Как чистый водород может способствовать достижению климатических целей Калифорнии

Водород иногда называют швейцарским армейским ножом климатических решений из-за его потенциала заменить ископаемое топливо во многих секторах. Однако не весь водород одинаковый: некоторые методы производства лучше для климата, чем другие. Определение приоритетов конечного использования водорода с учетом региональных особенностей также может обеспечить максимально оптимальные инвестиции в проект.

В этом сообщении блога рассматриваются возможности Калифорнии производить и потреблять чистый водород. В нем определены перспективные методы производства электролиза и газификации биомассы, а также варианты конечного использования в долгосрочном хранении энергии, транспортном топливе и производстве удобрений. В заключение излагаются ключевые соображения по внедрению, в том числе то, что электролиз, подключенный к сети, не извлекает возобновляемую электроэнергию из сети, что приводит к увеличению сжигания ископаемого топлива, роль инфраструктуры, а также потенциальную возможность в ближайшем будущем снизить затраты путем обязательных закупок. с нефтеперерабатывающих заводов.

Для получения дополнительной информации см. Пейзаж чистого водорода: перспективы промышленных центров в США а также WRI Инициатива по промышленным инновациям и декарбонизации в котором излагаются стратегии сокращения выбросов для ключевых источников, включая цемент, химикаты, нефтеперерабатывающие заводы и многое другое.

***

Амбициозные климатические цели Калифорнии требуют беспрецедентного расширения использования солнечной и ветровой энергии, аккумуляторов, электромобилей и экологически чистого топлива, особенно водорода. Предварительный план на 2022 год По оценкам, для достижения углеродной нейтральности к 2045 году необходимо огромное увеличение производства чистого водорода в 1700 раз. Совсем недавно губернатор Ньюсом идентифицированный чистый водород как приоритетный вариант декарбонизации государства.

Что такое чистый водород? И как его следует использовать для достижения климатических целей на всей территории США? Недавний отчет Института мировых ресурсов и Института Великих равнин под названием Пейзаж чистого водорода рассмотрел эти вопросы. Ниже мы изложим основные выводы, относящиеся к Калифорнии.

Что такое чистый водород?

Под чистым водородом понимают водород с низким и нулевым содержанием углерода, а также водород с отрицательным выбросом углерода, который можно производить с помощью ряда видов сырья и технологических процессов (рис. 1). Водород, получаемый электролизом, является ведущим вариантом с нулевым выбросом углерода. Биомасса может быть преобразована в водород с помощью нескольких процессов и потенциально может быть углеродно-отрицательной, если используется подходящее сырье. Природный газ может обеспечить низкоуглеродный водород при условии минимальной утечки метана в восходящие потоки и высокоэффективного (т.е. 95%+) улавливания углерода.

Рис. 1. Методы подачи чистого водорода и их углеродоемкость: от отрицательной до высокоуглеродной.

Разные регионы имеют разные возможности для производства чистого водорода. Калифорния имеет большой потенциал для производства возобновляемого водорода путем электролиза воды и биомассы. Это связано как с высоким потенциалом солнечной энергетики штата, так и с обилием ежегодных отходы биомассы с ферм и лесов, которые в противном случае обычно сжигают в кучах или оставляют разлагаться, выделяя углерод и загрязняя воздух.

Применение чистого водорода

Водород — это энергоноситель, топливо и химическое сырье, которое может обеспечить декарбонизацию во многих приложениях. Нефтепереработка и производство удобрений потребляют подавляющее большинство (более 90%) производимого сегодня водорода, который можно было бы немедленно заменить чистым водородом (рис. 2). Экономике с нулевым уровнем выбросов потребуется гораздо больше применений чистого водорода, которые могут включать производство материалов, производство и хранение электроэнергии, чистое топливо для авиации и судоходства и многое другое.

Рис. 2: Варианты спроса на чистый водород¹

Возможности чистого водорода в Калифорнии

Множество потенциальных конечных применений водорода означает, что для оптимизации инвестиций необходима расстановка приоритетов на основе региональных и внутриштатных характеристик. Например, на побережье Мексиканского залива и на Великих озерах расположены крупные сталелитейные предприятия, которые можно было бы поддерживать за счет использования чистого водорода для декарбонизации. Средний Запад испытывает очевидную потребность в аммиаке для производства удобрений. Производственные отрасли северо-востока могли бы заменить ископаемое топливо чистым водородом в качестве альтернативного источника высокотемпературного тепла.

Как и эти регионы, Калифорния имеет свои возможности. Ниже мы выделяем три таких возможности:

• Длительное хранение. Цель Калифорнии по созданию экономики с высокой электрификацией и большим использованием возобновляемых источников энергии создает потребность в долговременном хранении энергии, которую можно частично удовлетворить за счет водорода. В периоды низкого спроса на энергию избыточное предложение может быть использовано для производства водорода посредством электролиза, который хранится в больших количествах в пещерах, истощенных нефтяных месторождениях и водоносных горизонтах. Это может затем обеспечить «укрепляющую» возможность в периоды высокой потребности в энергии в вечернее время. С ростом числа экстремальная жара событий, хранение чистого водорода, вероятно, станет критической мерой адаптации для Калифорнии.
• Транспортное топливо. Транспортный сектор Калифорнии является крупнейшим источником выбросов. Чистый водород в качестве сырья может стать альтернативным топливом, которое сократит выбросы в грузовом транспорте, где существуют препятствия для электрификации. Это также может обеспечить устойчивое использование топлива для авиации и судоходства, которые, как многие ожидают, в долгосрочной перспективе будут зависеть от жидкого топлива. Калифорния могла бы постепенно перевести свою основную нефтеперерабатывающую промышленность на поддержку производства чистого топлива.
• Производство удобрений.Будучи «овощной корзиной» страны, Калифорния потребляет значительное количество синтетических удобрений. Однако более 90% этого удобрения импортированныйвключая потенциально значительную сумму от Россия. У Калифорнии есть прекрасная возможность направить часть своего коммерческого производства чистого водорода на новую индустрию чистых удобрений. Это может создать рабочие места в сельской местности и ограничить подверженность государства потенциальным новым геополитическим кризисам в будущем.

Ключевые соображения по поводу чистого водорода

Чистый водород может сыграть значимую роль в достижении климатических целей Калифорнии. Однако в конечном итоге это зависит от того, как будет использоваться технология.

Одним из ключевых вопросов является обеспечение того, чтобы чистый водород, получаемый посредством электролиза воды, фактически использовал возобновляемую электроэнергию. В частности, там, где электролитический водород производится с помощью возобновляемых источников энергии, подключенных к сети, существует риск того, что это производство будет потреблять чистую энергию из сети и приведет к большему сжиганию ископаемого топлива. Предложения Чтобы смягчить этот риск, включите «дополнительность», которая требует, чтобы производители, подключенные к сети, согласовывали свое потребление путем отдельной покупки безуглеродной генерации на открытом рынке (т.е. эффективно имитируя пользователей «за счетчиком») и «почасовое согласование», которое требует водорода производители сопоставляют или проверяют, что их потребление возобновляемых источников энергии произошло в тот час, когда оно было произведено.

Еще один ключевой момент касается доставки водорода и роли инфраструктуры. Водород имеет низкое объемное содержание энергии и представляет собой скользкую молекулу, склонную к утечке. Это означает, что, поскольку водород по-разному производится, сжимается, перемещается и хранится, он быстро теряет эффективность в качестве экологически чистого энергоносителя. Поэтому важно свести к минимуму этапы доставки, подчеркивая важность создания инфраструктуры, ориентированной на приоритетные конечные пользователи. Предстоящее мероприятие Go-Biz Стратегия развития рынка станет важным форумом для рассмотрения этих соображений.

Последний вопрос касается надежного масштабирования чистого водорода. Основным препятствием на пути более широкого использования чистого водорода является стоимость: в настоящее время он в 3-5 раз дороже, чем обычный ископаемый водород. Преодоление этого разрыва было целью Закона о снижении инфляции, который включал налоговую льготу 45V. Дополнительная политика на уровне штата могла бы смягчить эту меру. Например, штат мог бы рассмотреть возможность обязать нефтеперерабатывающие заводы закупать небольшое, но постепенно увеличивающееся количество чистого водорода. Эта гарантия реализации часто более эффективна, чем налоговая льгота, и может стимулировать раннее производство в штате. Как и другое государство политика Благодаря поэтапному сокращению нефтеперерабатывающих заводов, в том числе многократному выводу из эксплуатации, этот чистый водород можно будет использовать для поддержки оставшихся нефтеперерабатывающих заводов, которые перейдут на производство чистого топлива.

Заключение

Чистый водород может сыграть ключевую роль на пути Калифорнии к нулевым выбросам. Однако это зависит от множества факторов, в том числе от того, как он производится, транспортируется и потребляется. Калифорния имеет хорошие возможности для того, чтобы стать лидером в производстве водорода электролитическим способом и из отходов биомассы, что имеет смысл в первую очередь ориентироваться на долговременное хранение, транспортное топливо и производство удобрений. Новая политика, включая дополнительные возможности для электролиза, подключенного к сети, а также закупок, может гарантировать, что чистый водород будет действительно чистым и масштабируемым. Наконец, в предстоящих планах следует учитывать, что, хотя водород обладает преимуществом универсальности, это преимущество может быстро снизиться из-за неэффективной транспортировки и/или утечек. В результате инвестиции в водородную инфраструктуру должны быть тщательно продуманы для поддержки приоритетных конечных потребителей.

Для получения дополнительной информации о возможностях использования чистого водорода в Калифорнии свяжитесь с Сэмом Уденом ([email protected]).

Приведенный выше отрывок был первоначально опубликован CSG. Нажмите здесь чтобы просмотреть статью полностью.