替代燃料與無(wú)碳制氫的作用

日本三菱重工集團(MHI)網(wǎng)站專(zhuān)題報道說(shuō)，可從氫氣在未來(lái)十年綠鋼產(chǎn)業(yè)中的作用，看到業(yè)界如何脫碳[1]。就無(wú)碳制氫技術(shù)而言，監管激勵降低成本，隨著(zhù)能源轉型專(zhuān)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，展示了可再生能源的未來(lái)。此文最初發(fā)表于《Energy Monitor》網(wǎng)上。

MHI高級執行研究員福泉靖(Yasushi Fukuizumi)說(shuō)，“最初觀(guān)察能源業(yè)務(wù)部門(mén)，可再生能源最容易部署。政府提供激勵措施，日本樂(lè )意采用太陽(yáng)能。”然而，日本島嶼上到處是山，可放置太陽(yáng)能電池板的平坦區域很少;政府不再提供補貼，部署速度就會(huì )顯著(zhù)放緩。

福泉認為，氫氣在未來(lái)綠色能源中越來(lái)越重要。他說(shuō)，“在我看來(lái)，氫氣才是能源轉型行業(yè)的下一個(gè)重大變革。我在2022年3月參加休斯頓CERAWeek小組討論時(shí)，發(fā)現石油和天然氣巨頭們討論這些理念時(shí)，都在認真考慮新能源。”

福泉說(shuō)，他看到的趨勢是，大型油氣公司開(kāi)始從現有的基礎設施和資產(chǎn)轉向無(wú)碳制氫。他是目前這類(lèi)公司中正在為減少二氧化碳覆蓋范圍所做工作的熱情觀(guān)察者。首先是捕獲二氧化碳，接著(zhù)轉向生產(chǎn)“藍氫”;所得利潤投資于新能源領(lǐng)域。他說(shuō)，“羅馬不是一天建成的。”

“其中肯定有某種經(jīng)濟意義?；诮?jīng)濟原理，碳中和的燃料，最具成本效益的能源是什么?不是從100%開(kāi)始，很可能最初是幾個(gè)百分點(diǎn)，然后逐漸增加。這是能源轉型行業(yè)的主要特點(diǎn)。”

未來(lái)十年氫氣的作用

然而，氫氣很難遠距離運輸。福泉解釋說(shuō)，“除非已有設計好的管路，否則，無(wú)法遠距離安全運輸那么多的綠氫能源。所以，往往是就地生產(chǎn)、就地消耗。”這意味著(zhù)，第一批充分利用氫能源的工業(yè)企業(yè)，制氫和消耗設施建在同一個(gè)現場(chǎng)。

“例如，液氨是可銷(xiāo)往世界各地的工業(yè)原料。但無(wú)論是作為原料還是作為‘液化’能源，往往就地生產(chǎn)、就地消耗。已經(jīng)建立擁有大型船舶運輸公司的國際市場(chǎng)。我認為，使用這樣的基礎設施，就能擴大液氨出口，綠氨的份額越來(lái)越高。起初綠氨的百分比總是很小的。”

“但液氨本身是綠色商品，已確證其‘碳中和’容量高，意味著(zhù)價(jià)格范圍在改變。所以，希望就地用氫氣為工業(yè)生產(chǎn)這種原料。這可能就是前進(jìn)的方向。”

綠氫煉鋼

福泉說(shuō)，一個(gè)已在轉型的能源密集型產(chǎn)業(yè)是煉鋼。他解釋說(shuō)，“例如，在鐵礦石產(chǎn)地澳大利亞，正常的業(yè)務(wù)是將鐵礦石出口到另一個(gè)國家，比如日本或德國，用燃煤高爐煉鋼?，F在，這些進(jìn)口商已經(jīng)開(kāi)始考慮多用電爐，首先用于回收的鋼材，然后用于新的煉鋼。”

“在鐵礦石產(chǎn)地澳大利亞已經(jīng)開(kāi)始考慮利用當地生產(chǎn)的氫氣。作為一個(gè)完整的供應鏈，在澳大利亞，煉鋼的這部分是綠氫，從制造綠色顆粒開(kāi)始，然后轉入下一步。接下來(lái)電爐用可再生能源制鋼，他們開(kāi)始逐步改變工藝。他們考慮得也更加切合實(shí)際，開(kāi)始部署電爐。”

業(yè)界考慮如何脫碳

為了實(shí)現全球快速脫碳目標，業(yè)界需要密切關(guān)注供應鏈中哪里可以減少二氧化碳排放量。MHI已經(jīng)開(kāi)始與客戶(hù)就此展開(kāi)討論，福泉解釋了MHI需要提前考慮的問(wèn)題。

他透露說(shuō)，“MHI現已收到日本和海外參會(huì )各行業(yè)的許多要求。”考慮到即將到來(lái)的監管議題，日本工業(yè)界非?？释^續他們的業(yè)務(wù)：希望為《溫室氣體(GHG)議定書(shū)》領(lǐng)域(SCOPE)1和2的減排做好準備[2]。在與他們見(jiàn)面時(shí)，MHI從一開(kāi)始就著(zhù)重節約能源，減少二氧化碳覆蓋范圍的利益和利潤。

“業(yè)界習慣投資于另外的節能設備，以尋求短期投資回報。必須在大約三年之內收回投資。但現在，對于二氧化碳排放而言，往往比這更久，甚至10年或15年。投資回報是長(cháng)期的，但肯定有助于二氧化碳減排。”

“下一步開(kāi)始考慮外部的碳中和能源，比如可再生能源。之后，不僅要考慮在日本的工廠(chǎng)，還要考慮地區性的生產(chǎn)。有很多供應鏈在南亞太平洋地區，許多日本實(shí)體公司在東南亞有子公司。因此，需要考慮削減整個(gè)‘領(lǐng)域’1和2，不僅在日本的工廠(chǎng)，還有在東南亞的工廠(chǎng)?？紤]減少二氧化碳排放時(shí)，必須包括全球整個(gè)供應鏈。”

有時(shí)，客戶(hù)可能希望在捐助項目中包括可選的“綠色項目”或二氧化碳減排。在一個(gè)特定的國家，通常都是有協(xié)議的，比如碳信用計劃。福泉指出，所有這類(lèi)戰略都需要加以權衡。

監管激勵降低成本

借助監管激勵可能有助于降低綠色產(chǎn)品的成本，在美國，拜登政府已經(jīng)向業(yè)界開(kāi)放了一些措施。福泉說(shuō)，日本正在考慮一種補貼制度，即對產(chǎn)業(yè)的財政支持，不限于資本成本，也包括運營(yíng)成本。此外，澳大利亞政府也在討論激勵措施。

福泉說(shuō)，“私營(yíng)/國營(yíng)部門(mén)更積極地將資金和財政援助投放到能源轉型業(yè)務(wù)中。”他預測，“還有一些地區激勵方案。不限于一個(gè)國家，而是國與國之間的雙邊協(xié)議。還可能會(huì )創(chuàng )建某些配套基金或類(lèi)似的東西。”

“雖然目前這只是個(gè)猜測，但已開(kāi)始看到苗頭，例如，新加坡就相當積極主動(dòng)。所以，他們想在東南亞建立信息中心，這就需要在他們的所在地建立碳中和的能源供應中心。到處可以看到國營(yíng)部門(mén)表現出這樣的積極行動(dòng)。”

能源轉型專(zhuān)家意見(jiàn)

三菱重工在與各個(gè)部門(mén)合作和協(xié)作方面處于有利地位。這種寶貴的經(jīng)驗可以幫助其客戶(hù)在“脫碳之旅”挑戰中順利航行。

福泉解釋說(shuō)，“MHI收到很多合作過(guò)的客戶(hù)的咨詢(xún)。根據過(guò)去與他們的業(yè)務(wù)關(guān)系，我們既是能源設備供應商，也是機械設備供應商。所以，MHI在應對產(chǎn)業(yè)部門(mén)、大型工業(yè)二氧化碳排放方面有悠久的歷史。”

“例如，鋼鐵業(yè)。MHI一直在為煉鋼工藝提供機械和發(fā)電設備，這些客戶(hù)是我們設備的大用戶(hù)，所以他們自然開(kāi)始向我們咨詢(xún)如何減少他們的二氧化碳排放。石油化工行業(yè)也是如此。”

MHI高級執行研究員福泉靖(Yasushi Fukuizumi)

“現在，這種能源轉型業(yè)務(wù)，可能并非來(lái)自電力供應商，而是能源用戶(hù)方，因為他們想認真考慮減少SCOPE 1和2;而后他們想知道，如何能夠做到這一點(diǎn)。MHI與業(yè)界的關(guān)系，可能是MHI能夠快速與他們進(jìn)行如此多互動(dòng)的原因。”

“MHI內部也有能力提供各種解決方案，包括二氧化碳捕俘系統。我認為，這就是為什么與另外的重要競爭對手相比，在談?wù)摱趸紲p排或能源轉型業(yè)務(wù)方面，MHI處于有利地位的原因。”

無(wú)碳制氫技術(shù)演進(jìn)

無(wú)碳氫氣技術(shù)領(lǐng)域，三菱重工在持續前進(jìn)，正在日本兵庫縣的高砂機械廠(chǎng)建造一個(gè)大型測試和驗證設施，稱(chēng)之為“高砂制氫園區”?，F場(chǎng)用水電解制氫。然后，把氫氣傳輸到儲存設施，再作為燃料傳輸給毗鄰的氫能源驗證設施。

福泉說(shuō)，“因此，使用方基本上已經(jīng)準備好。而在供應鏈方面還沒(méi)有準備好。MHI在美國猶他州的一個(gè)項目涉及綠色制氫設施，毗鄰就是天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠(chǎng)。MHI承諾提供氫氣，開(kāi)始與天然氣部分混合，作聯(lián)合循環(huán)，到2045年最終實(shí)現100%綠氫發(fā)電。這是個(gè)進(jìn)行中的項目，已得到美國能源部的貸款擔保。”

“MHI還在南澳大利亞州投資了一個(gè)綠氫/綠氨項目，名為H2U。與當地合作伙伴合作，嘗試如何才能以有競爭力的成本，快速為當地產(chǎn)業(yè)提供綠氫和綠氨。”

福泉解釋說(shuō)，通過(guò)承擔這類(lèi)項目，MHI能更好地了解市場(chǎng)，更準確地為提供服務(wù)設定標價(jià)和附加值。

展望可再生能源的未來(lái)

今冬，特別在歐洲，由于近期地緣政治緊張局勢導致的天然氣短缺，可能很快給那些依賴(lài)化石燃料生產(chǎn)能源國家的公民帶來(lái)真正的困難。其中一個(gè)解決辦法是能源組合更加多樣化，另一個(gè)辦法是加大可再生能源投資。即使有附加的費用，這條路線(xiàn)也能提供額外的能源安全。

展望未來(lái)，福泉認為，目前在風(fēng)能和太陽(yáng)能等傳統可再生能源領(lǐng)域，有前景的投資機會(huì )不多，因為生產(chǎn)商的利潤微薄。但金融行業(yè)仍在能源轉型領(lǐng)域尋找投資的機會(huì )。隨著(zhù)某些國家正在更多地關(guān)注安全問(wèn)題，企業(yè)的環(huán)境、社會(huì )和公司治理(ESG)方面可暫放次要地位。但福泉仍然相信，氫氣作為清潔燃料、能源載體和儲存介質(zhì)，是門(mén)好生意。照此看來(lái)，投資幾乎肯定會(huì )繼續下去。

見(jiàn)解與思考

1. 能源產(chǎn)業(yè)總體上是壟斷、半壟斷性的產(chǎn)業(yè)。能源轉型、產(chǎn)業(yè)脫碳，國家要拿出“真金白銀”，早規劃、早投入。其中，制氫在能源成功轉型中的作用不可或缺。因為它與液氨相結合，既可替代傳統能源資源(煤炭、石油和天然氣)，又可彌補可再生能源的間歇性，對環(huán)境沒(méi)有不利影響……

2. 能源轉型要考慮整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，要設計好監管激勵機制，不留“遺憾”;轉型過(guò)程是持續的，專(zhuān)業(yè)技術(shù)是不斷發(fā)展的，要同步、協(xié)調發(fā)展，要算經(jīng)濟賬。在這方面，日本和德國的經(jīng)驗、做法值得借鑒。2020年10月，日本宣布2050年實(shí)現碳中和目標，日本內閣會(huì )議審議通過(guò)了《第六次能源基本計劃》[3]。在該計劃中，氫能利用被視為實(shí)現碳中和的關(guān)鍵技術(shù)。

3. 我國能源產(chǎn)業(yè)鏈是完整的，但在無(wú)碳制氫產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域還有許多待定的問(wèn)題。工業(yè)和信息化部原部長(cháng)、中國工業(yè)經(jīng)濟聯(lián)合會(huì )會(huì )長(cháng)李毅中曾表示，發(fā)展氫能必須置于實(shí)現2030年二氧化碳達峰和2060年碳中和這兩大目標下，發(fā)展方向必須是無(wú)碳綠氫[4]。

參考資料與注釋

[1] MHI, Alternative fuels and the role of carbon-free hydrogen, 2023-01-10.

[2] Keith Deinert, To Reduce Scope 3 Emissions, Think Data First, Jabil, 2023.

[3]日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省《第六次能源基本計劃》2021-10-22。

[4]《氫能產(chǎn)業(yè)或于2025年迎拐點(diǎn) 無(wú)碳制氫是大方向》，蓋世汽車(chē)，2020-10-20。

[2]的附注：企業(yè)的溫室氣體排放，主要貢獻者分為三個(gè)“領(lǐng)域”。其中每一項都涉及產(chǎn)品從加工和材料直到使用壽命結束的排放，包括最終用戶(hù)的最終處置。三個(gè)“領(lǐng)域”分別是，領(lǐng)域1：公司自有設施和自有車(chē)輛的直接排放;領(lǐng)域2：為組織自用購買(mǎi)電力的間接排放;領(lǐng)域3：價(jià)值鏈中合作伙伴的間接排放?？紤]領(lǐng)域3是困難的，因為它涉及到與價(jià)值鏈上的利益相關(guān)者間的合作。由于大多數組織尚未開(kāi)始或剛剛開(kāi)始測量這些排放，并且由于價(jià)值鏈較低組織的領(lǐng)域1和2排放有助于價(jià)值鏈較高組織的領(lǐng)域3排放，因此大多數制造商的減排重點(diǎn)是領(lǐng)域1和2。