氢通常被誉为未来的燃料,一种最终将取代化石燃料并使地球更绿的燃料。
与天然气和煤不同,氢气在燃烧时既不会产生污染物,也不会产生二氧化碳 (CO2)。水是它唯一的副产品。
挥发性供应也不是这种燃料的问题,因为它是宇宙中最丰富的元素。它没有其他可再生能源的主要缺点,即它们对天气和地形的高度依赖。
根据彭博新能源财经的一项研究,到 2050 年,使用氢作为燃料预计将减少多达 34% 的全球温室气体排放。
不管其前景如何,由于成本高昂和技术障碍,氢作为燃料仍然比现实更有希望。
自 2019 年以来,韩国一直试图在氢能未来的竞赛中
超越世界,将“氢经济”确立为国家目标。十多家韩国大公司最近聚集在一起成立了一个委员会,并承诺合作在实现以氢为主要燃料的经济的全球竞赛中占据上风。他们承诺到 2050 年投资 43 万亿韩元发展氢生态系统。
氢经济主要有制造、储存、运输和利用四个主要组成部分,如果没有每一步的平衡发展,氢经济倡议无非是口号和胡闹。
大德大学汽车工程教授 Lee Ho-geun 说:“韩国的大部分氢能业务都集中在氢燃料电池电动汽车或氢燃料电池系统等终端应用上。”
“但在制造、储存、运输和零售方面,韩国有点落后。燃料电池电动汽车99%采用我们自己的专有技术制造,但充电基础设施采用从欧洲或美国进口的技术制造。A需要更平衡的发展。”
贸易、工业和能源部最近在一份新闻稿中承认,韩国在氢经济方面的进展是不平衡的,主要集中在最终产品上。
灰色、蓝色和绿色
基本上有三种类型的氢——灰色、蓝色和绿色——取决于它们的制造方式和由此产生的生态友好性
使用太阳能和风能等可再生能源生产的绿色氢将是最终的环保选择,但由于技术和地理限制,目前无法制造满足需求的绿色氢,尤其是在韩国。
目前,灰氢几乎占全球氢使用的全部。全球氢气产量的 96% 是灰氢。
灰氢是通过涉及天然气并产生二氧化碳的过程制造的。
它还包括氢,它是化学生产和炼钢的副产品。
制造1吨灰氢会排放10吨CO2,无助于实现零排放。
输入“蓝色”氢。
蓝氢的制造方式与灰氢相同,但利用碳捕获、利用和储存 (CCUS) 技术将排放的二氧化碳捕获并埋入地下深处,或通过化学反应将其转化为其他元素。
石化和炼钢公司在这一领域占据上风,因为它们在现有业务中已经拥有灰氢制造能力。
为了创建一个运行良好的氢生态系统,他们正在开发各种 CCUS 技术并进行营销。
乐天化学每年可生产 30,000 吨灰氢,承诺到 2025
年生产 160,000 吨蓝氢。它正在寻找制造蓝氢的新设施,但该地点的候选人尚未确定,根据乐天化学。
该公司专注于开发使用气体分离膜的 CCUS 技术。
今年年初,乐天化学在其位于全罗南道丽水的化工厂建立了用于测试技术的设施,该工厂生产合成材料。
该公司计划在收集和分析数据后,到 2023 年使这些设施投入运营。
它说它每年可以收集 60,000 吨二氧化碳。
“收集到的二氧化碳可以供我们公司使用,也可以出售给其他在生产各种合成产品时需要二氧化碳的中小型化工公司,”乐天化学发言人说。
据发言人称,收集到的二氧化碳可用于制造聚碳酸酯、干冰和半导体垫圈。
它计划将碳捕获技术扩展到大山和蔚山的其他化工厂,每年捕获超过 20 万吨的二氧化碳。
浦项制铁和 SK E&S 承诺到 2030 年和 2025 年使用 CCUS 技术分别生产 50 万吨和 25 万吨蓝氢。
工业部承诺到 2030 年将蓝色和绿色氢气的使用比例从目前的零提高到 50%。到 2050 年,蓝色和绿色氢气将占韩国所有氢气使用量的 100%,该部表示。
储存和运输
由于地域限制,韩国在制造绿色氢方面存在劣势。这就是为什么储存和运输氢的技术必不可少的原因。
目前,最常见的氢储存和运输类型是使用管拖车或地下管道的气态形式。
在储存和运输氢气时,开发可以压缩氢气的管式拖车至关重要。
1 级管式拖车是那些可以在 200 巴以下压缩气态氢的拖车。这种类型是目前使用最广泛的形式,一次可携带250公斤氢气。
如果氢经济要成为现实,这个数量就太少了。
公司急于开发使用高强度塑料和碳纤维将氢气压缩至 700 bar 的 3 级和 4 级管式拖车。它一次最多可携带 1,000 公斤气态氢。
在韩国,韩华解决方案和乐天化学正在深入研究该业务。
韩华解决方案去年收购了美国储罐制造商 Cimarron,以开发 4 级高压氢气罐。该公司计划开发可用于城市空中交通和航运的燃气管。乐天化学正在开发用于燃料电池电动汽车 (FCEV) 的 700 巴氢气罐。
尽管以气态形式运输氢的技术不断进步,但在数量和运输距离方面仍存在限制。
这就是液化氢的用武之地。无论如何制造,与气态氢相比,液化氢的体积都减小了 800 倍,这意味着可以同时储存和运输更多的氢。
它还降低了成本。
根据 KTB Investment & Securities 的一份报告,运输占氢气批发价格的 40%。
报告称:“如果将用于气态氢的高压管拖车转换为液化氢卡车,运输成本将降低 70%。”
输送液化氢在技术上具有挑战性。
氢必须在负 253 摄氏度的温度下液化,这是一个与外太空一样冷的温度。
航运业正在努力制造可以安全运输液化氢的储罐和船只,因为如果这种能源成为下一件大事,那么全球运输氢气将成为一个大市场。
韩国造船与海洋工程 (KSOE) 与各种机构合作开发液氢运输船和储罐。
2019年,日本川崎重工推出了世界上第一艘液氢运输船,但由于与大流行相关的多次延误,实际运输尚未进行。
去年,KSOE 与现代 Mipo Dockyards 合作,其 20,000 立方米液态氢运输船获得了韩国船级社和利比里亚国际船舶和公司注册处的批准。该船长 166 米,配备双壁真空绝缘罐,以最大限度地减少运输过程中氢气的蒸发损失。
该船预计将在 2027 年投入实际使用。
“未来对氢等环保燃料的需求有望增加,”KSOE 发言人表示。“凭借 KSOE 在建造气体运输船和气体动力船舶方面的经验,该公司在设计和建造液化氢和氨气运输船方面处于领先地位。”
氨可能是答案
氨正在成为储存和运输氢气的新解决方案。
氨是与三个氢原子结合的氮原子,最近它已成为储存和运输氢的一种选择。以气态形式,氨的氢气是相同体积的液化氢气的 1.7 倍。
尽管从氨中分离氢气是有成本的,但它可以在负 33 摄氏度的温度下液化。
利用氨运输氢气可以进一步降低成本,因为在大多数国家,运输氨的基础设施已经建立。
全世界每年共生产1.8亿吨氨,大约有120条氨隧道。
韩国能源研究所氢能研究部主任 Cho Won-chul 说:“由于我们多年来一直在进出口氨,因此运输氨的技术在韩国基本上已经得到了保障。”
“从氨中提取氢气需要更多的开发,但障碍不是太高。只是到现在为止还没有从氨中提取氢气的需求。如果以后有需求,氨将是最有效的之一与液化氢相比,运输氢的方法。”
在韩国,最近成立了一个财团,以氨的形式运输氢气。
浦项制铁、乐天精细化工、乐天环球物流、HMM、韩国船级社和 KSOE 联手开发和运营氨船,并在这些船上运输含有绿色氢的氨。
据该财团称,澳大利亚生产的绿色氨将通过这些船以氨的形式进口到韩国。进口的氨将通过乐天精细化学已经建立的氨管道输送到浦项制铁的制造工厂。
乐天精细化学已经处理了韩国近 70% 的氨零售业务。该公司在蔚山运营着 8 个氨储罐,可储存约 93 万吨氨。现有的氨地下管道也可以使用,进一步降低成本。
“当运输超过 2,000 公里时,氨的形式比液化氢便宜,”Daishin Securities 的研究员 Han Sang-won 说。
“能够使用现有的基础设施也是一个好处。”