氢气的储存对于解决可再生能源的巨大挑战至关重要

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欧洲和英国专利、商标和设计律师事务所Reddie&Grose的高级专利律师Georgina Ainscow表示,氢气在全球范围内实现脱碳目标的可能性越来越大,投资和创新也在不断扩大。但成本仍然很高,而且对于清洁氢气来说,要想更有效地整合可再生能源的高份额,其储存是一个至关重要的难题。


气候变化的威胁正在推动工业,投资和监管政策的重大转变,向绿色可再生能源的过渡是其中的关键部分。作为回应,英国成为世界上最早出台法律的国家之一,该立法为英国设定了雄心勃勃的目标,到2050年使所有温室气体排放量净降至零。

氢气的储存对于解决可再生能源的巨大挑战至关重要

到2050年实现净零排放需要多项技术突破。在过去十年中,风能和太阳能等可再生能源的发展迅速增加。例如,在太阳能领域,随着太阳能发电组件效率的提高,以及硬件和逆变器成本的降低,规模大幅增加,这大大推低了能源价格。在风力发电方面,更大的涡轮叶片、改进的海上实施支持和基础设施以及更复杂的数据使用等技术创新也降低了成本,提高了效率。


但是,如果清洁能源要完全替代化石燃料,那么在可再生能源领域仍然迫切需要继续降低成本并提高效率。


为什么要清洁氢气?


风能和太阳能等可再生能源的固有可变性提出了对大规模存储清洁电力的迫切需求,风能和太阳能只能在天气允许的情况下生产,并且与消费者需求不符。存储清洁电力的需求,加上清洁氢解决方案的技术突破,使之成为有前途的技术,全球工业都渴望发现氢如何成为其可持续发展计划的一部分。不含碳的清洁氢气是通过电解制成的-使用可再生能源产生的电能将水中的氧气分子中的氢气分子分解出来。在使用时,氢气会与氧气重新结合在一起,以提供电能和热量。该过程的副产品是水,基本上没有有害的排放物。据彭博社《氢经济展望》称,如果有适当的支持,到2050年,氢可以满足世界能源需求的24%。


电池在储能方面也起着重要作用,并且目前比用于绿色氢产生的电解槽更先进。结果,电池在电动汽车和家庭能源使用方面可能比氢储能电池更具优势,但在航空、运输、长途运输和重型制造方面却不那么实用。例如,长途旅行所需的大电池对于喷气式飞机而言太重了,并且它们所需的空间不便。


专利数据分析显示,与清洁氢相关的专利申请数量呈逐年增长趋势,尤其是在储能、水电解和燃料电池等领域,这表明这些领域的研发投入大量。亚太地区生产了全球大多数的氢燃料专利,其中日本排在第一位,其次是中国。


工业界正在看到氢技术的潜力,空气化工产品公司计划在绿色氢方面投资70亿美元,目标是到2025年每天生产650吨绿色氢。此外,西门子能源公司及其国际合作伙伴已经开发出智利的HaruOni项目旨在利用风能和水生产绿色燃料。另一个例子是三菱电力美洲公司,该公司推出了犹他州三角洲项目,为该发电厂提供动力,该发电厂能够使用30%的氢气。在消费汽车市场,丰田于2014年推出了“Mirai”,这是世界上第一款氢燃料电池动力汽车,下一代Mirai将于2020年发布。


尽管氢气似乎可能在人们的清洁能源未来中发挥关键作用,但利用可再生能源生产氢的成本仍然很高,而且氢基础设施的匮乏阻碍了其广泛采用。但是,根据IEA分析,如果可以扩大氢气生产,并考虑到可再生能源成本的预计下降,那么到2030年,可再生能源生产氢气的成本可能会下降30%。


同时,氢能否成功成为主流的清洁能源或消费燃料,取决于能否开发出一种安全的运输系统和坚固的氢存储材料。储存氢气已成为围绕氢气技术最相关的研发领域之一,并且将成为主流采用氢气的关键。


预计氢气在可再生能源结构中的可持续作用,以及未来10-20年内技术开发人员和投资者的巨大潜力。



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