氢能将助力欧盟实现脱碳目标
发布日期：2019/3/11
欧洲正在向脱碳能源系统过渡，欧盟28个成员国签署并批准了《缔约方会议（COP21）巴黎协定》，以"使全球变暖远低于工业前水平2摄氏度，并努力将气温上升进一步限制在1.5摄氏度范围内。"
这一决定于能源的转变将从根本上改变欧盟在生产、分配、储存和消费能源上的方式。在实施上需要利用无碳发电，提高能源效率，以及运输、建筑和工业上的深度脱碳。因此利益相关方必须采取一切可行的措施，在2050年之前，将与能源有关的二氧化碳排放量限制在每年7.7亿吨（Mt）以下。
政府间气候变化专门委员会（IPCC）最近的报告中也强调了从根本上降低排放的紧迫性：地球控制不超过1.5摄氏度的全球变暖，碳排放必须到2030年下降45%（与2010年相比），到2050年降至"零净值"。否则，将导致更极端的气候变化、海平面上升和生物多样性严重损失等重大气候影响。
因此，该路线图提出了在欧盟实现能源转换需要大规模氢的相关信息及工作。根据欧盟地区的专业机构判断，如果没有氢能利用的规划，欧盟将无法实现其脱碳目标。氢燃料为这种转变提供了一个多用途、清洁和灵活的能量载体。虽然氢不是唯一的脱碳杠杆，但它是一套其他技术中必不可少的杠杆。
它使可再生能源的大规模整合成为可能，因为它使能源参与者将能源转换和储存为可再生气体。它可用于跨部门和区域的能源分配，并作为可再生能源的缓冲区。它为电力、交通、建筑和工业部门提供了一种脱碳方法，否则相关机构和企业将很难实现脱碳。
路线图首先明确了氢是运输、工业和建筑中选定部分的规模脱碳的最佳（或唯一）选择。
一方面看，连接欧洲工业并为欧盟家庭提供超过40%的供热和15%的欧盟发电的天然气电网脱碳需要氢气。沼气，虽然也是一个重要的杠杆，但却无法实现所需要的规模。用热泵供电可以代替天然气为新建筑供暖，但需要对旧建筑进行昂贵甚至不可能的改造，而旧建筑占建筑物二氧化碳排放量的90%。通过实现完全的直接电气化还将导致电力需求在重大季节性失衡，进而需要大规模的储能机制。
氢不受这些缺点的影响，可以作为热泵的补充。生产商可以在不需要进行重大升级的情况下，通过将氢气混合到现有的电网中来分配一些氢气，也可以进一步发展。最终，能源供应商可以将电网转换为纯氢。或者，天然气可以用氢气和二氧化碳生产的合成天然气（SNG）代替。所有基于气体的加热系统都可以通过使用燃料电池的热电联供（CHP）技术来提高能源效率。
在运输过程中，氢是卡车、公共汽车、轮船、火车、大型汽车和商用车最有前景的脱碳选择，尤其是，目前电池电动汽车上显现出来的能量密度低（因此较低的范围）、初始成本高和电池充电性能效率低等缺点无法消除。与电池和内燃机相比，燃料电池需要更少的原材料既可以完成足够多的动力。由于运输部门约占欧盟二氧化碳排放总量的三分之一，因此其脱碳是实现能源转型的关键因素。
此外，加氢基础设施有着显著的优势：与快速充电相比，加氢基础设施只需要城市和公路沿线约十分之一的空间。同样，供应商可以灵活地提供氢气，而大规模快速充电的基础设施将需要大量的电网升级。最后，一旦实现了小规模的推广，氢气将为运营商提供了一个有吸引力的商业案例。在航空业，氢和基于氢的合成燃料是直接脱碳的唯一选择。
工业可以燃烧氢以产生高品位的热量，并将燃料在多个生产环节作为原料，直接或与二氧化碳一起作为合成燃料/电燃料。在炼钢中，例如，氢可以作为还原剂，取代煤基高炉。在炼油厂用作氨生产和加氢处理的原料时，未来可采用低碳源生产。与二氧化碳一起，氢也可以取代碳氢化合物，如天然气，在化学过程中，如生产烯烃和碳氢化合物溶剂（BTX），这将成为氢原料用途的重要组成部分。
第二，氢将在向可再生能源过渡过程中发挥系统性作用，通过提供一种机制来灵活地跨部门、跨时间和跨地点转移能源。欧盟的能源转型几乎需要完全脱碳发电，这意味着需要将可再生能源整合到电网中。氢是"部门耦合"的唯一规模化技术，允许将发电转换为可用形式，存储它，并将其输送到终端使用部门以满足各类需求。电解槽可以将可再生电力转化为一种具有所有灵活性但不排放任何天然气碳的气体。
由于电力满足了更高的能源需求，而不断增加的能源来自可再生能源，短期和长期的供需失衡将加剧，这就需要增加全年的平衡和季节性的能量储存。虽然电池和供给侧的措施可以提供短期的存储灵活性，但氢是唯一的规模技术，可用于长期储能。它可以利用现有的电网、盐穴和枯竭的气田，以较低的成本长期储存能源。
氢提供了低成本可再生能源地区与需求中心地区之间的联系，例如，将欧洲北部地热和风能资源丰富的地区连接到主要大陆，或作为从北非进口可再生能源的手段。氢可以通过管道、船只或卡车远距离输送能量，无论是气态的、液化的还是以其他形式储存的，其成本远低于输电线路。
第三，向氢的转变符合客户的偏好和便利性。这也是最为关键的，因为不符合客户偏好的低碳替代品可能面临采用困难。在运输过程中，氢提供与内燃机车辆相同的范围和加油速度。能源公司可以利用现有的管道将氢气或合成甲烷通过电力输送到天然气发电厂，虽然后来改用100%氢气需要升级设备和管道，但它仍然使建筑物内现有的供热基础设施完好无损。
路线图描述了欧盟为实现2度目标而部署氢的伟大构想。
根据统计数据，到2050年欧洲有产生约2250太瓦时（twh）氢气的潜力，约占欧盟总能源需求的四分之一。这一数字将为大约4200万辆大型汽车、170万辆卡车、大约25万辆公共汽车和5500多辆火车提供燃料。
它的供热量将超过相当于5200万户（约465太瓦时），并提供高达10%的建筑用电需求。在工业上，大约160太瓦时的氢将产生高品位的热量，另外140太瓦时的氢将以直接还原铁（DRI）的形式取代炼钢过程中的煤。在2050年，120太瓦小时的氢加上从生物质中捕获的碳，也将为40吨化学品生产合成原料。
实现这一愿景将使欧盟走上到2050年减少约5.6亿吨二氧化碳排放量的道路，这相当于实现2度方案所需减排量的一半。
在运输方面，到2030年，燃料电池电动汽车（FCEV）的销量将占到1/22，轻型商用车（LCV）的销量将占到1/12，从而形成了370万辆燃料电池乘用车和50万辆燃料电池LCV的车队。此外，到2030年，大约45000辆燃料电池卡车和公共汽车将上路。到2030年，燃料电池列车也可以替代大约570辆柴油列车。
来源：哲梓博士
