氢在无碳能源系统中扮演不可或缺角色，但将面临两大障碍

几乎所有关注这一问题的人都认为，氢将在未来的无碳能源系统中扮演不可或缺的角色。但是，在2050年显示其在最终能源中所占份额的情景相差很大。国际可再生能源机构的数字是12%，总部位于布鲁塞尔的氢能源理事会的数字是18%，而欧盟宣布的目标是24%。

无论最终结果如何，行业观察人士现在基本上一致认为，要想推进无碳氢技术，必须在两个领域降低成本。可再生能源的成本在过去十年已经大幅降低，但必须继续下降。而电解水生产氢的成本，包括绿色氢的基本硬件，电解器，必须遵循类似的路径下降。

许多人认为这两种情况都将发生。实际上，这两者是相互联系的，运营费用和资本成本被考虑到电解槽运行的总成本中。随着可再生能源进入电网的加速部署，可再生能源电价的下跌预计将继续。但由于电解设备的制造速度更快、成本更低，资本成本也必须降低。

虽然太阳能光伏发电的价格在过去10年里已经下跌了约90%，但还需要进一步下跌，各国政府似乎决心出手相助。例如，今年3月，美国能源部宣布了其目标，即在10年内，公用事业规模的太阳能发电成本将下降一半以上，从目前的每千瓦时4.6美分降至2025年的3美分/千瓦时，到2030年的2美分/千瓦时。美国能源部宣布了一系列研发项目和种子资金，用于改进光伏(钙钛矿、薄膜)和聚光太阳能(CSP)，以实现更高的效率和更低的成本。

电解技术的成本也在下降，设计改进以提高效率。改进的碱性单元正在部署，即使买家越来越多地转向效率更高的质子交换膜电解槽。与此同时，固体氧化物电解槽(SOEC)的技术也在进步，有望从高热量输入、工业热源和潜在的核反应堆中获得非常高的效率。

现在的问题是，水电解制氢是否可以遵循太阳能光伏在过去10年一直遵循的偶然的成本下降曲线。因为电解氢将不得不与用天然气和碳捕集技术生产的“蓝氢”竞争，而后者现在的成本更低。这项技术的成功将促使人们广泛采用被倡导者称为“圣杯”的氢，即通过可再生电力生产的电解氢(即“绿色”氢)。

扩大

今天人们普遍认为，无碳氢将在工业应用中起步，在主要的产业集群中，首先以蓝色的形式出现，然后以绿色的形式出现。对于绿色环保来说，电解槽是至关重要的，即使是大型制造商，也会继续采用手工工艺进行小规模生产。然而，全球制造商正计划扩大规模，以降低成本。

这一点在最近由Informa Markets组织的中东能源在线2021会议的小组讨论中体现得很明显，在会议期间，主要行业参与者分享了他们对生产计划的见解。

值得关注的主要参与者是德国工业巨头蒂森克虏伯。作为一家钢铁制造商和氢气生产商，蒂森克虏伯从生产商和用户两个角度看待氢气问题。

该公司的标准碱水电解装置是一个20MW模块，每小时生产约4000立方米的氢气。该模块是该公司目前用于氢气生产的构建模块，这样一个100MW的单元需要5个模块的组合。它可以从那里继续建立。例如，NEOM的巨型项目要达到2.2GW的电解能力，该公司将需要组装110个区块。

蒂森克虏伯负责业务发展的副总裁马尔科姆·库克(Malcolm Cook)表示:“我们已经降低了成本，并将基本模块的尺寸增加到了20MW。”他表示:“现在我们的重点是从目前的1千兆瓦制造链上升到5千兆瓦的年产量。”

该公司的规模扩大其电解生产没有严格的时间表，将发生在订单进来。但库克表示，公司已准备好加大投资力度。

该领域的另一个主要参与者是美国发动机制造商康明斯公司，该公司两年前收购了加拿大氢化公司(法国液化空气公司保留了部分所有权)，极大地扩大了氢生产能力。这次收购使康明斯在氢燃料电池和电解方面获得了新的专业知识，更好地定位于能源转型相关的工作。从那时起，康明斯一直在从事一系列小规模的绿色氢项目。

康明斯电解槽全球业务发展负责人Denis Thomas表示:“就项目规模而言，虽然几年前我们的目标是10MW，但现在我们在加拿大已经有一个20MW的PEM电解槽在运行。”他补充说:“下一个合理的步骤是100-500兆瓦的项目，这将是10亿兆瓦范围的非常大的项目的垫脚石。”

Thomas称，"主要问题在于时间，因为我们正在提高产能，但将产能全部到位没有意义，因为很多(氢)项目都处于开发阶段。"“今天，我们对500兆瓦的项目很满意。”

Thomas解释说，在这一点上，客户不太可能需要一个区块1GW的电解能力。相反，他们将分阶段开发大多数项目，第一阶段需要100-200兆瓦的发电能力。但他肯定，康明斯的目标显然是在2025年左右达到兆瓦级的生产能力。

其他旨在提升至吉瓦规模制造的大公司包括英国ITM Power公司，该公司正在规划一个新的大型电解槽工厂的早期阶段。另一家是挪威公司Nel ASA，该公司今年将其电解产能扩大至500兆瓦，并计划进一步扩大。Nel最近宣布了到2025年以每公斤1.5美元的价格生产绿色氢的目标，这将使其成本与传统的化石氢相当。与此同时，丹麦公司Haldor Topsoe和西班牙合资企业Iberlyzer也将在未来两年扩大产能。

这些公司都没有准备好在近期内超过100万千瓦的年产量。

如今，绿色氢的存在量微乎其微。它的成本至少是化石氢的两倍。它基本上没有市场。所以这个行业还处于早期阶段。

今天，美国工业每年大约生产1000万吨氢，而全球大约生产120万吨氢(中国是最大的生产国)。几乎所有这些都是在产生高碳排放的过程中产生的。

据估计，要用可再生电力达到目前美国的氢气生产，需要115亿瓦的海上风力发电。考虑到美国目前正正式努力到2030年实现3000万千瓦的海上风电装机容量，这样做的难度就显而易见了。

IRENA在其2050年能源转型路线图中估计，全球绿色氢产量必须达到大约400公吨，这将需要到2050年总装机容量达到5太瓦(TW)。今天，全球电解槽装机容量约为8GW。

这些数字表明，要想实现政府和国际机构设定的绿色氢目标，必须提高产量，这是惊人的。这将需要持续的公众倡议，以沿着其价值链，包括在电解关键领域，为绿色氢设定目标和降低成本。

总部位于迪拜的非营利性咨询公司Dii Desert Energy的首席执行官Cornelius Matthes看到了乐观的理由。

“随着新技术的到来，电解方面将会有很多创新，”他在最近的中东能源在线2021大会上说。“对于电解槽而言，它正从人工组装转向大规模自动化生产，再加上研发方面的显著进步。”

马塞斯已经计算出全球19个氢项目，这些项目将需要将近140亿瓦的电解槽容量。他认为，这个管道项目将开始刺激更高水平的电解生产，从而降低成本。

“我毫不怀疑这将会发生，10年后当我们回顾时，我们可能会看到一个像10年前我们在可再生能源方面看到的成功故事。”

但如果没有援助，这是不可能实现的，因为他提到的许多氢项目都得到了一定程度的补贴。

他说:“从监管的角度来看，我们应该采取一切可能的措施来加速这一发展，制定标准，为市场创造一切先决条件。”