在美国墨西哥湾沿岸解锁清洁氢气 ： “此时此地 ”

石油和天然气实践 在美国墨西哥湾沿岸解锁清洁氢气：“此时此地” 一个强有力的战略可以看到美国墨西哥湾沿岸到2030年成为世界领先的清洁氢中心。在未来三到五年内，可以做些什么来启动清洁氢经济？ 本文是Nikhil Ati，Filipe Barbosa，Abhinav Charan，Celine Guo，Jessica Li，Brandon McGee和Mim Tansamrit的共同努力，代表了麦肯锡石油和天然气实践的观点。 清洁氢气是在实现零净能源系统的全球旅程中至关重要-休斯顿被认为是全球清洁氢中心的可能中心。休斯顿未来中心的2022年报告讨论了美国墨西哥湾沿岸（USGC）清洁氢的长期供需计划，并为实现这一目标提供了关键的推动力。 有可能被选为两党基础设施法中概述的区域清洁氢枢纽。 在四个关键领域创造需求,利用IRA,采取联合方式可能是一个良好的开端。 仅在德克萨斯州，清洁氢的需求就可以达到每年2100万吨（MTPA），到2050年，这可能会使全球二氧化碳减少2.2亿吨（MT）。其影响超出了净零目标- 30％至60％的项目可能位于受影响最大的社区，创造了大约18万个直接，间接和诱导的工作。这将是重要的：到2050年，一个清洁氢中心可能会为德克萨斯州带来约1000亿美元的额外GDP。 采用清洁氢的四个重点领域 关键行业的需求创造将是启动该地区清洁氢经济的关键。根据其潜在的市场规模，与该地区的经济和禀赋的战略契合度，需求信号以及清洁氢的可能性，优先考虑了四个需求领域-氨，石化产品和炼油，地面运输以及电力和公用事业（图表1）。 最近的全球发展加速了对清洁氢的需求。COP27强调了世界需要朝着净零迈进，以限制全球变暖超过1.5 ° C。在COVID - 19大流行和乌克兰入侵的推动下，能源危机激起了能源转型的火焰，因为多个净进口能源国家寻求能源安全-主要来自清洁能源。 家用和出口用氨 清洁氨可能是清洁氢吸收最经济有利的部门之一，并且由于外国政府的脱碳计划和清洁能源采购而具有巨大的出口潜力。到2030年，国内使用和出口的氨需求可能达到3MTPA。 对清洁氢的推动将来自2021年美国两党基础设施法以及2022年美国降低通胀法案（IRA），该法案将以前所未有的方式支持氢生产经济，通过制定极具影响力的条款来开发和扩大气候友好型技术。 USGC的资源和位置使其成为蓝色和绿色氨生产的全球竞争对手。由于该地区的天然气，太阳能和风能资源，与国际同行相比，蓝色和绿色氨的生产成本在出口方面具有竞争力。蓝色氨可能是 对进口国来说比绿色更有吸引力，价格优先于碳强度水平，而随着农业部门走向脱碳，清洁氨可能会取代化肥中的灰氨。 2022年底，HyVelocity Hub -由行业，大学和领先的能源公司组成以及致力于推进德克萨斯州西南部清洁氢生态系统的组织Louisiana, and along the USGC - received a notice ofencouragement from the US Department of Energy. Thisnotice indicated that HyVelocity 石化和炼油 用于燃料转换用例及其加氢处理和加氢裂化过程的氢方法。 德克萨斯州是美国最大的产油州，也是承诺净为零的关键参与者的家园。 为运营脱碳和支持参与者实现净零目标的关键杠杆。 考虑到氢气作为原料的作用，我们估计到2030年对清洁氢气的潜在需求约为2 MTPA。如果燃料从天然气转换为清洁氢气用于加热起飞，则可以解锁超过1MTPA。 氢气是炼油和石化生产中许多制造过程的关键原料，该行业在整个USGC中都具有广阔的足迹。它也可以用于“燃料转换”，以替代炼油厂和石化厂的天然气加热。炼油厂可以考虑中心规模，清洁- 此外，优化中心规模的生产和共享基础设施可以帮助炼油和石化集群以较低的成本获得清洁氢供应。 地面运输 可再生能源和传统电力生产商面临的挑战-清洁氢气可以在常规发电脱碳和支持可再生能源发电方面发挥重要作用放大。 USGC拥有便利的港口和高速公路，是地面运输中清洁氢气显着减少二氧化碳排放的好地方。 得克萨斯州是主要的北美自由贸易协定（NAFTA），美国卡车运输以及具有港口和机场集群的贸易走廊的所在地。鉴于USGC拥有30多个具有适当激励制度的港口，这些可以帮助启动港口集群中的氢需求。 可以将氢混合设置在集群中，并具有高浓度的天然气发电厂（例如在休斯顿船舶通道中），并且可以将燃料转换用于具有高碳强度的某些工厂。也可以考虑计划进行淘汰改造的燃煤电厂，并与其他选择进行比较。 到2030年，重型卡车，港口drayage车辆和叉车可能需要每年100千吨（KTPA），这是由德克萨斯州公司的净零承诺推动的。 氢气可能是长期储能的一种手段，以支持间歇性可再生能源电力系统的扩大规模，利用东德克萨斯州的盐穹顶利用地质构造。 转向氢燃料电池汽车更具挑战性，因为这将需要新的资本支出投资。在短期内，叉车可能是一个不错的选择，而氢动力卡车可以长期用于重载，需要快速加油和长距离路线的用例。 到2030年，天然气电网混合和长期储能（支持可再生能源扩大规模）的预期需求为1 MTPA，这是由德克萨斯州拥有发电资产的20多家公司的净零承诺推动的。如果采用从天然气到清洁氢气的完整燃料转换，需求可能会大幅增长。 低排放燃料标准，车辆补贴和加油网络的共享基础设施可能会在2030年之前加速燃料电池汽车和内燃机汽车（FCEV - ICEV）的平价。 然而，与燃烧后碳捕获等其他脱碳选项相比，这些选项的经济学具有挑战性。氢气在某些情况下可能具有吸引力-例如，在具有高碳强度的工厂中进行燃料转换-或者它可以在支持扩大规模方面发挥长期储能作用可再生能源。具有共享自热重整(ATR)基础设施和其他基础设施修改支持的集群方法可以加速这一应用。 电力和公用事业 德克萨斯州是美国最大的发电州，许多生产商致力于减少碳排放。未来十年，德克萨斯州的电力需求预计将增加（人口增长推动每年1.5％至2.0％），其中大部分增长预计将来自可再生能源，尽管天然气仍将是能源结构的重要组成部分。管理间歇性和减少排放是两个。 尽管如此，优先考虑这四个部门以释放对清洁氢的需求取决于有效利用IRA，这可能会大大加快清洁氢的采用并提高其经济可行性。 潜在氢团簇 生产过程的生命周期碳强度（CI）决定了45V信用额度，该额度由美国能源部（DOE）开发的方法计算，并由美国国税局澄清。 在对高潜力需求行业进行优先排序之后，每个行业都出现了试点项目和重点领域，整个德克萨斯州都有潜在的氢集群（图表2）。 45Q信用额度为每体积捕获的二氧化碳，每吨二氧化碳60美元和每吨二氧化碳85美元的已使用和未使用的二氧化碳，资格期限为12年。 释放机会：利用《降低通胀法案》 IRA有望通过改善其经济性，使清洁氢变得更加负担得起，从而可以更广泛地采用。第45V和45Q节是《氢气法》中最重要的部分-前者涉及每生产单位氢气的信用额（每公斤价值高达3美元），而后者是2021年每捕获和封存碳的信用额的扩大。 蓝氢与碳捕获和储存（CCS）在理论上符合45Q和45V的条件，但是，这些信用额不允许合并为单个生产设施。由于蓝氢CI通常在1.5千克至 附件2 德克萨斯州可能会出现各种氢团簇。 如果可以满足目标CI，则每千克H2 2.5千克CO2，45V可能比45Q更有利。需要额外的规定来获得所述每公斤H2 45V信用额3美元。这可能需要减少上游排放或将可再生天然气（RNG）与常规天然气混合，因为RNG可能具有负CI，具体取决于使用的原料。 由于多种因素，包括由融资、劳动力、 没有补贴的绿色氢的均衡成本约为5美元/千克-到2030年比最初的估计高出72%。3由于液化气项目以及其他能源转型和脱碳项目(如可持续航空燃料[SAF]和碳捕获、使用、 绿色氢是通过可再生能源电解产生的；因此，它可能在45V（每公斤H2 3美元）的低排放边界。即使有45V的信用额度，绿氢的经济性也高度依赖于可再生能源的电价，因为电价占40～绿色氢气生产成本的60％。因此，确保具有竞争力的可再生能源成本至关重要。 and storage [CCUS]). To offset the increased cost, plantdesign and contract optimization need to be considered. 原料和设备供应：随着氢项目在美国和世界其他地区宣布，对关键原料和设备的需求将在未来十年增加，这可能导致供应链中断，意外的项目延误和预算超支-这可能会在高利率环境中进一步加剧。 IRA对清洁氢需求意味着什么？ IRA将加快氢气生产并进行各种应用(通过直接- forward, drop - in solution) quickly profitable and acceleratereleasing the hydror - demand timeline significantly. However,applications that still face technological and safety challengeswill likely remaining. 启动氢中心的创建 现在是USGC地区抓住清洁氢机会的时候了。鉴于清洁氢经济的优势，USGC参与者合作在整个氢价值链中建立强大的生态系统至关重要。 一旦IRA生效，氢就可以在以前优先使用的情况下具有竞争力，例如氨，炼油和石化。 IRA还可以提高美国向亚洲和欧洲市场提供清洁氨的竞争力。随着IRA支持的需求和项目的增加，应牢记新出现的风险： 财团方法可以帮助降低风险，加速增长，并为有志成为新兴清洁氢市场领导者的参与者创造规模经济（图表3）。 私营部门投资和公共部门资金的结合— —如两党基础设施法规定的区域清洁氢能中心计划— —可以显著加速USGC氢能中心和其他区域氢能中心的增长。 价格不确定性：清洁氢气的销售价格与工作的收入和利润直接相关。价格将由客户的支付意愿决定，并受到碳税，常规燃料价格（包括石油和天然气）等未来政策的推动。 There are also a number of actions that individual companiescan consider. Buyers could identify the demand, understandtheir supply options, clarify the 资本支出不确定性：麦肯锡最近的估计表明，无补贴的、平缓的 氢吸收；石化产品，可以使用氢作为替代加热燃料；地面运输以满足港口集群中的燃料需求；以及电力和公用事业，其中氢作为天然气的替代品可以在能源组合中占有很大份额。 承担时间表，并分析转换经济学。 另一方面，供应商可以识别先行者并锁定产品， 同时详细说明 商业命题和确定项目需求，如场地、基础设施需求、容量、设计和融资。 在这四个领域中的每一个领域中，IRA都是加速解锁氢需求时间表的核心。为了完成这一图景，公共和私人合作伙伴之间的合作可能会看到该地区成长为明天的氢中心。未来看起来很有希望-玩家现在应该采取行动，开始迈向净零的旅程。 清洁氢气的多功能性和可扩展性可能是USGC实现净零的过程中的游戏规则改变者。为了将该地区确立为氢气中心，它必须在四个关键领域创造需求：氨，它提供了最大的清洁潜力。 Nikhil Ati是麦肯锡休斯顿办事处的合伙人Filipe Barbosa是高级合伙人和Abhinav Charan是合伙人；席琳·郭是巴黎办事处的顾问；Jessica Li是芝加哥办事处的顾问；布兰登·麦基是沃尔瑟姆办公室的顾问；和Mim Tansamrit是曼谷办事处的顾问.