加速亚太地区的净零转型 ： 工业脱碳的低碳氢

ADBI工作文件系列 加速净零 亚洲和世界的过渡太平洋：低碳氢工业脱碳 孟媛，刘春英，王伯红，商文龙，和张浩然 No.1409 2023年7月 亚洲开发银行研究所 孟远是奥尔堡大学规划系助理教授, 丹麦。刘春英是管道国家工程实验室的硕士生 安全/石油工程教育部重点实验室/北京市城市石油重点实验室中国石油大学配气技术学院，北京 （PRC）。王伯红是国家和地方联合工程研究中心的讲师港口油气储运技术/浙江省重点实验室 浙江海洋大学石化环境污染控制，舟ft，中国。尚文龙是北京市交通工程重点实验室的助理教授，北京工业大学城市交通学院与交通学院 和运输，北京，中国;并在交通研究中心，帝国理工学院英国伦敦。张浩然是城市规划学院的助理教授 设计，北京大学，深圳，广东，中国。 本文表达的观点是作者的观点，不一定反映 ADBI、亚行、其董事会或其所代表的政府的观点或政策。ADBI 不保证本文数据的准确性，不承担任何责任 foranyconsequencesoftheiruse.TerminologyusedmaynotnecessarilybeconsistentwithADB 官方条款。 讨论文件在定稿前需经过正式修订和更正考虑出版。 工作文件系列是以前命名的讨论文件系列的延续； Thenumberingofthepaperscontinuedwithoutinterruptionorchange.ADBI’sworkingpapersreflect 关于某个主题的初步想法，并发布在网上进行讨论。一些工作文件可能会发展成其他形式的出版物。 亚洲开发银行将“中国”称为中华人民共和国 “韩国”即大韩民国。建议引用： 袁，M，C.Liu，B.Wang，W.Shang，H.Zhang。2023年。加速净零过渡亚洲及太平洋：用于工业脱碳的低碳氢。ADBI工作文件1409。 东京：亚洲开发银行研究所。可用：https://doi.org/10.56506/GHCG4604 有关本文的信息，请联系作者。电子邮件：mengy@plan.aau.dk 作者感谢所有的研究参与者和亚洲人的支持。开发银行研究所（ADBI）。 亚洲开发银行研究所 Kasumigaseki大楼，8楼 3-2-5Kasumigaseki,Chiyoda-ku 东京100-6008,日本 电话:Fax:URL: +81-3-3593-5500 +81-3-3593-5571 www.adbi.org 电子邮件：info@adbi.org ©2023亚洲开发银行研究所 Abstract 氢被认为是难以减少的脱碳的有限选择之一。 工业部门。这项工作调查了绿色和蓝色氢的现状和潜力在一些主要的工业部门，包括炼油，化工生产，钢铁 production,andhigh-temperatureheatapplications.ThefocusisputontheAsiaandthe 太平洋（APAC）地区，占全球工业氢需求的一半。的氢市场的现状，低碳氢在工业中的部署行动 在国家战略、示范项目和区域氢能方面的部门 对亚太地区国家的市场进行了总结和分析。提供了观点支持加快亚太地区工业部门的进一步脱碳 低碳氢区域。尽管亚太地区各国在术语上存在差异不同资源对低碳氢生产和应用潜力的影响 禀赋、能源结构和产业结构，该地区具有很高的潜力总体而言，尤其是跨境氢贸易的能力。 关键字:绿色氢，蓝色氢，工业脱碳，亚太地区，可再生能源 果冻分类:Q40 Contents 1.简介1 2.STATUSAND潜在OF工业级脱碳 WITH低碳氢3 2.1滑油精炼3 2.2Chemical生产4 2.3铁and钢生产4 2.4高温热度5 3.STATUSOF氢市场INTHEAPACREGION5 4.国家氢StrategiesONTHE工业级部门 IN亚太地区7 4.1National氢气StrategiesofAPAC国家7 4.2低碳氢气项目forIndustrialPurposesin亚太地区12 5.氢市场INTHEAPAC地区14 6.CONCLUSIONSAND观点15 REFERENCES17 1.INTRODUCTION 工业部门脱碳对全球气候行动至关重要。作为最大的能源最终用途部门，工业部门占全球最终总量的38% 能源需求和二氧化碳排放量的26%2全球能源系统的排放。尽管已经研究了不同脱碳的知识 途径(Johannsen等人2023)，例如提高能源效率，可再生能源集成、工业过程电气化和燃料转换 有了氢气和生物质，对工业脱碳的理解仍然是由于行业部门的普遍异质性而不足。在几个 有前途的途径，氢是许多脱碳的有限选择之一 工业部门，特别是那些需要化学转化的部门，它可能不可能用其他清洁能源脱碳(Griffiths等人，2021年)。图1显示了在净零情景下按行业划分的全球氢气需求 IEA.Ascanbeseen,hydrogenusetodayisdominatedbyindustrialapplications.The 工业对氢的年需求为51Mt，其中46Mt用于生产化学品(IEA2021b).图2介绍了全球氢气需求在2020年的工业。大约四分之三用于氨生产和 甲醇的剩余季度。炼钢的直接还原铁（DRI）工艺剩下的5吨。 与其他能源部门相比，工业部门可能会受益于 以更低的成本减少生物质的使用(Korbergetal.2023)。但它应该是注意到在工业过程中直接使用氢气作为替代燃料 从能源效率和能源系统的角度来看，应该避免，除非 没有其他选择可用，或者如果其他选择是不可持续的生物质 use(Sorknæsetal.2022).Therefore,thispaperwillexcludethedirectuseofhydrogen 作为其讨论范围内的燃料替代品，而是将重点放在艰难的难以通过其他解决方案减弱的行业，即炼油、化工 生产，以及钢铁生产。氢在高 温度热量也将被触及，但不会成为焦点。 图1：IEA净零情景下按行业划分的全球氢需求 资料来源：IEA2021a。 图2：2020年全球工业氢需求份额 资料来源：IEA2020。 从传统的基于化石燃料的灰氢向低碳氢的转变是 对于实现《巴黎协定》中设定的全球气候目标至关重要。这可以是通过实施基于可再生电力和绿色的绿色氢来追求 天然气与碳结合产生的氢和蓝色氢 capture,utilization,andstorage(CCUS).Themarketforlow-carbonhydrogenis 仍处于起步阶段。在当前的工业部门中，总51Mt中只有0.3Mt是提供低碳氢，其余来自灰氢。对 低碳氢的生产已经在政策制定者和世界各地的工业。 从整个能源系统来看，绿色和蓝色的生产氢不仅有助于减排，还可以提供 能源系统其余部门在利用部门协同效应方面的好处。例如，绿色氢有助于整合间歇性可再生能源 (RES)如太阳能和风能在电力部门，和电解槽可以被视为提供灵活性的资产。此外，来自 绿色制氢工艺也可用于区域供热系统使热源多样化。蓝色氢的产生与 现有的行业，包括石油和天然气行业，这提供了机会 考虑到所需的基础设施、技能和工作可以实现公正的能源转型被转移(Griffiths等人，2021)。此外，CO2捕获的可以利用作为碳点源自然用于其他应用，如生产 通过Power-to-X技术提供电子燃料，在现场生产中提高石油采收率，或在食品工业。 亚太地区（APAC）目前占全球的一半 工业氢需求，仅中华人民共和国(PRC)就承担了 33%(17MtH2)用于生产氨和甲醇(IEA2019a)。2017年，日本宣布了其在多个领域的国家氢气战略，这使其成为第一个 世界上建立国家氢框架的国家。继日本之后， 其他亚太地区国家，包括中国、大韩民国、新西兰和澳大利亚也制定了自己的战略来支持氢气 工业。氢的工业应用也涵盖在一些这些亚太地区国家的国家政策。 现有文献综述了低碳氢的各种应用和前景 全球各部门；然而，亚太地区缺乏全面审查区域，尤其是工业部门。对工业部门的调查是重要的是要了解低碳氢在国家框架中的作用 以及亚太地区的跨境贸易。本文通过以下方式为文献做出贡献对技术和政策状况进行全面总结和分析， 在促进绿色和蓝色氢应用方面的潜力和前景 亚太地区国家的工业部门，可以作为决策支持材料为当地的利益相关者。 本文的结构如下：第2节介绍了现状和未来通过使用低碳氢使工业部门脱碳的潜力。 亚太地区以工业部门为重点的国家氢气战略是第4节分析了亚太地区的氢气市场。 最后，第5节总结了本文并提出了观点。 2.工业的地位和潜力低碳脱碳 氢 当今大多数氢气用于三个工业部门：炼油，化工生产，以及钢铁生产。在高温热中的应用是 也考虑在这里。本节说明了低碳氢应用。 2.1炼油 2.1.1氢在炼油中的作用 全球炼油工业每年消耗38Mt的氢气。氢服务作为炼油厂的重要原料、试剂和能源。主要的炼油中氢气的利用途径是从原油中去除硫， 升级为重质原油；然而，也有一些升级石油的应用沙子和加氢处理生物燃料。 目前，炼油中约三分之二的氢气是由现场蒸汽提供的全球炼油厂和商业供应商的甲烷重整器(SMR)，而 其余大部分由炼油厂的副产品提供，少量由现场煤炭提供 （IEA2019a）。中国，美国和欧洲占全球氢的一半炼油厂的消费。不同来源的份额因地区而异。 在中国，10%的氢气来自现场煤，而在美国和欧洲。 2.1.2氢在炼油中的未来潜力 尽管全球原油的平均质量正在变得越来越轻，越来越甜由于美国致密油的崛起，未来炼油对氢的需求是 由于全球对硫含量的严格监管，预计仍将增长， 特别是在公路运输和船用燃料方面。据估计，氢气需求到2030年，炼油厂的产量将增长到4100万吨/年左右。 以更清洁的方式生产氢气以降低总体排放是很重要的有两种方法可以实现这一目标：改造 带有CCUS(即蓝色氢气)的天然气/煤基制氢设施，以及用电解产生的更清洁的氢代替商业氢 使用可再生电力(即绿色氢)。 然而，清洁氢的经济性与碳的价格和 对这一政策的支持。以中国为例：自然的CCUS途径基于气体的氢气生产只有在以下情况下才具有经济竞争力 与没2有CCUS的传统工艺相比，CO价2格高于USD50/tCO （IEA2019a） 。 2.2化工生产 2.2.1当前氢气在化工生产中的作用 几乎所有的工业化学品都有氢作为其分子结构的一部分，虽然只有少数主要化学品需要大量的氢 生产过程中的原料。氨和甲醇是最大的 化学工业中的氢消费者，消耗31MtH/年和12MtH/年22 在全球范围内，分别有65%的氢气来自天然气和 30%来自煤炭。亚太地区的氢气消耗量占全球氢气消耗量的近一半。氨和甲醇工业，其中60%来自煤炭。几乎所有的煤基 氢气在中国生产和使用。 2.2.2氢在化工生产中的未来潜力 预计未来全球对氨和甲醇的需求将增加 十年，这将不可避免地导致氢的增长。与石油类似炼油行业，化学工业中更清洁的氢气部署也有 以下两条途径：1）用CCUS改造化石燃料基氢；以及 2)使用来自可再生电力的电解衍生的氢。 然而，低碳生产的成本比化石 以燃料为基础的生产。天然气价格和电价是关键因素影响低碳制氢的经济性。电解氢是 优选用于在以下地方低碳生产氨和甲醇 可以很容易地获得廉价的可再生电力，而使用CCUS的天然气是在电价高的地方具有竞争力。 2.3钢铁生产 钢铁行业（ISI）被认为是最难以削减的行业之一。并贡献了全球约6%的CO2排放(IEA2019a)。挑战脱碳ISI来自以下两个过程：高温热 特定过程所需，如操作高炉（BFs）和其他生产 反应器，以及铁矿石精炼的化学反应(Ren等人，2021年)。 2.3.1氢在钢铁工业中的作用 高炉-碱性氧气炉（BF-BOF）和直接还原铁电弧炉（DRI-EAF）是两个主要的生产途径钢铁，约占粗钢产量的90%和7%， 分别。BF-BOF途径产生副产物氢(9MtH2/yr)从煤以混