氢的绿灯:水和气候的好处可以加速向清洁能源的未来转变

绿色氢气是一种领先的清洁能源技术,可以加速煤炭和核电等肮脏,危险和水喷射的电源的过渡,以可靠,价格实惠的能量,有助于解决气候危机。

公用事业公司、政策制定者和许多国会议员仍然没有意识到当前的形势有多危险。以上所有“能源政策是,鉴于它将继续依赖所有可能的能源来源,包括过时的化石燃料能源。有三个关键的限制因素应该会迫使资金枯竭计划的支持者改变方向:气候紧急情况导致的水资源短缺加剧,运营高排放能源设施的成本上升,以及对公众健康的威胁日益加剧。

可以成功地遏制碳排放的清洁能源解决方案,储蓄对其电力账单的利率支付金钱,减少对水供应的不利影响,是绿色氢气。它是生产氢的最佳方法,使用风,太阳能或水电将氢从水中分离氢气。

最终,能源部门最严格的竞争将在绿色氢气和电气化之间,而不是绿色氢气和常规衍生的氢气产生。绿色氢还预计将在十年内与化石燃料衍生的氢气赢得成本战斗。

氢的阴影

氢气可以有助于脱碳关键部门,包括长期电力存储,长途运输和运输和某些类型的制造。但燃料源不容易获得,而不是所有生产方法都是平等的。

目前有七种用颜色编码的氢生产衍生物:

  • 绿色氢:从水中氢气,使用风,太阳能或水电作为能量输入
  • 黄色的氢:使用太阳能的绿色氢气子集
  • 黑氢:煤制氢,使用煤气化
  • 灰色:氢气来自天然气中的甲烷,利用天然气作为能量输入,二氧化碳释放到大气中
  • 蓝色氢:氢气来自天然气中的甲烷,分离出来的二氧化碳被捕获并储存在地下或用于制造燃料
  • 绿松石氢:氢气从天然气中的甲烷转化为氢气和固体碳
  • 粉红色的氢:氢从水中提取,利用核能作为能源

改革改革过程

如今,无论是在美国还是在全球,几乎所有的氢都是通过一种称为蒸汽-甲烷重整的过程从天然气中获得的。1天然气主要由甲烷、碳和氢组成。重整过程需要蒸汽,镍作为催化剂,2以及能源来源,通常是天然气厂3.来产生蒸汽。

在这个过程的最后阶段,二氧化碳被从氢中除去,形成了几乎纯的氢。二氧化碳废物通常被释放到大气中,加剧了气候危机

在美国,每年大约生产900万吨氢气,主要用于提炼、处理金属,如制造不锈钢,以及食品加工。5.加州、路易斯安那州和德克萨斯州为美国市场生产了大部分氢气。6.如果运输部门使用这么多的氢,它可以为3000万辆汽车提供燃料,7.对减少车辆碳排放的主要影响。

1936年在英国首次引入的技术革新有着悠久的历史。8.在19世纪70年代后期创建的技术,直到20世纪70年代是氢电解槽 - 将水分离成氢气和氧气。9.

历史上,使用液体电解槽的碱性电解槽是主要和唯一的设计。新的,更简单的电解槽品种正在开发中,这可能有助于降低成本和提高不使用化石燃料生产氢的可行性。

甲烷热解利用电能产生热量,即天然气或甲烷的热分解,10.并且可以由可再生能源提供动力。这个过程将甲烷分解成氢气和固体碳,而不是二氧化碳气体。固体碳还可以用于制造业,比如替代汽车车身的钢铁。

核电行业将现有和新建核电机组的氢生产视为一种额外的收入来源,以保持其能源在经济上的可行性。11.但这一过程是一个主要的水消耗-这不是一个现实的战略在长期。

水资源短缺、能源和气候危机

考虑中的许多制氢方法可以显著减少电力部门对美国供水的不利影响,由于气候危机,美国的供水正在减少。全国各地的一些主要公用事业公司都面临着水资源短缺的问题,这凸显了它们对耗水量大的电力资源的依赖必须结束的原因。

美国东北大学(Northeastern University)和德国地球科学研究中心(German Research Centre for Geosciences) 2017年的一项研究发现,由于气候紧急情况,美国的电力生产面临着水温上升和资源匮乏的风险。12.2021年标准普尔全球市场情报(S&P Global Market Intelligence)显示,到2030年,美国近70%的天然气电厂——超过60%的核电机组——和45%的燃煤电厂将“面临中高到极高的水资源压力”13.

Duke Energy和Xcel Energy一世由于成本和对气候的影响,他们的商业计划中充满了天然气,14.但水也应该是一个核心问题,监管机构在权衡新建筑的审批时也应该考虑到这一点。

天然气基础设施——超过100万个设施,包括压缩机站、加工厂和油井,15.其中近700,000个是液压骨折井,16.以及300万英里的输油管道17.由于采用了被称为水力压裂或压裂法的天然气开采方法,天然气消耗了大量的水。

石油工业采用相同的油萃取方法,两种方法都释放了大量的碳排放量即使是使用碳捕获技术的蓝色氢,康奈尔大学和斯坦福大学的研究人员也没有看到气候效益,他们得出结论说,“蓝色氢最好被视为一种干扰,它可能会推迟真正实现全球能源经济脱碳所需的行动。”18.

根据Ceres的分析,从2011年到2015年的近60%的压裂井位于极高的水分压力2或高水压力地区。另外20%位于中等到高水压力地区。19.

发电厂的一次性水冷却系统先将水抽出,然后再将水排出,尽管温度更高,但还是要将水排入源。杜克大学(Duke University)表示,相比之下,水力压裂中使用的水基本上会流失到地下,或者在返回地面时,与含盐水和有毒物质的泥浆混合在一起。20.

在水限制的世界中,绿色氢垢是可能的

绿色氢现在正在与甲烷重整竞争。还有人认为核能是一种低碳的氢排放源。但是用水量是如何累积的呢?绿色氢气支持的以可再生能源为主导的电力系统将减少碳排放。

国际可再生能源机构(International Renewable Energy Agency)的数据预计,到2050年,满足所有氢需求的全球绿色氢生产所需的总用水量将达到每年3万亿加仑。这比美国整个能源系统(包括电力、乙醇生产和水力发电大坝水库蒸发)每年消耗的水量(3.5万亿加仑)还要少,大约是美国电力系统消耗水量的三倍。21.生产氢气所消耗的淡水将少于目前全球淡水消耗总量的1%。3

其他氢的水的使用可能对整体消费没有什么好处,所以绿色氢是对环境最好的选择。

氢与氢气 - 最佳选择的绿色电力

绿色氢气的主要竞争对手现在 - 和最便宜的氢气生产方法,灰色氢气 - 是甲烷重整,以产生自天然气的氢气,将二氧化碳释放到大气中。绿色氢的当前成本现在每公斤3至5美元,或2.2磅,22.但情况即将改变急剧改变。

分析人士逐渐形成了一个共识,即绿色氢将在10年或更短的时间内与灰色氢展开竞争,具体时间取决于地区。23.

在美国,绿色氢气将在2030℃下用蓝色氢气达到成本竞争力,此后不久呈灰色氢气,迅速导致对蓝色氢的需求较低。

为了帮助加速向绿色氢的转变,2020年12月,由全球最大的6家绿色氢生产商组成的一个财团宣布了“绿色氢弹弓”计划,以加速这一进程增加全球绿色氢的生产。24.这只是EWG发现的众多此类项目中的一个。(见附录A..)

粉红氢已经输掉了与绿色氢的财务竞争。现有核电站或尚未商业化的小型模块化核电站25.单元是正在考虑使用电解槽生产氢气的另一种选择。除了我们已经注意到的核电对水的巨大需求之外,EWG在6月份发布的研究报告显示,核电是多么昂贵,模块化机组的成本也没有得到缓解,其商业化还存在疑问。26.

联合市场研究公司(Allied Market Research)预计,从现在到2027年,全球绿色氢市场每年将增长近55%,或接近100亿美元。27.美国银行(Bank of America)预测,到2050年,绿色氢市场的价值将达到11万亿美元。28.

全力打造一个绿色的氢燃料未来

很明显,美国一项‘涉及上述全部’能源的能源系统主要由热,水冷煤炭、核能和天然气发电厂不再是可持续为我们的气候,我们的水供应,减少不良的公共卫生影响的有害行为,如水力压裂结束,或者纳税人负担过重的经济福祉。

政策制定者、国会和其他支持这一失败战略的人,必须停止用补贴和紧急援助来支持碳捕获和核能,而转向将继续降低价格、提高效率的清洁能源选择。

很明显,绿色氢将很快成为一种普遍的成本效益高、对环境有利的清洁能源,可以提高电网的可靠性。与其将所有精力投入到失败的化石燃料和核能生产上,不如将所有精力投入到一个绿色的氢燃料未来。


尾注

一世在倡导组织的压力下,Xcel放弃了大型天然气厂的计划,转而争取两个产能因素低得多、可再生能源更多的小型天然气厂,为客户节省了6亿美元。https://www.startribune.com/xcel-drops-plan-for-big-new-gas-power-plant-in-becker/600072020/?refresh=true

2据CERES称,极高的压力意味着80%的可用地表水和地下水已经分配给城市、工业和农业使用。高压力意味着40%到80%;中等到高压力意味着20%到40%。

32015年国际可再生能源署(IRENA)《全球能源展望》(Global Energy Outlook)报告https://irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Dec/IRENA_Green_hydrogen_cost_2020.pdf的)据估计,到2050年,氢将提供全球最终使用能源的6%,即每年1.6亿吨氢,相当于30亿立方公吨水,即7925亿加仑水。

2021年,IRENA更新了这一信息,称到2050年,氢需要提供全球12%的最终使用能源,即每年6.13亿吨。这是2020年报告的3.8倍,即114亿立方米或水,相当于3万亿加仑。https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2021/March/IRENA_World_Energy_Transitions_Outlook_2021.pdf

2018年,南加州大学发布了有关美国的数据,电力系统戒烟和消费。The researchers found that the U.S. energy system (including power plants, irrigation and water use for ethanol production, and evaporation from hydro-electric dam reservoirs) withdraws 58 trillion gallons per year and consumes 3.5 trillion, of which power plants withdraw 90 percent, or 52 trillion gallons, and consume about a third, or about 1.2 trillion gallons.https://viterbischool.usc.edu/news/2018/08/how-much-water-is-used-to-fulfill-the-energy-needs-of-the-us/

IRENA得出的结论是,30亿立方米的氢气水相当于全球淡水使用量的0.08%。3.8倍的水量将占全球淡水使用量的0.30%。


参考文献

1https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-natural-gas-reforming# :::text=steam%2dmethane%20reforming&text=subsemented%2c%20in%20what%20is%20called ,carbon%20dioxide.%20和0%20mor%20氢。&Text =蒸汽%20Reforming%20caN%20bay%20be,%2c%20丙烷%2c%20升%20甲苯%20gasoline

2https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_production Steam_reforming_鼻中隔黏膜下切除术后()

3.https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/methane-steam-reforming

4.https://susteon.com/project/distributed-hydrogen-procuction-using-catlaytic-methane- vyrolys/

5.https://www.ecoglobalfuels.com/news/how-much-hydrogen-produced-united-states

6.https://www.ecoglobalfuels.com/news/how-much-hydrogen-produced-united-states

7.https://www.ecoglobalfuels.com/news/how-much-hydrogen-produced-united-states

8.https://www.ingentaconnect.com/content/matthey/jmtr/2016/00000060/00000004/art00009

9.https://www.scielo.br/j/qn/a/KyQvF9DMHK6ZJXyL5zQNy7N/?lang=en

10.https://susteon.com/project/distributed-hydrogen-procuction-using-catlaytic-methane- vyrolys/

11.https://www.spglobal.com/marketintelligence/en/news-insights/latest-news-headlines/not-bonkers-hydrogen-could-give-us-nuclear-plants-new-lease-on-life-63423340.

12.https://www.nature.com/articles/s41598-017-12133-9.pdf.

13.https://www.spglobal.com/marketintelligence/en/news-insights/latest-news-headlines/climate-change-poses-big-water-risks-for-nuclear-fossil-fueled-plants-60669992

14.https://www.ncwarn.org/2021/06/as-climate-emergency-grows-more-urgent-duke-supersize-co2-pollution/https://www.cpr.org/2021/02/24/xcel-energy-clean-energy-plan-natural-gas-transition-renewable-power/

15.https://www.fractracker.org/map/national/us-oil-gas/

16.https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=34732

17.https://www.eia.gov/energyexplained/natural-gas/natural-gas-pipelines.php

18.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ese3.956

19.https://www.ceres.org/resources/reports/hydraulic-fracturing-water-stress-water-demand-numbers.

20.https://Advances.sciencemag.org/content/4/8/8AR5982.

21.https://viterbischool.usc.edu/news/2018/08/how-much-water-is-used-to-fulfill-the-energy-needs-of-the-us/

22.https://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/20004-cost-电解 - 氢丙酮灌注https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen

23.https://www.greencarcongress.com/2020/07/20200716-ihs.html.https://about.bnnef.com/blog/green-hydrogen-to-outcompete-blue-everywhere-by-2030/

https://www.rechargenews.com/energy-transition/green-hydrogen-will-be-cost-competitive-with-grey-h2-by-2030-without-a-carbon-price/2-1-1001867

https://hydrogencouncil.com/wp-content/uploads/2021/02/Hydrogen-Insights-2021.pdf

24.https://racetozero.unfccc.int/green-hydrogen-catapult/

25.//www.durexart.com/news-insights/news/why-small-modular-nuclear-reactors-wont-help-counter-climate-crisis

26.//www.durexart.com/news-insights/news/why-america-cant-afford-all-above-energy-policy

27.https://www.alliedmarketresearch.com/press-release/green-hydrogen-market.html

28.https://www.cnbc.com/2020/09/27/hydrogen-is-at-a-tipping-point-with-11-trillion-market-set-to-explode-says-bank-of-america.html

我们在一起

今天捐赠并加入斗争以保护我们的环境健康。

主题
了解这些问题