….21 5政府应该做什么。。。。。。。。。。。。。。。.33 6氢的其他潜在用途。。。。。。。。.46 A氢的用途...............................54 1为什么氢很重要 氢是一种可以帮助世界脱碳的分子。它是一种重量轻，能量密集（按重量计）的分子，可以以零排放的方式生产和燃烧。像传统燃料一样，它可以在不同的时间和地点储存和运输使用。它也是重要化学物质的不可替代的组成部分，包括有助于养活世界的氮肥。 通常，这意味着通过电气化脱碳比使用氢气更便宜，原因有几个： ∙基于氢的方法通常涉及沿链的多个能量转化步骤。转化时的能量损失意味着基于氢的方法将效率较低，因此成本更高。∙绿色制氢需要可再生电力作为输入。在许多情况下，使用直接使用可再生电力，考虑到能源转换的惩罚。∙电力可以利用电网形式的重要现有基础设施，这些基础设施可以做得更大，以满足未来的需求。氢通常需要全新的专业基础设施。∙通过研究，开发和部署，可再生电力技术已经变得更加便宜，而低排放氢气生产技术才刚刚开始。 这些优势必须与目前氢气生产和供应的高成本相对应。氢气应该在技术和经济上最有意义的地方使用。这些用途可能比预期的要少。 在氢将在全球脱碳中发挥作用的地方，澳大利亚的氢可能会发挥巨大的作用。澳大利亚拥有重要但尚未开发的清洁能源比较优势-也就是说，与许多其他国家相比，我们拥有更大的可再生能源资源，但国内需求较小。我们巨大的矿产储量和靠近大型亚洲市场也是重要因素。在未来的脱碳世界经济中，一些能源密集型工艺可能会转移到澳大利亚，而氢气将是其中一些机会的关键。 鉴于这些现实，最好的脱碳决定通常是“为我们所能提供的一切电气化，并在我们不能使用的地方使用氢气”。 自2019年澳大利亚第一个国家氢战略发布以来，人们对氢在脱碳中可能发挥的作用的理解有所提高。 但氢很可能会在一些脱碳活动中发挥作用，因为: ∙在一些工业过程中需要氢作为分子或原料。在这些情况下，没有替代品。∙在某些应用中，氢可能能够替代化石燃料，以低于电力的成本实现高温工业供热。 1.1氢气是脱碳工具包中的一种工具 氢及其衍生物的技术和经济特征之间的相互作用将决定其在未来脱碳经济中的作用（参见下页的方框1）。 方框1：什么是氢？ 氢是元素周期表中最轻的元素。与天然气，汽油和柴油等化石燃料相比，它的重量能量密度更大，但体积密度更小。燃烧氢以热的形式释放能量，而只留下水作为副产品。 –燃烧以产生制造热量 –燃烧以使用蒸汽轮机发电； 2022年全球生产了约9500万吨氢气 –用于氢燃料电池发电； –大量使用以天然气和煤炭为原料的碳排放生产工艺-导致排放量超过900MtCO2-e（二氧化碳当量）。a澳大利亚每年使用天然气生产约0.5Mt的氢气，排放量约为50Mt的CO2-e。b –与其他元素结合产生化学物质，如氨和甲醇。然后这些可以作为燃料燃烧； 氢气目前用于生产氨（用于化肥和商业炸药），甲醇和其他化学品；并用于精炼运输燃料的原油。 –用碳合成以产生合成烃(例如用作喷气燃料的煤油)。 氢气可以通过两种方式促进脱碳： 有关氢的这些用例的更多信息，请参见附录A。 ∙脱碳生产用于其当前用途的氢气。∙在其他能源密集型过程中使用零排放氢代替化石燃料。氢可以是： 目前，生产氢气的最常见方法是使用天然气作为原料，这一过程会产生二氧化碳排放 –低排放的氢气可以通过捕获和储存二氧化碳（CCS）来生产-这通常被称为“蓝氢”-但这一过程并没有被广泛使用。零排放氢可以通过电解生产，使用水和100％的可再生电力-这通常被称为“绿色氢”。 a.国际能源机构(2023a，第13页)。b.DCCEEW（2023a）。 ∙在一些运输应用中，氢可能能够经济有效地替代化石燃料，并作为一种存储能量以平衡具有高比例可变可再生能源发电的电网的方式。∙氢及其衍生物是运输能源的一种方式。在能源可用性严重失衡的地方，它可能会使各国以氢为载体进行能源贸易的经济意义。 1.2氢可以帮助澳大利亚脱碳 澳大利亚根据2015年《巴黎协定》承诺到2050年实现零碳排放，这将需要在所有部门采取广泛的行动，这有助于我们的国内排放。 使用氢气的零排放过程将在澳大利亚的脱碳中发挥作用。我们估计氢气可以帮助澳大利亚减少高达8.6％的排放（见图1.1）。 1.3氢将帮助世界脱碳，澳大利亚可以发挥巨大作用 注：除2022年炼油外，所有数字均为2020年或2019-20年。这是对最大范围1国内减排的情景分析，如果技术上可以被零排放氢工艺取代的所有碳排放工艺都被取代，则可以实现减排（见附录A）。海洋运输和航空使用国内海洋和航空排放总量。的分类。 澳大利亚在脱碳世界中处于有利地位。将来，澳大利亚可以举办更多的能源密集型经济活动，因为我们拥有重要但潜在的清洁能源比较优势。它们包括： ofprocessesisbywhethertheyarelikelytorequiregreenhydrogentodecarbonise.Someminorusesaremutoredforspace.Thisisnotapredictionoftheabatementthatwillbeachievedbytheadoptionofzero-emissionshydrogenprocesses. ∙可再生能源与国内需求的比率高于许多其他国家；1 来源：Grattan分析ABS（2020），水泥工业联合会（2023），DCCEEW（2023a），DCCEEW（2023b），DCCEEW（2023c），DCCEEW（2023d），德勤和ARENA（2022），国际铝业研究所（2023），Kildahl等人（2023），McConnell等人（2023），落基山研究所（2020），Pardo和Moya（2013），USGS（2022），VDZ（2021，第11页）和世界钢铁协会（2023）。 ∙将继续需求的矿产资源（包括对能源转型至关重要的一些矿产资源），以及采矿方面的现有专业知识；和 第3章调查了氢的潜在用途，并解释了为什么政府应将其行业发展工作重点放在某些用途而不是其他用途上。 ∙接近不断增长的亚洲市场。 第4章介绍了政府应首先关注的用途：氨，氧化铝和铁。 第5章建议行业政策，以针对这些优先用途的初始支持为目标。 但澳大利亚也存在竞争劣势，例如较高的劳动力和建筑成本