绿色氢研究强调海上生产战略
由于美国在以经济高效和环保的方式扩大氢气生产方面面临重大挑战，康奈尔大学的一项新研究概述了通过利用海上风能满足未来美国 75% 氢气需求的战略。未来几十年，氢气需求预计将大幅增长，而氢气的生产必须依靠可再生能源，例如海上风力涡轮机，而非化石燃料，这才是氢气被视为“绿色”的关键。然而，根据康奈尔大学发表在《能源与环境科学》杂志上的研究，需要 0.96 太瓦的海上风力发电能力才能满足美国 75% 的氢气可用消耗潜力。
能源系统工程系 Roxanne E. 和 Michael J. Zak 教授、与研究生 Rishi Kaashyap Balaji 共同撰写了这项研究的尤凤起 (Fengqi You) 表示，安装如此大的容量将要求美国大幅增加对海上风能的使用，从仅使用其技术资源潜力的 1% 提高到 22% 以上。
康奈尔大学阿特金森可持续发展研究中心高级研究员尤凤起表示：“这是海上风能产量的大幅增长，采取这种方式不仅可以为美国提供一个刺激重要能源领域增长的机会，还可以规避在国内开发大规模可再生能源基础设施可能带来的土地和水资源使用挑战。”
该研究采用优化框架、生命周期评估和多尺度空间分析，全面分析海上风力制氢的经济和环境影响。研究考察了两种输送方式——液化氢和压缩气态氢，同时结合了风速数据和州级氢气需求等众多参数。
巴拉吉说：“一个关键的发现是，通过管道运输压缩气态氢比运输液化氢具有明显的经济和环境优势。”
“将氢气液化至 -253 摄氏度所需的成本和能源使得液化氢路线非常昂贵。然而，这种方法仍然值得考虑，因为建设广泛的管道基础设施可能是一个巨大的挑战。”
该研究还概念化了“海上氢能中心”——各州聚集在与美国能源部 2023 年宣布的区域清洁氢能中心计划大致一致的地理区域。尤教授表示，这些中心包括生产、储存和最终使用清洁氢能所需的基础设施，可优化设施位置，并通过共享基础设施节省高达 30% 的成本。
尤先生说：“由于风速高、区域需求大、剩余潜力充足，以及建立出口导向型设施以服务欧洲市场氢气净进口国的前景光明，东海岸成为了海上风电绿色氢气生产的主要关注地区。”
按照这项研究的最佳路径，在海上生产氢气的成本可能在每公斤 2.50 美元到 7.00 美元之间，温室气体排放量远低于 4 公斤二氧化碳当量的基准。尤说，这使得绿色氢气有资格根据《通货膨胀削减法案》获得生产税收抵免，从而进一步提高其市场竞争力。
“碳定价机制等额外的支持政策将至关重要，”尤补充道。“例如，百年历史的《琼斯法案》要求在国内建造和配备船员的船舶，从而使海上项目变得复杂，但截至 2020 年，没有悬挂美国国旗的船舶可以执行海上组装涡轮机等任务。我们的工作讨论了灵活政策对于应对行业增长面临的这些实际挑战的重要性。”
更多信息： Rishi Kaashyap Balaji 等人，驶向可持续发展：海上风电绿色氢能在美国沿海地区脱碳方面的潜力，《能源与环境科学》（2024 年）。DOI ：10.1039/D4EE01460J
期刊信息： 能源与环境科学
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