在美国墨西哥湾沿岸解锁清洁氢气 ： “此时此地 ”

石油和天然气实践 在美国墨西哥湾沿岸解锁清洁氢气：“此时此地” 一个强有力的战略可以看到美国墨西哥湾沿岸到2030年成为世界领先的清洁氢中心。在未来三到五年内，可以做些什么来启动清洁氢经济？ 本文是NikhilAti，FilipeBarbosa，AbhinavCharan，CelineGuo，JessicaLi，BrandonMcGee和MimTansamrit的共同努力，代表了麦肯锡石油和天然气实践的观点。 ©GettyImages 2023年8月 清洁氢气是在实现零净能源系统的全球旅程中至关重要-休斯顿被认为是全球清洁氢中心的可能中心。休斯顿未来中心的2022年报告讨论了美国墨西哥湾沿岸（USGC ）清洁氢的长期供需计划，并为实现这一目标提供了关键的推动力。 仅在德克萨斯州，清洁氢的需求就可以达到每年2100万吨（MTPA），到2050年，这可能会使全球二氧化碳减少2.2亿吨（MT）。其影响超出了净零目标-30％至60％的项目可能位于受影响最大的社区，创造了大约18万个直接，间接和诱导的工作。 这将是重要的：到2050年，一个清洁氢中心可能会为德克萨斯州带来约1000亿美元的额外GDP。 最近的全球发展加速了对清洁氢的需求。COP27强调了世界需要朝着净零迈进，以限制全球变暖超过1.5°C。在COVID-19大流行和乌克兰入侵的推动下，能源危机激起了能源转型的火焰，因为多个净进口能源国家寻求能源安全-主要来自清洁能源。 对清洁氢的推动将来自2021年美国两党基础设施法以及2022年美国降低通胀法案（IRA），该法案将以前所未有的方式支持氢生产经济，通过制定极具影响力的条款来开发和扩大气候友好型技术。 2022年底，HyVelocityHub-由行业，大学和领先的能源公司组成 以及致力于推进德克萨斯州西南部清洁氢生态系统的组织 Louisiana,andalongtheUSGC-receivedanoticeofencouragementfromtheUSDepartmentofEnergy.ThisnoticeindicatedthatHyVelocity 有可能被选为两党基础设施法中概述的区域清洁氢枢纽。 在四个关键领域创造需求,利用IRA,采取联合方式可能是一个良好的开端。 采用清洁氢的四个重点领域 关键行业的需求创造将是启动该地区清洁氢经济的关键。 根据其潜在的市场规模，与该地区的经济和禀赋的战略契合度，需求信号以及清洁氢的可能性，优先考虑了四个需求领域-氨，石化产品和炼油，地面运输以及电力和公用事业（图表1）。 家用和出口用氨 清洁氨可能是清洁氢吸收最经济有利的部门之一，并且由 于外国政府的脱碳计划和清洁能源采购而具有巨大的出口潜力。到2030年，国内使用和出口的氨需求可能达到3MTPA。 USGC的资源和位置使其成为蓝色和绿色氨生产的全球竞争对手。由于该地区的天然气，太阳能和风能资源 ，与国际同行相比，蓝色和绿色氨的生产成本在出口方面具有竞争力。蓝色氨可能是 对进口国来说比绿色更有吸引力，价格优先于碳强度水平， 而随着农业部门走向脱碳，清洁氨可能会取代化肥中的灰氨。 1“休斯顿地区有望成为全球清洁氢中心，根据新报告，休斯顿未来中心，2022年5月23日。 2OleRolser，BramSmeets和RunevanderMeijden，“绘制到2050年的全球能源格局：排放”，麦肯锡，2022年12月1日。 3能源转型：区域近期行动议程，麦肯锡，2022年12月15日。 4“美国能源部建立了两党基础设施法的95亿美元清洁氢倡议，”美国能源部，2022年2月15日;“2022年减少通货膨胀法案：第13204节清洁氢”，国际能源署，2022年12月2日。 5“介绍HyVelocityHub：致力于在德克萨斯州和路易斯安那州推进清洁，负担得起的大规模氢气”，休斯顿未来中心，2022年11月10日;“HyVelocity墨西哥湾沿岸氢气中心得到能源部的鼓励，提交完整的提案，”HyVelocity，2022年12月28日。 附件1 四个价值链可能导致墨西哥湾沿岸的清洁氢气吸收 德克萨斯州的Hy需求估计，每年百万吨 11+ ~3 <1 ~2¹2+~2 1+ <1² 20302050203020502030205020302050 氨和出口炼油和石化电力和公用事业地面运输 需求驱动因素 •出口•化学品•肥料 •现有原料价值池•高温加热 •HDT和对drayage和机场系统的浓厚兴趣 •叉车的动量 •将用例与燃料转换的潜力相结合 •LDES增加VRE 优先化的理由 •存在绿色溢价•利用当前生产•出口港口基础设施 •德克萨斯州是最大的石油生产国 •许诺的关键球员的家 净零 •主要北美自由贸易协定和美国贸易走廊的所在地•Hs卡车在港口和机场的潜在机会 •德克萨斯州的电力需求每年增长1.5-2.0% •地理优势 •在多种应用中采用清洁Hs的潜力 注意：除出口外，应用将在短期内倾向于蓝色氢作为过渡，直到绿色氢成本降低。 1如果包括供暖，预计需求会更高。 2如果包括燃料转换，预计需求会更高。 石化和炼油 德克萨斯州是美国最大的产油州，也是承诺净为零的关 键参与者的家园。 为运营脱碳和支持参与者实现净零目标的关键杠杆。 氢气是炼油和石化生产中许多制造过程的关键原料，该行业在整个USGC中都具有广阔的足迹。它也可以用于“燃料转换”，以替代炼油厂和石化厂的天然气加热。炼油厂可以考虑中心规模，清洁- 用于燃料转换用例及其加氢处理和加氢裂化过程的氢方法。 考虑到氢气作为原料的作用，我们估计到2030年对清洁氢气的潜在需求约为2MTPA。如果燃料从天然气 转换为清洁氢气用于加热起飞，则可以解锁超过1MTPA。 此外，优化中心规模的生产和共享基础设施可以帮助炼油和石化集群以较低的成本获得清洁氢供应 。 6麦肯锡分析。 7公司是bp，雪佛龙，陶氏，埃克森美孚和LyodellBasell：“实现净零”，bp，2020年2月；“雪佛龙将净零设定为期望和新的温室气体强度目标，“雪佛龙， 2021年10月11日；“加快我们的可持续发展承诺和目标”，陶氏，2023年；“埃克森美孚宣布到2050年实现温室气体净零排放的雄心”，埃克森美孚，2022 年1月18日；“里昂巴塞尔。 宣布到2050年实现净零排放的目标，“LyondellBasell，2021年9月29日。 地面运输 USGC拥有便利的港口和高速公路，是地面运输中清洁氢 气显着减少二氧化碳排放的好地方。 得克萨斯州是主要的北美自由贸易协定（NAFTA），美国卡车运输以及具有港口和机场集群的贸易走廊的所在地 。鉴于USGC拥有30多个具有适当激励制度的港口，这些可以帮助启动港口集群中的氢需求。 到2030年，重型卡车，港口drayage车辆和叉车可能需要每年100千吨（KTPA），这是由德克萨斯州公司的净零承诺推动的。 转向氢燃料电池汽车更具挑战性，因为这将需要新的资本支出投资。在短期内，叉车可能是一个不错的选择，而氢动力卡车可以长期用于重载，需要快速加油和长距离路线的用例。 低排放燃料标准，车辆补贴和加油网络的共享基础设施可能会在2030年之前加速燃料电池汽车和内燃机汽车（FCEV-ICEV）的平价。 电力和公用事业 德克萨斯州是美国最大的发电州，许多生产商致力于减少 碳排放。未来十年，德克萨斯州的电力需求预计将增加（人口增长推动每年1.5％至2.0％），其中大部分增长预计将来自可再生能源，尽管天然气仍将是能源结构的重要组成部分。管理间歇性和减少排放是两个。 可再生能源和传统电力生产商面临的挑战-清洁氢气可以在常规发电脱碳和支持可再生能源发电方面发挥重要作用 放大。 可以将氢混合设置在集群中，并具有高浓度的天然气发电厂（例如在休斯顿船舶通道中），并且可以将燃料转换用于具有高碳强度的某些工厂。也可以考虑计划进行淘汰改造的燃煤电厂，并与其他选择进行比较。 氢气可能是长期储能的一种手段，以支持间歇性可再生能源电力系统的扩大规模，利用东德克萨斯州的盐穹顶利用地质构造。 到2030年，天然气电网混合和长期储能（支持可再生能源扩大规模）的预期需求为1MTPA，这是由德克萨斯州拥有发电资产的20多家公司的净零承诺推动的。如果采用从天然气到清洁氢气的完整燃料转换，需求可能会大幅增长。 然而，与燃烧后碳捕获等其他脱碳选项相比，这些选项的经济学具有挑战性。氢气在某些情况下可能具有吸引力-例如，在具有高碳强度的工厂中进行燃料转换-或者它可以在支持扩大规模方面发挥长期储能作用可再生能源。具有共享自热重整(ATR)基础设施和其他基础设施修改支持的集群方法可以加速这一应用。 尽管如此，优先考虑这四个部门以释放对清洁氢的需求取决于有效利用IRA，这可能会大大加快清洁氢的采用并提高其经济可行性。 麦肯锡分析。 “州概况和能源估计：德克萨斯州”，美国能源信息管理局，2023年6月15日；2022年ERCOT地区长期系统评估，ERCOT，2022年12月。ü0麦肯锡分析。 潜在氢团簇 在对高潜力需求行业进行优先排序之后，每个行业都出现 了试点项目和重点领域，整个德克萨斯州都有潜在的氢集群（图表2）。 释放机会：利用《降低通胀法案》 IRA有望通过改善其经济性，使清洁氢变得更加负担得起 ，从而可以更广泛地采用。第45V和45Q节是《氢气法 》中最重要的部分-前者涉及每生产单位氢气的信用额（每公斤价值高达3美元），而后者是2021年每捕获和封存碳的信用额的扩大。 生产过程的生命周期碳强度（CI）决定了45V信用额度 ，该额度由美国能源部（DOE）开发的方法计算，并由美国国税局澄清。 45Q信用额度为每体积捕获的二氧化碳，每吨二氧化碳60 美元和每吨二氧化碳85美元的已使用和未使用的二氧化碳 ，资格期限为12年。 蓝氢与碳捕获和储存（CCS）在理论上符合45Q和45V的条件，但是，这些信用额不允许合并为单个生产设施。由于蓝氢CI通常在1.5千克至 附件2 德克萨斯州可能会出现各种氢团簇。 供应需求基础 设施 潜在的清洁Hy团簇 西德克萨斯州 •通过可再生能源和天然气以及COs存储产生清洁的Hs •潜在的中游基础设施，包括通往东德克萨斯州的管道 德州三角和海湾城 •核或废物制氢生产 •加油网络以支持运输用例 •推动者联盟，包括研发工作 东德克萨斯州 •清洁Hs存储 •电力演示的潜在收益 大休斯顿 •蓝色Hs生产震中，陆上和海上CO存储 •来自工业集群的潜在出口和出口，包括炼油和石化生产商 科珀斯克里斯蒂和南德克萨斯州 •清洁Hs生产 •钢铁生产商、石化企业等产业集群的潜在出口和出口 《2022年H.R.5376降低通货膨胀法案》，美国国会，2022年。 ²“关于清洁氢和清洁燃料生产信用额的征求意见稿：2022-58号公告，”美国政府国税局，2022年。 如果可以满足目标CI，则每千克H22.5千克CO2，45V 可能比45Q更有利。需要额外的规定来获得所述 每公斤H245V信用额3美元。这可能需要减少上游排放或将可再生天然气（RNG）与常规天然气混合，因为RNG可能具有负CI，具体取决于使用的原料。 绿色氢是通过可再生能源电解产生的；因此，它可能在 45V（每公斤H23美元）的低排放边界。 即使有45V的信用额度，绿氢的经济性也高度依赖于可再生能源的电价，因为电价占40～ 绿色氢气生产成本的60％。因此，确保具有竞争力的可再生能源成本至关重要。 IRA对清洁氢需求意味着什么？ IRA将加快氢气生产并进行各种应用(通过直接- forward,drop-insolution)quicklyprofitableandacceleratereleasingthehydror-demandtimelinesigni