向往晴朗的天空:韩华的氢能计划助力全球减排目标

仰望世界主要大城市的天空时,我们清晰认识到清洁、低碳能源的重要性。因为这些大城市的空气不清晰。随着全球温室气体排放量增加,气候变化日益加剧,空气污染日趋严重。在达到全球临界点之前,减少碳排放并以清洁能源取代化石燃料的呼声也随之高涨。

电动汽车和住宅用光伏板一般被追捧为主要解决方案,但这也并非完整的解决之道。全球脱碳目标需要一系列多样的清洁能源,各行业适宜的能源也各有不同。

其中,氢能因其能满足主要行业的高难要求,而受到特别关注。氢可以像石油或天然气一样,在燃烧时生产足够的能量,可应用于难以完成减排目标的行业领域。同时,其温室气体排放量也几近于零。氢气也可利用自来水生产,可谓地球上最丰富的能源之一。韩华大力投资更环保,更高效的制氢和贮运技术,最新氢能计划可为重工业提供可靠的绿色能源。

氢能是什么?制氢电解是什么?

从多种意义上讲,氢能是非常有趣的解决方案。首先,氢气几乎无处不在。众所周知,氢就是H2O(水)中的H,是地球上最丰富的能源之一。水的两个基本元素是氢和氧,通过用电将水分解为氢和氧的“电解”流程,可以直接从水中提取氢气。在大多数情况下,用氢气做燃料时,除了水蒸气和热气以外,无其他排放,属于非常清洁的能源。

氢气在几个方面与其他可再生能源不同。要制造真正的“绿氢”仍然需要太阳能、风能或其他清洁能源,但一旦制造出来,它几乎可以无限期地储存。像石油和天然气一样,氢气本身可释放能量,是在任何气候条件下都能使用的可靠能源。因为氢本身就是燃料,不需要储存于锂电池里。同时,像天然气和石油一样,氢气通过燃烧释放能源,但过程中不排放任何温室气体。

韩华、氢能和碳减排计划

鉴于氢能的无限潜力,韩华关注氢气,将它作为未来可持续燃料进行大力投资。韩华的氢能计划涉及范围广泛,为了使氢能成为主流能源,目前正在聚焦于两个关键领域。

• 更高效、更安全的贮氢技术: 韩华思路信的高新材料部门子公司——韩华Cimarron正在对贮氢技术加以创新,不断改进氢能的易用性、效率和可靠性。

• 帮助企业减少碳排放: 变化不会一蹴即至。韩华Impact正在将气轮机改造成氢混烧气轮机,使现有的基础设施变得更加环保,帮助企业以可持续的方式实现能源转型。采用这种方式可以立即降低近30%的碳排放量,同时可以将氮氧化物排放量保持在监管标准以下。

韩华提出上述两大核心氢能业务计划之际,全球减少温室气体排放的要求也日益高涨。世界上越来越多的国家正在树立跟进联合国碳中和目标的国家目标,力求至2050年将碳排放量减少到“贴近零”的水平。其实,美国一直以来不愿接受减排要求,迟迟不签限制排放的有关协议。但这样的美国也于2022年8月16日通过一项立法,决定为减少碳排放、应对气候变化进行大规模投资。

发表碳中和目标的大多数国家,将为实现目标,依托太阳能、风能和其他可再生能源。可以明确的是在这些替代能源中,氢是未来最重要的清洁能源。

氢的多彩颜色

值得一提的是,氢气的生产过程并不单一,有多种方式,但最终产品总是清洁能源。按照不同制氢方法,产生不同颜色的氢气。

实际上,任何能源都可以用于制氢,但生产过程中所涉及的二氧化碳排放量,依不同能源而异。黑氢和褐氢通常是以煤炭为原料。灰氢是指使用天然气或甲烷生产的氢气,是目前在市场上最常见的制氢方法,但其中没有捕存流程中排放的温室气体的工艺。蓝氢使用天然气制氢,并捕获和贮存在制氢过程中产生的二氧化碳,相对于灰氢更先进、更清洁。利用核能制氢是最清洁的选择,称之为粉氢。

剩下的是绿氢。绿氢是指利用太阳能、风能或其他可持续能源生产的氢,其制氢的全过程非常清洁,也是韩华清洁氢能发展计划的核心。

科学家和韩华的研究人员也在探索利用氨生产清洁氢能的方法。氨由氮和氢组成,研究人员已经找到了通过“裂解(cracking)”,使用氨裂解催化剂分离氮和氢的方法。由于氨不含碳,在裂解过程中不产生碳排放,捕集的氢气可以用于清洁燃料。

最大挑战在于如何提高绿色、清洁氢气的成效比,使氢能相比化石燃料具有更高的竞争力。为实现这一目标,还要提高太阳能和风能的效率。韩华作为世界最大的光伏电池板制造商之一,也是全球为数不多的能够实现高成效比“绿氢”目标的企业之一,今后计划通过建立光伏电池板的价值链,继续增强业务力量。目前,韩华集中力量支持各家企业逐渐实现脱碳目标。

氢混烧:天然气和氢气混合,让天空更蓝更清洁

一提到“荷兰”,人们就会联想到耸立于延绵绿色山坡上的美丽木制风车。但即使是风之国荷兰也使用化石燃料为大部分居民供电,成为欧洲第六大二氧化碳排放国。韩华Impact与关联公司荷兰气轮机公司——Thomassen Energy,正在帮助荷兰利用氢能摆脱排放大国污名。

Thomassen Energy公司最近获得了将123兆瓦容量的鹿特丹卡佩尔气轮机(1982年投入使用,为15000户荷兰家庭提供电力)改造成氢混烧气轮机的项目订单。该气轮机的运营商——德国能源企业Uniper与Thomassen Energy签订了改造气轮机的合同,使之进行30%氢混烧。通过氢混烧技术,鹿特丹发电站将减少碳排放,使荷兰进一步落实碳中和目标。

氢混烧是排放二氧化碳的传统燃气与不排放二氧化碳的氢燃料相混合的技术,是走向脱碳发电的重要过程,也是韩华集中投入的核心部门。目前,从纯天然气转向氢混烧的大多数气轮机的氢混合比例为30%,天然气仍占70%。今后将逐渐提高氢混烧比,最终使氢气完全取代天然气。韩华的“氢燃气轮机技术(H2GT)”,通过改造现有液化天然气火电厂的气轮机,以体积为准,最多可使用65%的氢气。韩华收购拥有顶尖燃烧技术的两家氢混烧气轮机发电公司——Thomassen Energy和美国PSM(Power Systems Mfg.)公司,也是韩华欲确保核心原创技术的宏伟目标之一环,可以帮助企业逐渐减少对天燃气的依赖,实现减排目标。

韩华正为制造清洁氢而进行的氨研究,也将在能源转型方面发挥重要作用。韩华Impact和(株)韩华研究氨裂解技术,致力于生产清洁氢。通过氨裂解技术生产的清洁氢可应用于为能源供应商改造氢混烧气轮机项目等广泛领域。目前,韩华的研究着眼于研发采用最清洁、最高效的方式裂解氨的方法,为今后研制出更多清洁制氢方法,奠定基础。

当然,氢混烧技术也非十全十美。最紧迫的挑战是氢高温燃烧时会排放代表性的雾霾成分——二氧化氮。虽然其风险与燃烧化石燃料相比不很严重,但韩华还是为解决这一问题致力于寻找解决方案,已经确保在30%氢混烧时,二氧化氮排放量减少到9ppm以下的技术,这远低于欧洲的监管标准20ppm

另一个挑战是如何确保安全稳定的氢燃烧。因为氢燃烧的速度比天然气快,在注入燃料时会发生业内所称的回火(flashback)现象。由于其极快的燃烧速度,火焰会迅速回流至喷嘴内部,导致回火现象发生。这是在操控大量氢气和天然气时必需避免的。

韩华利用旗下子公司PSM的“FlameSheet”技术,减少回火现象,提高了氢燃烧的稳定性。FlameSheet是用于气轮机的气动结构,可降低回火风险,即使氢混烧比例高也能保证气轮机的安全和效率。FlameSheet还可控制二氧化氮的排放,与其他气轮机改造技术一起,成为韩华改造战略的关键工具。

高压贮氢:利用智能贮氢技术,提高氢气的可靠度

韩华Cimarron的四型“海王星(Neptune)”贮氢罐

成效比高的绿氢生产,是让各行各业摆脱碳依赖的第一步。但在此之前,先要解决氢的复杂问题

氢是世界上最轻的分子。这意味着气态的氢气比其他气体占据更多的空间。为贮存和运输氢气就要使用专门制作的贮氢罐,来满足贮运氢气的苛刻要求。

这也是想要制造氢燃料电池汽车的汽车厂商共同面临的问题。由于车载贮氢罐的物流问题,汽车厂商甚至放弃氢能汽车的生产。然而,韩华认为这值得挑战,并收购了前任美国宇航局科学家所创办的公司,部分确保了世界顶级贮氢技术。之后,将这家公司并入韩华Cimarron。

韩华Cimarron在阿拉巴马州制造2000升容量的碳加固旗舰贮氢罐——“海王星(Neptune)”,在517巴的压力下存储氢气,是所有IV型贮氢罐中的最高气压。Neptune贮氢罐的开发归功于“抗屈曲(anti-buckling)”技术,是一种即使在排除100%的氢气的情况下还能保持储罐完整性的技术。大部分贮氢罐在完全排空后会弯曲变形,必需要保留 10%的内部气体。但Neptune贮氢罐不需置留内部气体,贮藏和使用非常方便。

2022年6月,韩华Cimarron与壳牌公司签订采购订单合同,将为美国能源巨头——壳牌公司在加利福尼亚建设的大规模氢燃料基础设施计划,提供Neptune贮氢罐。壳牌公司将利用高压Neptune贮氢罐为加氢站运输氢气,帮助加州加快转向清洁能源社会的步伐。美国境内66个加氢站中52个加氢站设于加利福尼亚,氢能会在加州成为未来能源的基石。

根据能源市场调研机构“Markets and Markets”预测,到2027年,全球氢能市场规模将达到1192亿美元。其中,北美市场约占13%,市场规模达155亿美元。韩华Cimarron凭借其顶级贮氢技术,得到良好声誉,还树立了2030年之前,在加利福尼亚增建加氢站至1000个的雄心勃勃的计划,将在能源转型的过程中发挥举足轻重的作用。

Neptune贮氢罐得到美国交通部及美国机械工程学学会等权威机构的国际安全性认证。由于安全性和可靠性是下一代氢能项目的重中之重,能源合作伙伴和政府对韩华Cimarron的行业经验和Neptune贮氢罐获得的安全认证予以高度评价。依托这些可靠性,韩华将持续扩大业务范围。韩华Cimarron还将为2022年9月在阿拉巴马州奥佩利卡(Opelika)竣工的大规模生产设施提供贮氢罐。

韩华Cimarron自7月21日至今,对奥佩利卡工厂共投资5100万美元,计划每年生产3800个以上的超高压贮氢罐。

向往清洁的天空

随着各国认识到气候变化的严重性并加快减排步伐,燃料依存度高的行业将面临淘汰危机。作为一种帮助实现脱碳目标的燃料,氢能会加快从化石燃料到清洁能源的转型。韩华也在致力于确保制氢、贮氢和能源转型方面的能力,并全力扩大业务组合。

韩华通过与主要合作伙伴加强合作,自立创新,为脱碳能源经济建设赋能发力。总有一天,当我们仰望北京、首尔、纽约和伦敦的蓝天白云时,会为清洁能源社会转型默默耕耘的今天,感到无限自豪!

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