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【研究】試問(wèn)氫從何處來(lái)：氫能的碳足跡不輕！
2019-04-03 23:50:29· 來(lái)源：國(guó)際能源小數(shù)據(jù)
澳大利亞The Driven網(wǎng)站發(fā)表署名Bede Doherty的文章，探討澳大利亞不同技術(shù)路徑下氫能的碳足跡。1）電解制氫（使用電和水）電解水制氫是高能耗的過(guò)程，需要大約5
澳大利亞The Driven網(wǎng)站發(fā)表署名Bede Doherty的文章，探討澳大利亞不同技術(shù)路徑下氫能的碳足跡。
1）電解制氫（使用電和水）
電解水制氫是高能耗的過(guò)程，需要大約55千瓦時(shí)的能量來(lái)產(chǎn)生1公斤的氫。 55千瓦時(shí)足以為普通澳大利亞家庭供電3.5天。這一過(guò)程所需的水量也很大，每生產(chǎn)1公斤氫氣約18升水。如果使用可再生能源進(jìn)行電解，那么該過(guò)程是碳中性的。但是，如果該過(guò)程由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電，那么排放量仍然很高。目前澳大利亞電網(wǎng)的排放強(qiáng)度為0.9公斤二氧化碳當(dāng)量/千瓦時(shí)，那么生產(chǎn)1公斤氫氣相關(guān)的排放量為50公斤二氧化碳當(dāng)量。豐田的Mirai氫氣汽車（尺寸與汽油車豐田凱美瑞相似）1公斤氫氣行駛100公里；相比之下，在城市條件下駕駛的汽油凱美瑞每100公里可產(chǎn)生約25公斤的二氧化碳當(dāng)量。因此，如果使用澳大利亞電網(wǎng)來(lái)制氫，那么電動(dòng)汽車將產(chǎn)生比汽油車更多的碳排放。
2）蒸汽甲烷重整制氫（使用甲烷和水）
氫還可以使用現(xiàn)有的工業(yè)過(guò)程，即蒸汽甲烷重整（“SMR”）從甲烷制成。但是，從甲烷氣體制造1公斤的氫氣將產(chǎn)生12公斤的二氧化碳排放以及消耗22升水。甲烷氣通常用于為該過(guò)程提供動(dòng)力，需要額外的1千瓦時(shí)的甲烷氣燃燒以產(chǎn)生蒸汽。使用甲烷氣體生產(chǎn)氫氣的財(cái)務(wù)成本低于使用電解，因此市場(chǎng)機(jī)制如何從甲烷以外的任何來(lái)源購(gòu)買氫氣，從而鎖定煉油廠端的二氧化碳排放。此外，由于澳大利亞甲烷短缺也缺水，從可用性角度以及供需驅(qū)動(dòng)成本的角度來(lái)看，依賴甲烷制氫也是一種風(fēng)險(xiǎn)。
3）煤氣化制氫（使用煤和水）
煤可以通過(guò)昂貴的高能源強(qiáng)度、高水耗的工業(yè)過(guò)程轉(zhuǎn)化為氫氣，但該過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。因此，以煤炭制氫無(wú)法實(shí)現(xiàn)降低汽車每公里成本和排放的目標(biāo)。
4）氫氣的分配過(guò)程排放
無(wú)論是電解、SMR還是煤氣化制氫，氫氣需要運(yùn)輸?shù)椒?wù)站進(jìn)行零售。為了使氣體經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸，需要進(jìn)行壓縮，通常的壓力為700巴（相當(dāng)于大氣壓力的700倍）?；蛘?，氫氣可以液化，需要的空間更小，但需要更大的壓力和極低的溫度（-250℃），這需要更多的能量。用于容納氫氣的容器不僅需要足夠堅(jiān)固以在用卡車運(yùn)輸時(shí)承受700巴的壓力，需要由專門(mén)的、昂貴的材料制成。在加油站，氫氣儲(chǔ)罐也需要采用相同的堅(jiān)固、安全、防漏材料制造。使用壓縮方法配送氫氣，所需能量約為以每公斤氫需要15千瓦時(shí)。如果這種能源是由可再生能源產(chǎn)生的，那么就沒(méi)有二氧化碳排放。但是，如果使用澳大利亞電網(wǎng)進(jìn)行壓縮，則會(huì)產(chǎn)生另外13.5公斤的二氧化碳排放。
1）電解制氫（使用電和水）
電解水制氫是高能耗的過(guò)程，需要大約55千瓦時(shí)的能量來(lái)產(chǎn)生1公斤的氫。 55千瓦時(shí)足以為普通澳大利亞家庭供電3.5天。這一過(guò)程所需的水量也很大，每生產(chǎn)1公斤氫氣約18升水。如果使用可再生能源進(jìn)行電解，那么該過(guò)程是碳中性的。但是，如果該過(guò)程由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電，那么排放量仍然很高。目前澳大利亞電網(wǎng)的排放強(qiáng)度為0.9公斤二氧化碳當(dāng)量/千瓦時(shí)，那么生產(chǎn)1公斤氫氣相關(guān)的排放量為50公斤二氧化碳當(dāng)量。豐田的Mirai氫氣汽車（尺寸與汽油車豐田凱美瑞相似）1公斤氫氣行駛100公里；相比之下，在城市條件下駕駛的汽油凱美瑞每100公里可產(chǎn)生約25公斤的二氧化碳當(dāng)量。因此，如果使用澳大利亞電網(wǎng)來(lái)制氫，那么電動(dòng)汽車將產(chǎn)生比汽油車更多的碳排放。
2）蒸汽甲烷重整制氫（使用甲烷和水）
氫還可以使用現(xiàn)有的工業(yè)過(guò)程，即蒸汽甲烷重整（“SMR”）從甲烷制成。但是，從甲烷氣體制造1公斤的氫氣將產(chǎn)生12公斤的二氧化碳排放以及消耗22升水。甲烷氣通常用于為該過(guò)程提供動(dòng)力，需要額外的1千瓦時(shí)的甲烷氣燃燒以產(chǎn)生蒸汽。使用甲烷氣體生產(chǎn)氫氣的財(cái)務(wù)成本低于使用電解，因此市場(chǎng)機(jī)制如何從甲烷以外的任何來(lái)源購(gòu)買氫氣，從而鎖定煉油廠端的二氧化碳排放。此外，由于澳大利亞甲烷短缺也缺水，從可用性角度以及供需驅(qū)動(dòng)成本的角度來(lái)看，依賴甲烷制氫也是一種風(fēng)險(xiǎn)。
3）煤氣化制氫（使用煤和水）
煤可以通過(guò)昂貴的高能源強(qiáng)度、高水耗的工業(yè)過(guò)程轉(zhuǎn)化為氫氣，但該過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。因此，以煤炭制氫無(wú)法實(shí)現(xiàn)降低汽車每公里成本和排放的目標(biāo)。
4）氫氣的分配過(guò)程排放
無(wú)論是電解、SMR還是煤氣化制氫，氫氣需要運(yùn)輸?shù)椒?wù)站進(jìn)行零售。為了使氣體經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸，需要進(jìn)行壓縮，通常的壓力為700巴（相當(dāng)于大氣壓力的700倍）?；蛘?，氫氣可以液化，需要的空間更小，但需要更大的壓力和極低的溫度（-250℃），這需要更多的能量。用于容納氫氣的容器不僅需要足夠堅(jiān)固以在用卡車運(yùn)輸時(shí)承受700巴的壓力，需要由專門(mén)的、昂貴的材料制成。在加油站，氫氣儲(chǔ)罐也需要采用相同的堅(jiān)固、安全、防漏材料制造。使用壓縮方法配送氫氣，所需能量約為以每公斤氫需要15千瓦時(shí)。如果這種能源是由可再生能源產(chǎn)生的，那么就沒(méi)有二氧化碳排放。但是，如果使用澳大利亞電網(wǎng)進(jìn)行壓縮，則會(huì)產(chǎn)生另外13.5公斤的二氧化碳排放。
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