编者按：
本文关于从燃料电池到原料：氢应用指南。鸣谢 自主研制NTC芯片的特普生储能CCS集成温度采集母排，对本文的大力支持，感谢特普生海外技术翻译官林博女士！
全球知名的技术和市场研究公司IDTechEx技术分析师 Chingis Idrissov 在其最新的报告里写道，随着能源和工业格局经历变革，氢经济正处于可持续增长的门槛。
根据 IDTechEx 的最新市场报告《氢经济 2023-2033：生产、储存、分配和应用》，设想的氢价值链将整合生产、储存和分配系统，支持从工业流程到各个运输部门的广泛应用。虽然电气化仍然是许多行业脱碳的主要手段，但氢已成为这些难以减排的行业的关键解决方案。因此，必须同时开发氢价值链及其多样化应用。
每个行业都面临着独特的挑战和增长动力，但它们都凸显了脱碳的迫切需要。氢虽然不是灵丹妙药，但却提供了一种通用且可行的方法来实现更可持续的工业生态系统。
传统工业应用：炼油、氨和甲醇
炼油、氨和甲醇生产等传统工业部门继续在氢技术不断发展的格局中发挥着至关重要的作用。IDTechEx预计，在可预见的未来，石化炼油仍将是低碳氢的最大消费者之一。
加氢裂化和加氢处理是使用大量氢气的关键工艺，其中后者是炼油厂主要的耗氢操作。全球石油消耗增加和加工重质原油的需求等因素正在推动该行业对氢气的需求不断增长。
氢应用领域和燃料电池技术概述
石化公司正在努力减少碳足迹。许多炼油厂位于工业区或化学园区，这些炼油厂正在成为新的碳捕获和氢基础设施项目的焦点，例如 HyNet 西北计划中的斯坦洛炼油厂。此外，通过将氢气用于目前依赖于燃烧技术的能源和产热系统，氢气具有进一步减少炼油厂排放的潜力。然而，值得注意的是，从长远来看，这种进步预计将在炼油市场获得动力。
氨生产是低碳氢的另一个重要应用，为化肥和化学工业的脱碳举措做出了重大贡献。采用哈伯-博世工艺来适应绿氢或蓝氢为减少 CO 2排放提供了一条有前途的途径。除了其传统用途之外，氨作为国际运输的有效氢载体也越来越受到关注，这表明该领域的持续增长前景。
Yara、Nutrien、OCI Nitrogen 和 SAFCO 等公司处于这些努力的最前沿，已经在其工厂实施了碳捕获、利用和储存 (CCUS) 技术。尽管存在碳捕获率上限约为 70% 等限制，但由 Horisont Energi、ADNOC 和 CF Industries 牵头的新项目的目标是将捕获率提高到 90% 以上。
在绿色氨方面，包括 Fertiberia、Yara International 和 CF Industries 在内的多家公司正计划在 2025 年之后启动不同产能的工厂。NEOM 绿色氨计划等项目尤其令人印象深刻，将安装超过 2GW 的 thyssenkrupp nucera 碱性水电解槽，目标是日产600 吨NH 3 。同样，Monolith 和 Hazer Group 等甲烷热解公司也正在进入合成氨领域。蓝色氨和绿色氨的这些发展标志着整个行业共同努力推动更可持续、更高效的氨生产。
IDTechEx 还认为低碳甲醇生产是氢应用的一个重要途径，尽管不太突出。Carbon Recycling International (CRI) 等公司在这一领域取得了重大进展，开发了 Finnjord E-methanol 工厂等项目。
甲醇是各种化学品的重要组成部分，并且越来越多地用于能源储存和汽车燃料。使用绿氢或蓝氢可以大幅减少化学品生产中的排放。然而，与绿色氨一样，绿色甲醇生产的成本仍然过高，并且在很大程度上依赖于CO 2来源。此外，CO 2需要来源于直接空气捕获或废物/生物质，甲醇才能被归类为真正的碳中和。
新兴工业应用：炼钢、发电和合成燃料生产
IDTechEx 预计，从中长期来看，氢在炼钢中将发挥重要作用。
传统钢铁生产占全球CO 2排放量的7-9%。安赛乐米塔尔、SSAB 和塔塔钢铁等领先公司正在积极研究氢动力直接还原铁电弧炉 (H2-DRI-EAF) 技术，以生产更可持续的钢铁。HYBRIT 示范项目就是一个例子，这是 SSAB、LKAB 和 Vattenfall 之间的瑞典合作项目。
两家公司正致力于在瑞典展示使用可再生能源和氢气的无化石钢铁价值链，其中涉及对炼钢供应链的所有要素进行脱碳。尽管技术挑战仍然存在，但氢是这一转变的支柱。氢在发电和供热方面的应用仍处于早期阶段，但为更广泛的脱碳努力带来了重要希望。氢在可再生能源存储、离网存储和热电联产（CHP）工厂中具有潜在应用。
尽管电-气-电转换存在效率损失，但氢对于选择有限的离网应用来说是一种有吸引力的替代品。然而，氢在电力和热力应用中的使用，特别是可再生能源存储，仍然需要完善的商业模式，以使其更具商业可行性。
氢在生物燃料和合成燃料生产中也发挥着重要作用。通过应用绿色氢，第一代和最先进的生物燃料可以变得越来越碳中和。在消费者需求和监管政策的推动下，Neste 和 TotalEnergies 等主要炼油厂正在关注这些燃料。然而，IDTechEx 预计氢在该领域的作用相对有限，至少在中期内如此。
移动应用：燃料电池电动汽车 (FCEV)、海运、铁路和航空
随着加油基础设施的不断发展以及轻型、中型和重型车辆的新汽车概念的不断发展，燃料电池电动汽车已经获得了发展势头，特别是在韩国、日本、德国和中国等关键地区。
然而，电池电动汽车 (BEV) 技术的快速进步可能会维持其市场主导地位，从而使 FCEV 的采用更加温和。FCEV 在重型卡车和公共汽车中提出了令人信服的价值主张，有可能促进更广泛的加氢基础设施的发展。
在 Ballard 和 PowerCell 等公司的进步的推动下，氢正在成为海事应用中的一种可行替代方案。氢燃料电池，特别是固体氧化物燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）显示出前景。在海运中使用 SOFC 的优势在于其燃料的多功能性，因为它们可以使用液化天然气和氨。
绿色氢产量的不断增加为绿色氨的供应铺平了道路。随着这种技术变得越来越容易获得并且 SOFC 在商业上变得可行，船舶中氨的使用将会增加，并可能限制氢的采用。
在阿尔斯通和 Accelera（康明斯）等制造商的带领下，氢在铁路运输领域也取得了长足的进步。与纯电动列车相比，这些列车在续航里程和加油方面具有优势。然而，绿色氢的成本较高，需要政府支持大规模采用。德国在燃料电池多单元测试和部署方面处于领先地位。美国、法国和意大利等其他国家也订购了氢动力列车。预计他们将在未来几年内将该技术应用于客运服务。
从长远来看，即 2035 年之后，航空业可能会看到基于氢的解决方案。虽然可持续航空燃料（SAF）将在中期占据主导地位，但氢对于完全脱碳仍然至关重要。
然而，从技术整合到缺乏监管框架等各种障碍阻碍了快速商业化。尽管如此，ZeroAvia、Universal Hydrogen 和 H2Fly 等公司正在通过飞行演示以及液氢和高温 PEMFC 技术的开发取得重大进展。
未来方向和进一步见解
预计氢将首先渗透到以化石燃料为基础的氢盛行的市场——炼油、氨和甲醇。在新兴行业中，炼钢似乎最有希望采用氢。然而，电力和热力应用以及可持续燃料生产仍然是长期目标。
虽然 FCEV 行业将主导移动领域的氢应用，但它仍将被快速增长的 BEV 行业所掩盖。其他移动应用仍处于起步阶段，仍将是行业的长期焦点。总之，氢将继续在脱碳战略中发挥重要作用，但可能会在工业领域产生直接影响，而不是广泛采用。
