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二氧化碳零排放!科学家成功生产氨基清洁氢气,纯度超过99.97%【附氢能源技术赛道观察图谱】

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 研选快讯 • 2024-03-01 18:58:06 来源:前瞻网 E11210G3
100大行业全景图谱

瞻观前沿

韩国能源研究所(KIER)氢研究部的Jung Unho博士的研究团队开发出了韩国首个清洁制氢技术。该技术基于氨分解,不使用化石燃料。该团队的突破可能为更可持续、更环保的能源铺平道路。这样可以生产符合氢动力汽车国际标准的高纯度氢气,而不会产生使用化石燃料产生的二氧化碳排放。

氨仅由氢和氮组成,因此分离氢时不会排放碳。分解过程需要提供600℃以上的热能,目前使用化石燃料,会排放二氧化碳。因此,要生产清洁的氢气,即使在分解氨的过程中,也必须使用无碳能源。通过利用分解反应中剩余的少量氢气和氨,研究人员能够在不使用化石燃料的情况下生产氢气。它被认为是解决氢存储和运输挑战的最实用的解决方案。

使用开发的系统,每小时可生产5Nm 3 (约0.45kg)的纯度超过99.97%的氢气,可供应氢电动汽车的燃料电池。另外,产生的氢气的杂质浓度为氮小于300ppm,氨为小于0.1ppm。它符合氢燃料电动汽车国际标准 ISO 14687。该研究团队实现了一个重要的里程碑,展示了一种用于建筑物的 1kW 燃料电池系统,该系统利用从氨中提取的氢气发电,且不排放二氧化碳。

此次演示是与斗山燃料电池动力事业部(业务部门)合作进行的,具有重要意义,因为它克服了二氧化碳排放问题,而二氧化碳排放问题一直被认为是基于天然气 (LNG) 的燃料电池系统的一个缺点。它显示了使用清洁氢燃料电池发电的潜力首席研究员 Jung Unho 博士表示,这项新开发的技术具有重要意义,因为它可以利用氨进行无碳制氢,填补了该领域的空白。

制氢

图片来源:摄图网

技术价值观察

从氢能源行业产业链上下游来看,氢能源产业链上游为制氢,包含氢气制取(主要技术方式包括煤制氢、工业副产氢、天然气制氢、电解水制氢以及其他工艺制氢)、氢气纯化、氢气液化等环节。氢能源产业链的中游就是储存环节,主要储运技术包括气态储运、液态储运、固态储运以及有机液态储运等,涵盖储氢装置、氢气运输等。氢能源产业链下游为加氢及氢的综合应用,涉及到加氢站建设及设备,以及交通、工业、建筑等领域的应用。

韩国研究团队开发出了韩国首个清洁制氢技术,该技术基于氨分解,不使用化石燃料,实现了二氧化碳零排放。因此,从氢能源产业链上看,该制氢技术处于产业链的上游环节。

图表1:中国氢能源行业产业链结构图

宏观市场观察

——常见制氢技术路径分类

目前氢气主要有三种主流制取路径:1)以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢;2)以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢;3)电解水制氢。此外还有其他制氢方式包括生物质制氢、太阳能光催化分解水制氢、核能制氢等。

图表1:氢能制备技术路径分类

——未来可再生能源制氢有望成为主流

国内氢能供应体系发展路径以实现绿色经济高效便捷的氢能供应体系为目标,未来将在氢的制储运加各环节上逐渐突破。从长远看,随着用氢需求的扩大,结合可再生能源的分布式制氢加氢一体站、经济高效的集中式制氢、液氢等多种储运路径并行的方案将会是主要的发展方向。

图表5:中国制氢技术路径发展趋势

——可再生能源制氢方式对比:当前ALK电解制氢是主流技术

可再生能源制氢主要包括电解水制氢、太阳能直接制氢和生物质提纯制氢三种方式,其中电解水制氢又包括碱性(ALK)电解、质子交换膜(PEM)电解、高温固体氧化物(SOEC)电解、阴离子交换膜(AEM)电解四种技术类型。

当前太阳能直接制氢和生物质提纯制氢仍处于研究和示范阶段,只有电解水制氢实现了商业化应用,但各技术类型发展成熟度不一,ALK电解已实现大规模商业化应用,PEM电解处于小规模商业化应用阶段,SOEC电解和AEM电解还未进入商业化应用阶段。

图表1:各类可再生能源制氢方式应用/研究进展

从供应端来看,2022年我国电解水制氢设备出货量达到800MW,其中ALK电解制氢设备出货量占比达97%。

图表2:2022年中国电解水制氢设备技术类型分布-按出货量(单位:%)

从需求端来看,根据中国氢能联盟披露的信息,截至2023年11月,我国建成运营可再生能源制氢项目装机总规模超598MW,其中ALK电解占比近95%。

图表3:截至2023年11月中国建成运营可再生能源制氢项目技术类型分布-根据装机规模(单位:MW)

——中国氢气供给结构预测

从氢气供给结构趋势来看,根据中国氢能联盟资料,预计在2030年,煤制氢配合CCS技术,可再生能源电解水制氢将成为有效供氢主体,可再生能源电解制氢产量占比超过10%;到2050年,中国能源结构从传统化石能源为主转向以可再生能源为主的多元格局,可再生能源电解水制氢将成为有效供氢主体,煤制氢配合CCs技术、生物制氢和太阳能光催化分解水制氢等技术成为有效补充,全国可再生能源电解氢供给量占比增长至70%左右。

图表6:2030-2050年中国氢气供给结构预测(单位:%)

 中国氢能源技术赛道热力图

 中国氢能源技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示,与氢能源关键技术强关联的城市集群主要集中在华中和华北地区,并且以河南、北京为重点发展区域,未来布局氢能源技术及其他相关技术的发展路径,极大可能性在于华中和华北优先导入,其中可重点关注河南省郑州市金水区、北京市海淀区、朝阳区、大兴区所处氢能源的相关企业,以及该地方对于氢能源的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

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