绿色氢作为海水淡化的新增长口袋 - 一旦大规模起飞

ARTICLE H 绿色作为新的增长 2 用于脱盐的口袋- 一旦它在规模上消失 需求的可能增长是什么绿色氢可能意味着 海水淡化市场 前脸 T 能源转型仍在快速推进，改变全球的产业。 能源公司越来越意识到 转变对他们来说意味着。例如， 根据IRENA的说法，如果我们要实现我们的目标将全球变暖限制在远低于2°C 达到工业化前的水平，对绿色氢的需求到2050年，将需要增长到500公吨。这将对 其他行业。 在这项研究中，我们着眼于潜在的机会绿色氢的可能增长呈现 对于海水淡化公司。具体来说，我们 计算出绿色氢工业可以 需要250,000-500,000米 3每天的海水淡化 到2030年，产能可能会增加到1000万到2000万 m3到2050年每天。 是什么推动了水需求的预测增长对于绿色氢，为什么我们相信 海水淡化可能是答案的一部分？哪里会绿色氢的主要生产中心 定位，因此需要脱盐 出现？海水淡化玩家应该做什么现在为这种可能的增长做好准备 需求？我们看看数字背后的真相和检查这个新的机会可能意味着什么市场参与者。 2罗兰贝格|绿色H2作为海水淡化的新增长口袋-一旦大规模起飞 Contents Page 4 第1节：绿色氢与全球能源转型 5 第二节：对水的需求 7 第3节：一个新的成长口袋海水淡化? 10 第4节：捕捉潜力 1 绿色氢与全球能源转型 氢气目前在各个领域的广泛应用中， 包括炼油和氨生产。然而，大部分的氢气消耗 这些部门今天是灰色的氢-氢衍生自天然气，生产导致温室气体(GHG)排放。 一种清洁的替代方法是使用可再生的水通过电解水生产氢气 电力（太阳能，风能，水力发电等）。众所周知，绿色氢气可能会成为主要的能量转变的推动者，因为氢是一种多功能分子，具有独特的 有吸引力的储能特性等特性。 由于绿色氢气在实现脱碳方面的独特作用，预计需求 toexpandsignificantlyoverthecomingdecades.Marketinterestinrecentyearshasbeensignificant,althoughon-the-groundprojectdevelopmentremainslike.RolandBerger预测绿色氢气产量将达到每年1300万吨左右（mtpa） 到2030年，并将真正起飞到2040年，有可能上升到120万吨。这个强劲的市场为了满足世界更长期的气候雄心，增长将是必要的： 国际可再生能源署（IRENA）在其2023年世界中描述了1.5°C的情景能源转型展望，预计到2050年所需的绿色氢气产量为 大约500mtpa。这种绿色氢气生产水平将有助于使钢铁生产、炼油和炼油等难以减弱的行业的脱碳 交通。 A2030-50年全球对绿色氢气的预期需求[mtpa] 历史 需求, 2022 [mtpa] 预期的绿色氢需求， 2030-2050[mtpa] 500 +15% 95 +24%120 13 2022 2030 2040 2050 RB预测IRENA1.5度 场景 电流H2需求预期为绿色H2需求 来源：IRENA，罗兰贝格氢气市场模型 当然，为了使绿色氢的生产具有竞争力，可再生电力必须以低成本提供。享有优良太阳能或风能资源的国家 因此，可能是未来绿色氢供应的热点国家，如 沙特阿拉伯、智利、澳大利亚、阿拉伯联合酋长国、西班牙和摩洛哥-假设可以克服与氢的长距离运输有关的当前挑战。 欧洲，美国和中国也有望成为绿色氢的主要生产国，但主要用于国内消费。 今天围绕绿色氢的讨论主要是由能源行业推动的，重点主要放在确保所需的可再生电力和 生产氢气。生产绿色氢气所需的另一个关键输入是水。我们计算出绿色制氢可能需要高达1.3亿米 到2030年水和到2050年50亿米，我们3相信其中很大一部分将是 由海水淡化提供。这意味着每天250,000-500,000m 到2030年海水淡化能力，到2050年将上升到每天10到2000万m。而这3些水的需求，特别是到2030年，与来自 其他工业部门，与整体规模和增长相比，只有适度的海水淡化市场，它们代表了海水淡化潜在的新增长点参与者-具有特定要求和市场动态的新细分市场 玩家需要理解，尤其是当我们进入2040年代和50年代时。这是这个主题 我们在下面的章节中阐述。 2 对水的需求 绿氢是通过水的电解产生的，在这个过程中，水分子被电流分解为氢和氧。事实上，水是 在绿色氢的生产过程中需要两种能力： •作为工艺用水：超纯水（电导率和有机负载非常低）是用作电解槽的工艺水，其中H2O分子分裂成 氢气和氧气。理论上，生产一 千克氢气，尽管在实践中由于损失而需要大约十升在电解槽中 •作为冷却水：电解槽也会产生废热，因此需要 冷却。这种冷却可以是水基的，在这种情况下需要冷却水，或者它可以是基于空气的，在这种情况下，不需要冷却水 3超纯 3 B绿色制氢工艺 Water 拒绝 Water 预处理 蒸发 排污 水 冷却 水 冷却 排污 水 电解 Renewable 电力 氧气 绿色 氢气 原水 过滤水 超纯水 抛光 超纯水 来源：罗兰贝格 在这项研究中，我们专注于绿色制氢中对工艺水的需求过程。由于电解过程需要超纯水，绿色氢 生产单位通常会有一个水处理装置连接到他们过滤器并抛光进水供应，将其变成超纯水。这个进水 可以是自来水，地下水，地表水（河流和湖泊的水），处理过的污水废水或海水。供水的纯度越低，水量越大 水需要相同的超纯水输出。生产十升超纯 生产一公斤绿色氢气所需的水，在14到33升之间需要进水，这取决于水源。 C生产1公斤绿色所需的大约水量氢，按水的类型 15升地表水 14升 地下水 15升 处理过的污水 流出物 升水龙头 水 33升 海水 超纯水 生产 Water 预处理 约13.3升预处理水 准备抛光 超纯水 抛光 约10升超纯 准备电解的水 14 1kg 绿色H2 来源：罗兰贝格 3 海水淡化的新生长口袋？ 即将到来的绿色制氢的主要扩张水将在哪里几十年来？虽然绿色氢的水需求与社会的 总体水足迹，我们认为淡水不太可能成为源头。 随着人口的增长，社会经济的发展和消费者行为的变化推动全球对淡水的需求，而气候变化和水污染 限制其供应。水对于社会维持自身也至关重要，因此任何新的工业需要水的应用程序可能会面临公众的强烈反对，有根据或没有根据。出于这个原因，工业界似乎不太可能使用宝贵的淡水作为过程 绿色氢项目中的水。 最近宣布的绿色氢项目似乎证实了这一点。已宣布的绿色氢项目中有一半宣布其水源将 依靠海水淡化。这个比例可能会随着时间的推移而增长。 D声明1已宣布的绿色氢项目的水源[%] 44.3% 海水 24.3% 市政用水 20.0% 回收水 11.4% 新鲜 水 1)到目前为止，只有9％的绿色氢项目宣布了其水源 来源：GWI 可用于绿色制氢的两种非常规水源是 处理过的污水和海水。处理过的污水的使用更多的水- 比海水更高效。此外，用绿色氢气协同处理废水生产允许与使用副产品氧气进行曝气(a 废水处理中的标准净化步骤)和使用来自 用于干燥污水污泥的电解槽。然而，绿色制氢装置依靠处理后的污水必须靠近废水处理厂 它们的大小受到处理过的污水的可用性的限制。 虽然在相同产量的情况下，需要处理的污水少于海水绿色氢，海水实际上比其他水源具有四个明显的优势： 1.物理接近度：预计绿色制氢将是 集中在低成本可再生电力来源丰富的地区 （海湾合作委员会，澳大利亚，智利和非洲部分地区的国家），然后作为氢或其衍生物出口到需求高的地区(欧洲、日本 和韩国)。因此，出口地区的氢气生产可能是 集中在港口周围，自然可以直接进入海水 2.对当地水资源无影响：目前宣布绿色氢气 生产项目包括许多较小的项目，这些项目不会有明显的对常规水源的影响。然而，预计项目将在 sizeoverthecomingdecadesandcouldimpactlocalresources.Inaddition,using 海水将不太可能吸引公众的审查，虽然这将是重要的确保海水淡化盐水得到妥善处理 3.对成本的可忽略不计的影响：绿色氢气所需的工艺用水生产只占生产氢气成本的一小部分，即使 需要脱盐。因此，项目开发商可能会选择最可靠、无风险的工艺水源，通常会被淡化海水 4.不受缺水影响：水的需求在增长,供给在减少, 部分由气候变化驱动。随着这一趋势的继续，绿色氢生产对常规水资源的依赖将越来越大 审查和政府监管机构可能会促进替代水的使用资源，如淡化海水 计算未来需求 根据绿色氢气需求的预期增长，我们计算出供应到电解槽的超纯水可能达到约1.3亿米 到2050年，50亿米3。假设转换效率约为75% 超纯水抛光步骤，总共可以过滤约1.75亿m的水 32030年 3 到2030年需要和66亿m 水处理。 3到2050年作为超纯抛光步骤的输入 根据用作水预处理过程输入的水源， 因此，到2030年，总需水量可能达到200-4亿米3 到2050年每年70和160亿3m。应该注意的是，这只是一小部分 总淡水取水量(目前每年约4000亿米)，所以水的需求3 绿色制氢不太可能对水资源产生显著影响。 假设一半和所有的绿色氢都是使用脱盐产生的 海水和典型的海水淡化厂一年运行8000小时，我们计算得出向绿色氢气项目供应工艺用水的淡化能力总需求 可能是250,000-500,000米3到2030年，每天增加到1000万到2000万m3到2050年每天。 1为了比较，世界上最大的 海水淡化厂, 位于RasAlKhair在沙特阿拉伯，能力超过 1,000,000米3每天。 在2030年之前，氢气生产不太可能对动力学产生明显影响 ofthedealinationmarket.Theestimated250,000-500,000mperdayofr3equired 海水淡化能力相当于每天数十甚至数十万米3 市政应用的典型海水淡化厂。但在2030年之后，尤其是在世界这使得它的气候野心加倍，氢气生产可能会变得更加 海水淡化市场增量增长的重要驱动力，有助于海水淡化能力的投资决策。 在水资源短缺严重的地区，对绿色氢气淡化的需求通常会与饮用水淡化需求齐头并进，其他工业 用途，在某些情况下甚至是农业。因此，我们不希望看到专用为制氢设施提供服务的海水淡化厂：甚至是几千兆瓦 电解槽安装仅需要约10,000的脱盐能力- 100,000米3每天，这可以由中型工厂生产。相反，我们看到绿色1 氢成为推动海水淡化能力投资的几个因素之一。因此，绿色氢气生产的增长为 参与者在海水淡化市场。在本报告的最后一部分，我们转向的影响对于那些能够抓住这种潜力的人来说，那些要么活跃在 市场或希望进入市场，以及他们与其他利益相关者的关系。 4 捕捉潜力 2022年，全球约有21,000个海水淡化厂在运营，总数 生产能力超过100万m 由于需要提供可靠的水源，市场已经在强劲增长。 3一天的淡化水。海水淡化2 2请参阅：IFRI-The 海水地缘政治 海水淡化（2022年）； Jones等人（2018） 日益干旱的世界。额外的海水淡化需求可能来自 绿色氢气生产，虽然与整体规模和增长相比温和 市场，代表了市场参与者可以利用的额外增长，尤其是在2030年之后的几十年里。 如第3章所述，我们有充分的理由相信，如果我们能够克服 当前氢气长途运输的挑战，很大一部分绿色制氢所需的新海水淡化能力将位于 海湾合作委员会，澳大利亚，智利和非洲部分地区的国家。这些地区拥有一流的可再生电力资源，但经常面临高水平的水 稀缺性。图5显示了选定的绿色氢气生产的潜在规模 2050年的区域以及由此产生的海水淡化能力。 E预计绿色制氢和脱盐能力 需求，选定地区，2050年 沙特阿拉伯 阿联酋 40 1.6 mtpamm3/d 15 0.6 mtpamm3/d 澳大利亚 301.1 mtpamm3/d 智利 301.2 mtpamm3/d Africa 60