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牛津能源研究所发布《净零碳未来的储氢》报告
原文题名Hydrogen Storage for A Net-zero Carbon Future
牛津能源研究所(Oxford Institute for Energy Studies)
译者刘莉娜
发表日期2023-04-04
原文网址https://www.oxfordenergy.org/wpcms/wp-content/uploads /2023/04/ET23-Hydrogen-storage-for-a-net-zero-carbon-future.pdf
正文

4月4日,牛津能源研究所(Oxford Institute for Energy Studies)发布《净零碳未来的储氢》(Hydrogen Storage for A Net-zero Carbon Future)报告,评价了纯氢储存、合成烃、化学氢化物、液态有机氢载体、金属氢化物和多孔材料6种储氢方案特征,在此基础上探讨了净零碳未来储氢投资亟需关注的问题,并就如何解决潜在的储氢投资风险提出政策建议。

1 储氢方案

(1)纯氢储存。可以通过两种方式实现,氢气被压缩或液化。纯氢储存并不是最经济的选择,但这种方案有其优点,一是物理储存是目前最成熟的储氢技术,二是保存后可以直接使用纯氢技术,不需要任何转换。

(2)合成烃。将氢转化为合成氢化合物并在利用时进行回收。这种方案通过将可持续生产的氢气与捕集的碳(来自空气或工业过程)相结合,形成一种比氢气本身更容易储存和运输的燃料,比如甲烷、汽油、柴油。当需要提取氢气时,分离碳并输送到合成碳氢化合物的生成点,形成“封闭”循环,使整个过程碳中和。

(3)化学氢化物。这一方案比合成燃料种类更多,储存方式与合成烃类似。主要优点是能源成本低、不需要基础设施开发。

(4)液态有机氢载体。通过化学反应吸收和释放氢气的有机化合物。储存过程中,随着基本物质的转化(即加氢)转变为载氢物质(即加氢)和反氢物质(即脱氢),基本物质保持不变,可在循环过程中继续使用。这种方案不仅形成碳“封闭”循环,而且在环境温度和压力下保持液态,大大简化了保存条件和所需的基础设施,更易储存。

(5)金属氢化物。可用于稳定储存浓缩固态氢的一种广泛材料。它们将储存的氢气与金属、类金属、合金元素等结合起来,并允许在所有存储中获得最大体积氢密度。此方案在运输上会受到限制,但相比有更多的储存选择,风险低、稳定性高。

(6)多孔材料。这一方案主要受到研究人员和商业倡议的广泛关注,多用于应用示范,比如燃料电池汽车,以更安全和更有效的方式进行氢气储存。

2 储氢投资亟需关注的问题

(1)储氢方案选择。①上述6种方案各有其优缺点。例如,以被压缩或液化形式的纯氢储存保证了最大重量,但氢气体积密度方面考虑不足。金属氢化物,尤其是氢化铝,提供了最高的氢气体积密度,但在确保重量时存在短板。②决策过程中除了考虑这些关键特征,还需关注每种储氢方式下储存容器的规模与类型。

(2)技术与工艺亟需考虑的问题。①并非所有被看好的潜在储氢方案在技术、市场和商业准备方面都成熟。考虑技术时,纯氢储存被视为首选方案,合成烃、化学氢化物、金属氢化物和多孔材料等作为备选方案。考虑零碳工艺过程时,这些方案还需考虑元素氢化物、甲醇和氨以及碳纤维和纳米管的碳活性等问题。②将储氢安全性和稳定性纳入考虑范围,储存物质本身的毒性、腐蚀性、易燃性等问题也需关注。

(3)储氢投资的不确定因素与障碍。①选择特定储氢方案投资时,成本是关键因素。基于储存过程的相似性,调整目前用于天然气的地下设施是成本最优选择,但其运营和维护成本高,储存规模方面缺乏灵活性。纯氢储存的运营和维护成本中等,但其成本费用较高。②确保氢气在脱碳过程中发挥关键作用,可将中小型氢气储存方案(不包括纯氢储存)与大型储存方案形成互补。

3 政策建议

(1)储氢业务模式。①储能方案选择。每种储能方案具有各自独特的优点,同时也有难以克服的困难。因此,每种方案都有可能在未来得到发展。在同时考虑成本效益和运输性的情况下,可以选择合成烃和化学氢化物。②储氢对投资者更具吸引力,可通过多种方式形成氢储存商业化模式,主要包括中央协调模式、监管模式、市场模式。

(2)储氢政策。可行的商业模式需要政策和商业干预,以便更有效地在政府和私营企业之间规避风险。①政府鼓励私人企业提供储氢或向供应商购买储存服务。主要包括以合同为基础的成本与收入管制模式;规定氢气生产商或用户有义务进行氢储存;为最终用户提供储氢补贴。②在如何解决储氢风险问题方面,一是解决储氢价格风险问题需要将焦点落到以合同为基础的储能方案上;二是与价格风险类似,需求风险需要通过各种业务模式来解决,比如向储氢用户提供可用性支付;最后需要选择最优的储氢商业模式来应对储氢风险的不确定性。

文献类型快报文章
条目标识符http://gcip.llas.ac.cn/handle/2XKMVOVA/274457
推荐引用方式
GB/T 7714
牛津能源研究所(Oxford Institute for Energy Studies). 牛津能源研究所发布《净零碳未来的储氢》报告. 2023.
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