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氫被認為是眾多關鍵技術之一，將會給整個工業(yè)和社會帶來一場綠色能源革命。盡管氫可以帶來許多好處，但綠色氫被業(yè)內許多人視為最終目標，通過可再生能源產(chǎn)生，并被視為最清潔的變體。
盡管如此，氫構成了大量不同的技術，值得探索，以消除許多難以消除的部門的碳排放。與電池不同，氫仍然是一項相對較新的技術，因此整個行業(yè)的創(chuàng)新持續(xù)飆升。
當與可再生能源結合時，電解器被認為是產(chǎn)生綠色氫的關鍵技術。該過程將水轉化為氫和氧分子，不僅為創(chuàng)造清潔能源載體提供了基礎，還為氧提供了基礎，氧可用于許多其他目的，如醫(yī)療領域。
然而，整個行業(yè)的人以及那些將氫作為現(xiàn)在而不僅僅是未來的潛在能源載體的人不斷提出一個問題——我們做了足夠的工作來支持它的生產(chǎn)和集成嗎？
未來電解槽容量
根據(jù)國際能源署氫項目數(shù)據(jù)庫2021，全球氫需求持續(xù)飆升到2030年，全球裝機容量將達到54GW。盡管如此，國際能源署還認為，要實現(xiàn)我們的氣候目標，每年需要消耗2.2億噸氫。
很明顯，氫氣產(chǎn)量需要增加，生產(chǎn)技術的規(guī)模也需要進一步提高，以確保滿足脫碳社會所需的數(shù)量，并創(chuàng)造可信的氫氣市場。為了實現(xiàn)這一目標，必須克服幾個關鍵障礙，以幫助氫氣發(fā)揮其潛力，并作為未來的關鍵燃料支持氣候目標。
歐盟（EU）非常重視開發(fā)電解技術，以此作為一種手段，不僅在歐洲，而且在全球范圍內成為支持脫碳的氫氣技術的發(fā)電站。
可再生氫聯(lián)盟（Renewable Hydrogen Coalition）的影響主管弗朗索瓦·帕凱（Fran ois Hollande）認識到電解器和氫在減少歐盟碳排放方面的重要作用。帕凱說：這項技術將進一步改進，很明顯，這是歐盟設定的目標，將確保我們在地面上部署更多的電解槽，這將事實上帶來制造所需的規(guī)模，降低成本，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。眼下值得關注的是能源價格的動態(tài)。
我認為最近的天然氣危機對今天關注氫氣的投資者來說是一個很大的警告。這顯然改變了成本的動態(tài)。我提到關鍵的挑戰(zhàn)是成本。
“與藍氫相比，生產(chǎn)可再生氫的成本首次變得更低，這是因為藍氫和天然氣的內在現(xiàn)實。”
隨著綠色氫的成本與藍色氫持平，它可能會推動電解槽的規(guī)模化發(fā)展，以便為市場創(chuàng)造更多的綠色氫。讓更多的可再生氫進入能源市場可以被視為擴大電解槽制造規(guī)模的一種手段，然而，有幾個關鍵因素限制了這一點。
電解結垢的主要障礙
電解技術規(guī)模化的最大障礙之一是制造PEM和AEM電解槽的成本。這些技術主要需要稀有、昂貴的材料如鉑和銥來制造催化劑，然而這些在擴大技術規(guī)模方面提供了顯著的瓶頸。
根據(jù)一份摘錄國際氫能雜志，銥（Ir）是地球上最稀缺的元素之一，在地殼中的含量很低，僅為百萬分之0.000003(ppm)，南非、俄羅斯、美國、津巴布韋和加拿大都是這種關鍵電解材料最集中的地理位置。
當涉及到采購鉑，它變得顯而易見，因為大部分電解成本來自哪里。與銥非常相似，鉑被認為是電解系統(tǒng)運行所需的稀有且昂貴的資源。
圍繞這些材料的使用及其在地理上的可獲得性已經(jīng)提出了幾個疑問全球綠色轉型中的鉑需求和潛在瓶頸：動態(tài)物質流分析journal解釋說，這樣的轉變需要大量關鍵和貴金屬，如稀土元素（REEs)、鋰、鈷和鉑族金屬（PGMs）等。
“由于這些關鍵材料的高度集中的地理分布，缺乏有效的替代品，以及一些生產(chǎn)國的政治不穩(wěn)定，這導致了大規(guī)模實施這些技術的資源可用性問題。”
這可能會給未來的氫工業(yè)帶來重大障礙，因為許多燃料電池和電解系統(tǒng)需要鉑來運行。
然而，積極的一面是，隨著未來幾年內內燃機的禁用，這里的鉑可以回收，隨著鉑需求和庫存在未來幾十年內繼續(xù)增加，鉑廢料預計將變得更容易獲得，如我們的情景所示，這表明回收的機會越來越多，特別是在歐洲和美國等工業(yè)化國家。
“回收的另一個優(yōu)勢是環(huán)境效益，因為回收鉑的排放強度大大低于初級生產(chǎn)。”
為了克服這一障礙，電解槽制造商必須研究和開發(fā)可用于電解槽的新的廉價材料。如果不這樣做，電解槽制造將繼續(xù)保持高價產(chǎn)品，并可能因為這些過高的價格而失去潛在的項目和客戶。當然，隨之而來的是對R&D努力開發(fā)這些部件和技術的大量投資。
另一個因素是水資源的使用，這個因素經(jīng)常被從事電解和氫本身業(yè)務的人所反對。我們稍后將回到這一點…
位置
結合稀有材料來源、水和可再生資源的可獲得性以及電解槽容量的潛在擴大的任何考慮，是位置的問題。如果目標是真正的綠色氫，這是恰當?shù)摹?/span>
電解槽提供了一種分散能源生產(chǎn)和加速向綠色未來過渡的方法。雖然被認為是一種關鍵的零排放燃料，但必須指出，這不是實現(xiàn)氣候目標的唯一因素，但它可以補充當代清潔技術，如可再生電力和電池，以保持能源水平。
NREL材料科學高級研究員Bryan Pivovar博士告訴H2觀點，電解槽不能直接接入電網(wǎng)，因為它可能無法達到真正綠色氫氣生產(chǎn)的認證。
利用可再生能源生產(chǎn)氫氣的主要地區(qū)
考慮到這一點，電解槽活動的當前熱點在哪里，未來幾年自然熱點會在哪里？
許多國家認識到氫社會和可再生能源矩陣的價值，使其成為真正的綠色能源，并一直在加快自己的氫路線圖和電解產(chǎn)能計劃。
根據(jù)國際能源署的研究，加拿大在安裝電解槽容量方面處于領先地位。考慮到這一點，并有數(shù)據(jù)支持這一點，它可以看到加拿大成為電解設備制造的關鍵地區(qū)。
然而，加拿大并不是電解槽制造能力顯著增長的唯一地區(qū)。排名第二的地區(qū)是中國和歐洲，這兩個地方被許多人歸類為建設氫經(jīng)濟的中心地區(qū)。
電解項目和實際上的玩家繼續(xù)進入市場，并繼續(xù)前進。根據(jù)國際能源署的氫項目數(shù)據(jù)庫，隨著所有項目的規(guī)劃，到2030年，全球安裝的電解槽容量將達到54GW。盡管2020年運營或在建項目減少了約25%，這可能是Covid疫情的結果。
全球已安裝電解槽產(chǎn)能的最大份額（超過40%）在歐洲，其次是加拿大和中國。2022年，近一半在建項目在歐洲。
當我們查看當前和未來電解槽產(chǎn)能的細分時，很明顯，從2017年到2021年，全球產(chǎn)能由堿性電解槽主導，這可能并不奇怪，因為它們的資本成本較低，并且不需要貴金屬。
但是，全球哪些地區(qū)擁有生產(chǎn)低成本氫氣的巨大潛力呢？
根據(jù)國際能源機構對混合太陽能光伏發(fā)電和陸上風能系統(tǒng)氫成本的長期研究全球有幾個熱點地區(qū)最有希望通過電解生產(chǎn)氫氣。
根據(jù)上圖，很明顯，太陽能和陸上風能電解生產(chǎn)有幾個地區(qū)熱點，最顯著的是中東、非洲、中國、澳大利亞和南美洲。
非洲、中東和澳大利亞顯然具有利用太陽輻射的巨大潛力，可以引導和利用太陽輻射為電解系統(tǒng)提供可再生電力。毫不奇怪，中東和澳大利亞是電解產(chǎn)能（和規(guī)劃項目）排名最高的國家之一。
與陸上風力發(fā)電能力相比，南美洲的智利西海岸是綠色氫生產(chǎn)最集中的地方之一。毫不奇怪，包括ENGIE和保時捷在內的許多公司都在該地區(qū)開發(fā)氫氣項目，該地區(qū)往往會成為全球氫氣的主要出口地之一。
智利已經(jīng)認識到了它的潛力，并制定了一個氫氣路線圖，旨在使該國成為一個綠色的氫氣出口大國，這一切都是通過使用電解和風能實現(xiàn)的。
在談到這一點時，國際貿易署（International Trade Administration）對智利表示，“該部預計，到2040年，智利每年可以生產(chǎn)高達1.6億噸的綠色氫，并成為領先的低成本出口國，屆時當?shù)厥袌鰞r值估計將達到330億美元，其中包括240億美元的出口。”
缺水及其對制氫的影響
然而，這些雄心壯志都可能被電解過程中必須考慮的一個關鍵因素危及：水。
為了從電解中制造氫，你需要水，因此更大的項目需要更多的水來以具有成本競爭力的水平生產(chǎn)足夠量的綠色氫。這是H2觀點的一個長期熱門話題，一波又一波的問題經(jīng)常涉及綠色氫對全球有限水資源的影響。在接下來的幾周里，我們將為讀者帶來對水資源挑戰(zhàn)的深入探索。
根據(jù)雷斯塔能源公司的研究，世界上70%的當前和計劃中的氫項目位于極度缺水地區(qū)，這可能不利于其長期成功。
由于大部分計劃項目都位于水供應不足的地區(qū)，Rystad建議需要建立一個額外的海水淡化市場來生產(chǎn)這些項目所需的6 . 2億立方米水中的大部分。
目前管道項目的目標是到2040年每年生產(chǎn)約3000萬噸氫氣，每年需要620立方米的純凈水。隨著未來幾年人口的增長，水的供應可能會成為一個關鍵市場，并可能大幅提高綠色氫的價格。
在極度缺水的地區(qū)，特別是在可再生能源潛力高的地區(qū)，如智利、非洲和中東，正在開發(fā)的項目越來越多，這就提出了一個問題，即未來的研發(fā)是應該專注于生產(chǎn)更多的電解系統(tǒng)，還是應該專注于最大限度地提高電解過程中的氫氣產(chǎn)量？
一些公司已經(jīng)轉移了他們的重點來做這件事。電解仍然是一項年輕的技術，因此創(chuàng)新是可以實現(xiàn)的，2030年電解系統(tǒng)變得比現(xiàn)在更加有效也不是不可能的。
最近幾個月，DNV、斯莫爾特克和太陽等公司也在努力創(chuàng)造更高效的電解系統(tǒng)，這可能會成為通過電解擴大綠色氫氣生產(chǎn)規(guī)模的關鍵推動者。
但是這怎么抵消呢？答案可能是通過使用海水電解。綠色氫系統(tǒng)的首席技術官Kasper Tipsmark在本月（2月）的H2觀點的電解槽特別網(wǎng)絡研討會上談到了它的潛力和它可以在哪里實施。
Tipsmark說：如果我們考慮水資源匱乏的地區(qū)，通常是在氣候相當溫暖的地區(qū)。這意味著，如果你離海洋不太遠，你將不得不利用電解產(chǎn)生的多余熱量來淡化海水。
“你的過剩量和生產(chǎn)水所需的能量之間有很好的相關性。你是獨一無二的，當然，如果電解變得更加有效，這種情況在未來可能會改變。”
顯然，水資源短缺的問題可以通過使用海水電解來解決，但是，除了其在工業(yè)應用中的潛力之外，這在很大程度上取決于該技術的效率。
這重申了電解槽向前發(fā)展的一個主要討論點。系統(tǒng)的效率應該優(yōu)化而不是制造更多嗎？
我們走得夠快嗎？
規(guī)模業(yè)務顯然是一個需要進一步思考和考慮的難題，但最后，讓我們回到最初的問題——我們在電解槽項目和產(chǎn)能方面的進展夠快嗎？
卡斯帕·蒂普斯馬克相信是這樣的，同時也承認，在氣候變化的滴答作響的時鐘面前，沒有什么事情會足夠快…
“我認為，如果在八年的時間里，我們看到我們有54GW的電解裝機容量，我會說我們在建設電解方面做得非常好，”Tipsmark說。
首先，我們都需要建設基礎設施，我們需要擴大需求。我們需要建立價值鏈。我們需要建立工業(yè)和制造業(yè)。就此而言，我們需要在整個歐洲和世界范圍內建立這樣的供應商供應鏈。
“如果我們在54GW上取得了成功，這將是短短八年內的巨大成就。”
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