Nieuws

Innovatie, popularisering en toepassing van waterstofenergieproductietechnologie: een casestudy van Ally Hi-Tech.

Originele link:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Noot van de redactie: Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op het officiële WeChat-account van China Thinktank.

Op 23 maart publiceerden de Nationale Ontwikkelings- en Hervormingscommissie en de Nationale Energieadministratie van China gezamenlijk het middellange- en langetermijnplan voor de ontwikkeling van de waterstofenergie-industrie (2021-2035) (hierna te noemen het plan). Dit plan definieert de energiekenmerken van waterstof en stelt dat waterstofenergie een integraal onderdeel vormt van het toekomstige nationale energiesysteem en een belangrijke richting is voor strategische nieuwe industrieën. Brandstofcelvoertuigen vormen het belangrijkste toepassingsgebied van waterstofenergie en een doorbraak in de industriële ontwikkeling in China.

In 2021, gedreven door het nationale beleid voor demonstratie en toepassing van brandstofcelvoertuigen, werden de vijf stedelijke agglomeraties Beijing, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong en Henan achtereenvolgens gelanceerd. De grootschalige demonstratie en toepassing van 10.000 brandstofcelvoertuigen ging van start, waarmee de ontwikkeling van de waterstofenergie-industrie, gestimuleerd door demonstratie en toepassing van brandstofcelvoertuigen, in de praktijk werd gebracht.

Tegelijkertijd zijn er ook doorbraken bereikt in de toepassing en het onderzoek naar waterstofenergie in niet-transportgerelateerde sectoren, zoals de staalindustrie, de chemische industrie en de bouw. In de toekomst zullen de diverse en uiteenlopende toepassingen van waterstofenergie een grote vraag naar waterstof genereren. Volgens de voorspelling van de China Hydrogen Energy Alliance zal de vraag naar waterstof in China in 2030 35 miljoen ton bedragen en zal waterstofenergie minstens 5% van het Chinese energiesysteem uitmaken. Tegen 2050 zal de vraag naar waterstof oplopen tot bijna 60 miljoen ton, zal waterstofenergie meer dan 10% van het Chinese energiesysteem uitmaken en zal de jaarlijkse productiewaarde van de industriële keten 12 biljoen yuan bedragen.

Vanuit het perspectief van industriële ontwikkeling bevindt de Chinese waterstofenergie-industrie zich nog in een vroeg stadium. Het ontoereikende aanbod en de hoge kosten van waterstof voor energieopwekking vormen al jarenlang een belemmering voor de ontwikkeling van de Chinese waterstofenergie-industrie, zowel bij de toepassing, demonstratie als promotie ervan. De hoge af-fabriekprijs en de hoge opslag- en transportkosten van waterstof voor voertuigen blijven een belangrijk probleem in de kern van de waterstofvoorziening.
Daarom moet China dringend de innovatie, popularisering en toepassing van goedkope waterstofproductietechnologie versnellen, de economische haalbaarheid van demonstratieprojecten verbeteren door de kosten van waterstofenergievoorziening te verlagen, grootschalige demonstratieprojecten met brandstofcelvoertuigen ondersteunen en vervolgens de ontwikkeling van de gehele waterstofenergie-industrie stimuleren.

De hoge prijs van waterstof is een prominent probleem voor de ontwikkeling van de Chinese waterstofenergie-industrie.
China is een groot waterstofproducerend land. De waterstofproductie is verdeeld over de petrochemische, chemische, cokes- en andere industrieën. Het grootste deel van de geproduceerde waterstof wordt gebruikt als tussenproduct voor aardolieraffinage, synthetische ammoniak, methanol en andere chemische producten. Volgens de statistieken van de China Hydrogen Energy Alliance bedraagt de huidige waterstofproductie in China ongeveer 33 miljoen ton, voornamelijk afkomstig van steenkool, aardgas en andere fossiele brandstoffen, en van de zuivering van industrieel bijproductgas. Hiervan is de productie van waterstof uit steenkool goed voor 21,34 miljoen ton, oftewel 63,5%. Daarna volgen waterstof uit industrieel bijproductgas en waterstof uit aardgas, met respectievelijk 7,08 miljoen ton en 4,6 miljoen ton. De waterstofproductie door water elektrolyse is relatief klein, ongeveer 500.000 ton.

Hoewel het industriële waterstofproductieproces volwassen is, de industriële keten compleet is en de verkrijging relatief eenvoudig is, staat de levering van waterstof voor energiedoeleinden nog steeds voor grote uitdagingen. De hogere grondstofkosten en transportkosten van waterstofproductie leiden tot een hogere eindprijs van waterstof. Om waterstofenergietechnologie op grote schaal te kunnen toepassen, is het cruciaal om de knelpunten van hoge verkrijgings- en transportkosten te overwinnen. Van de bestaande waterstofproductiemethoden is de productie van waterstof uit steenkool weliswaar goedkoop, maar de CO2-uitstoot is hoog. De energiekosten van waterstofproductie door middel van water elektrolyse in grote industrieën zijn eveneens hoog.

Zelfs met een laag elektriciteitsverbruik bedragen de productiekosten van waterstof meer dan 20 yuan/kg. De lage kosten en lage CO2-uitstoot van waterstofproductie uit reststromen van hernieuwbare energiebronnen vormen een belangrijke richting voor de waterstofvoorziening in de toekomst. Momenteel is de technologie geleidelijk aan volwassen, maar de locaties waar waterstof wordt gewonnen zijn relatief afgelegen, de transportkosten zijn erg hoog en er zijn geen concrete toepassingsscenario's. Vanuit het perspectief van de kostensamenstelling van waterstof is 30 tot 45% van de prijs van waterstof bestemd voor transport en tanken. De bestaande transporttechnologie voor waterstof, gebaseerd op hogedrukgas, heeft een beperkte transportcapaciteit per voertuig, een lage economische waarde voor transport over lange afstanden, en de technologieën voor opslag en transport in vaste toestand en vloeibare waterstof zijn nog niet volledig ontwikkeld. Het uitbesteden van gaswaterstof aan waterstoftankstations blijft daarom de belangrijkste methode.

Volgens de huidige regelgeving wordt waterstof nog steeds beschouwd als een gevaarlijke chemische stof. Grootschalige industriële waterstofproductie moet plaatsvinden in chemische industrieparken. Deze grootschalige productie sluit niet aan op de vraag naar waterstof voor decentrale voertuigen, wat resulteert in hoge waterstofprijzen. Een sterk geïntegreerde technologie voor waterstofproductie en -tankstations is dringend nodig om een doorbraak te realiseren. De prijs van waterstofproductie op aardgas is redelijk, waardoor een grootschalige en stabiele levering mogelijk is. Daarom is een geïntegreerd waterstofproductie- en tankstation op basis van aardgas in gebieden met relatief veel aardgas een haalbare optie voor waterstofvoorziening en een realistische manier om het aantal waterstoftankstations te verhogen, de kosten te verlagen en het probleem van tanken in bepaalde gebieden op te lossen. Momenteel zijn er wereldwijd ongeveer 237 van deze geïntegreerde waterstofproductie- en tankstations op skid-systemen, goed voor ongeveer een derde van het totale aantal waterstoftankstations in het buitenland. Japan, Europa, Noord-Amerika en andere regio's passen deze operationele modus van geïntegreerde waterstofproductie- en tankstations op grote schaal toe. Wat de binnenlandse situatie betreft, zijn plaatsen zoals Foshan, Weifang, Datong en Zhangjiakou begonnen met het verkennen van de mogelijkheden voor de bouw en exploitatie van geïntegreerde waterstofproductie- en tankstations. Naar verwachting zal, na de doorbraak in het waterstofbeheer en de bijbehorende regelgeving, het geïntegreerde waterstofproductie- en tankstation een realistische optie worden voor de commerciële exploitatie van waterstoftankstations.

Ervaring in innovatie, popularisering en toepassing van waterstofproductietechnologie van Ally Hi-Tech.
Als toonaangevend bedrijf op het gebied van waterstofproductie in China richt Ally Hi-Tech zich al meer dan 20 jaar op onderzoek en ontwikkeling van nieuwe energieoplossingen en geavanceerde waterstofproductietechnologieën. Op het gebied van kleinschalige aardgaswaterstofproductietechnologie, katalytische oxidatie van methanolwaterstofproductietechnologie, hogetemperatuurwaterelektrolyse, ammoniakontleding, kleinschalige synthese van ammoniak, grootschalige monomeer-methanolomzetters, geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringssystemen en gerichte zuiveringstechnologie voor waterstof in voertuigen, zijn vele baanbrekende technologische ontwikkelingen gerealiseerd.

Blijf technologische innovatie in de waterstofproductie stimuleren.
Ally Hi-Tech beschouwt waterstofproductie als de kern van haar activiteiten en blijft innoveren op het gebied van waterstofproductie, zoals methanolconversie, aardgasreforming en PSA-gerichte zuivering van waterstof. Zo heeft een door het bedrijf zelf ontwikkelde en ontworpen installatie voor waterstofproductie via methanolconversie een productiecapaciteit van 20.000 Nm³/u. De maximale druk bedraagt 3,3 MPa, waarmee het bedrijf voldoet aan de internationale topnormen. Deze installatie biedt voordelen zoals een laag energieverbruik, veiligheid en betrouwbaarheid, een eenvoudig proces en onbewaakte werking. Daarnaast heeft het bedrijf een doorbraak bereikt in de waterstofproductietechnologie via aardgasreforming (SMR-methode).

De reformeertechnologie met warmtewisseling wordt toegepast, waardoor de waterstofproductiecapaciteit van één enkele installatie tot 30.000 Nm³/u bedraagt. De maximale druk kan 3,0 MPa bereiken, de investeringskosten worden aanzienlijk verlaagd en het energieverbruik van aardgas wordt met 33% gereduceerd. Wat betreft de drukschommelingsadsorptie (PSA) waterstofzuiveringstechnologie heeft het bedrijf diverse complete waterstofzuiveringssystemen ontwikkeld, waarmee de waterstofproductiecapaciteit van één enkele installatie 100.000 Nm³/u bedraagt. De maximale druk is 5,0 MPa. Deze systemen kenmerken zich door een hoge mate van automatisering, eenvoudige bediening, een goede milieuvriendelijkheid en een lange levensduur. Ze worden veelvuldig gebruikt in de industriële gasseparatie.

weilai (1)
Afbeelding 1: H2-productieapparatuurset van Ally Hi-Tech

Er wordt aandacht besteed aan de ontwikkeling en promotie van producten voor waterstofenergie.

Ally Hi-Tech zet zich in voor innovatie en productontwikkeling op het gebied van waterstofproductietechnologie en richt zich tevens op de uitbreiding van de productontwikkeling voor waterstofbrandstofcellen. Het bedrijf stimuleert actief onderzoek en ontwikkeling naar en toepassing van katalysatoren, adsorptiemiddelen, regelkleppen, modulaire, compacte waterstofproductieapparatuur en duurzame brandstofcelvoedingssystemen. Daarnaast promoot Ally Hi-Tech krachtig de technologie en apparatuur voor geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringsinstallaties. Wat productpromotie betreft, beschikt Ally Hi-Tech over een brede expertise op het gebied van engineering en ontwerp. Het bedrijf streeft ernaar totaaloplossingen voor waterstofenergie te bieden, inclusief producten en diensten, en de markttoepassing van de producten snel te bevorderen.

Er zijn doorbraken bereikt in de toepassing van apparatuur voor waterstofproductie.

Momenteel heeft Ally Hi-Tech meer dan 620 installaties voor de productie en zuivering van waterstof gebouwd. Daaronder vallen meer dan 300 installaties voor de productie van waterstof uit methanol, meer dan 100 installaties voor de productie van waterstof uit aardgas en meer dan 130 installaties voor grootschalige PSA-projecten. Daarnaast heeft Ally Hi-Tech een aantal nationale projecten op het gebied van waterstofproductie uitgevoerd.

Ally Hi-Tech werkt samen met bekende bedrijven in binnen- en buitenland, zoals Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. (Amerika), Air Liquid (Frankrijk), Linde (Duitsland), Praxair (Amerika), Iwatani (Japan), BP, enzovoort. Het is een van de grootste leveranciers van complete apparatuur voor waterstofproductie ter wereld, met een breed aanbod aan apparatuur voor kleine en middelgrote installaties. Momenteel wordt de waterstofproductieapparatuur van Ally Hi-Tech geëxporteerd naar 16 landen en regio's, waaronder de Verenigde Staten, Japan, Zuid-Korea, India, Maleisië, de Filipijnen, Pakistan, Myanmar, Thailand en Zuid-Afrika. In 2019 werd de derde generatie geïntegreerde aardgaswaterstofproductie-installatie van Ally Hi-Tech geëxporteerd naar Plug Power Inc. (Amerika). Deze installatie is volledig ontworpen en geproduceerd volgens Amerikaanse normen, waarmee een precedent werd geschapen voor de export van Chinese aardgaswaterstofproductieapparatuur naar de Verenigde Staten.

weilai (2)
Afbeelding 2. Geïntegreerde apparatuur voor waterstofproductie en hydrogenering, geëxporteerd door Ally Hi-Tech naar de Verenigde Staten.

De bouw van de eerste reeks geïntegreerde installaties voor waterstofproductie en -hydrogenering is gestart.

Gezien de praktische problemen van onstabiele bronnen en hoge prijzen voor waterstof als energiebron, zet Ally High-Tech zich in voor de bevordering van de toepassing van sterk geïntegreerde waterstofproductietechnologie. Daarbij wordt gebruikgemaakt van het bestaande, vol成熟e methanoltoevoersysteem, het aardgasleidingnetwerk en de CNG- en LNG-tankstations om geïntegreerde waterstofproductie- en tankstations te herbouwen en uit te breiden. In september 2021 werd het eerste binnenlandse geïntegreerde aardgaswaterstofproductie- en -hydrogeneringsstation onder een algemene overeenkomst met Ally Hi-Tech in gebruik genomen bij het Nanzhuang-hydrogeneringsstation van Foshan Gas.

Het station is ontworpen met een productie-eenheid voor waterstofproductie via aardgasreforming met een capaciteit van 1000 kg/dag en een productie-eenheid voor waterstofproductie via waterelektrolyse met een capaciteit van 100 kg/dag, met een externe hydrogeneringscapaciteit van 1000 kg/dag. Het is een typisch geïntegreerd hydrogeneringsstation met de functies "waterstofproductie + compressie + opslag + afvulling". Het station is een pionier in de toepassing van milieuvriendelijke, breed temperatuurbereikkatalysatoren en gerichte co-zuiveringstechnologie, wat de waterstofproductie-efficiëntie met 3% verbetert en het energieverbruik effectief verlaagt. Het station kenmerkt zich door een hoge mate van integratie, een compact vloeroppervlak en een zeer geïntegreerde waterstofproductie-installatie.

De waterstofproductie in het station vermindert de transportketens voor waterstof en de kosten voor opslag en transport, wat direct de kosten van waterstofverbruik verlaagt. Het station beschikt over een externe aansluiting voor het vullen van lange opleggers en fungeert als moederstation om waterstof te leveren aan omliggende hydrogeneringsstations, waardoor een regionaal geïntegreerd hydrogeneringsnetwerk ontstaat. Bovendien kan dit geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringsstation worden herbouwd en uitgebreid op basis van het bestaande methanoldistributiesysteem, het aardgasleidingnetwerk en andere faciliteiten, evenals tankstations en CNG- en LNG-vulstations, wat de implementatie en ontwikkeling vergemakkelijkt.

weilai (3)
Figuur 3 Geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringsinstallatie in Nanzhuang, Foshan, Guangdong

Speelt een actieve rol in de innovatie, promotie en toepassing van de sector, evenals in internationale uitwisselingen en samenwerking.

Als belangrijk hightechbedrijf binnen het nationale Torch-programma, demonstratiebedrijf voor de nieuwe economie in de provincie Sichuan en gespecialiseerd nieuw bedrijf in Sichuan, is Ally Hi-Tech een actieve leider in industriële innovatie en bevordert het internationale uitwisseling en samenwerking. Sinds 2005 heeft Ally Hi-Tech achtereenvolgens waterstofproductietechnologie en -apparatuur geleverd voor de grote nationale 863-brandstofcelprojecten - het waterstoftankstation Shanghai Anting, het waterstoftankstation voor de Olympische Spelen in Peking en het waterstoftankstation voor de Wereldtentoonstelling in Shanghai - en heeft het alle waterstofproductiestations van het Chinese ruimtevaartcentrum volgens hoge normen geleverd.

Als lid van het nationale Comité voor de Standaardisatie van Waterstofenergie heeft Ally Hi-Tech actief bijgedragen aan de ontwikkeling van een waterstofenergiestandaardsysteem in binnen- en buitenland. Het bedrijf heeft een voortrekkersrol gespeeld bij het opstellen van een nationale waterstofenergiestandaard en heeft meegewerkt aan de formulering van zeven nationale standaarden en één internationale standaard. Tegelijkertijd heeft Ally Hi-Tech actief internationale uitwisselingen en samenwerking bevorderd, Chengchuan Technology Co., Ltd. in Japan opgericht, een nieuwe generatie waterstofproductietechnologie, SOFC-warmtekrachtkoppelingstechnologie en aanverwante producten ontwikkeld en samengewerkt met bedrijven in de Verenigde Staten, Duitsland en Japan op het gebied van nieuwe waterelektrolyse-waterstofproductietechnologie en kleinschalige synthetische ammoniaktechnologie. Met 45 patenten uit China, de Verenigde Staten en de Europese Unie is Ally Hi-Tech een typisch technologiegedreven en exportgericht bedrijf.

Beleidsvoorstel
Volgens bovenstaande analyse heeft Ally Hi-Tech, dankzij de innovatie in waterstofproductietechnologie, baanbrekende resultaten geboekt in de ontwikkeling van waterstofproductieapparatuur, de promotie en toepassing ervan, en de bouw en exploitatie van geïntegreerde waterstofproductie- en tankstations. Dit is van groot belang voor China's onafhankelijke technologische innovatie op het gebied van waterstofenergie en het verlagen van de energiekosten voor waterstofverbruik. Om de waterstofvoorziening te waarborgen en te verbeteren, de bouw van een veilig, stabiel en efficiënt waterstofnetwerk te versnellen en een schoon, koolstofarm en kostenefficiënt gediversifieerd waterstofproductiesysteem op te bouwen, moet China de innovatie in waterstofproductietechnologie en productontwikkeling versterken, de beperkingen van beleid en regelgeving doorbreken en nieuwe apparatuur en modellen met marktpotentieel als eerste uitproberen. Door het ondersteunend beleid verder te verbeteren en het industriële klimaat te optimaliseren, kunnen we de Chinese waterstofenergie-industrie helpen zich kwalitatief te ontwikkelen en de groene energietransformatie krachtig ondersteunen.

Verbeter het beleidsstelsel voor de waterstofenergie-industrie.
Momenteel zijn er weliswaar "strategische positionerings- en ondersteuningsbeleidsmaatregelen voor de waterstofenergie-industrie" gepubliceerd, maar de specifieke ontwikkelingsrichting van de waterstofenergie-industrie is nog niet vastgelegd. Om de institutionele obstakels en beleidsmatige knelpunten in de industriële ontwikkeling te overwinnen, moet China de beleidsinnovatie versterken, perfecte beheersnormen voor waterstofenergie formuleren, de beheerprocessen en -instellingen voor voorbereiding, opslag, transport en vulling verduidelijken en de verantwoordelijkheden van de bevoegde instanties voor veiligheidstoezicht implementeren. Daarbij moet het model van demonstratieprojecten als drijvende kracht achter de industriële ontwikkeling worden gehanteerd en moet de gediversifieerde demonstratieontwikkeling van waterstofenergie op het gebied van transport, energieopslag, decentrale energievoorziening, enzovoort, alomvattend worden bevorderd.

Bouw een waterstofenergievoorzieningssysteem dat is afgestemd op de lokale omstandigheden.
Lokale overheden moeten de capaciteit voor waterstofenergievoorziening, de industriële basis en de marktmogelijkheden in de regio integraal in kaart brengen. Op basis van de voordelen van bestaande en potentiële hulpbronnen moeten zij passende waterstofproductiemethoden selecteren op basis van de lokale omstandigheden, de capaciteit voor waterstofenergievoorziening garanderen, prioriteit geven aan het gebruik van waterstof als industrieel bijproduct en zich richten op de ontwikkeling van waterstofproductie uit hernieuwbare energiebronnen. Gekwalificeerde regio's moeten worden aangemoedigd om via diverse kanalen samen te werken aan de opbouw van een koolstofarm, veilig, stabiel en economisch lokaal waterstofenergievoorzieningssysteem dat voldoet aan de vraag naar grootschalige waterstofproductie.

Stimuleer technologische innovatie van apparatuur voor waterstofproductie.

De focus ligt op het bevorderen van onderzoek en ontwikkeling, de productie en de industriële toepassing van essentiële apparatuur voor waterstofzuivering en waterstofproductie. Daarnaast willen we een hoogwaardig ontwikkelingssysteem voor waterstofenergieapparatuur opbouwen door te vertrouwen op toonaangevende bedrijven in de industriële keten. We ondersteunen vooraanstaande bedrijven in de waterstofproductiesector om een voortrekkersrol te spelen, zetten innovatieplatforms op zoals industriële innovatiecentra, technische onderzoekscentra, technologische innovatiecentra en productie-innovatiecentra, pakken belangrijke vraagstukken op het gebied van waterstofproductieapparatuur aan, ondersteunen gespecialiseerde en nieuwe kleine en middelgrote ondernemingen bij de ontwikkeling van gemeenschappelijke technologieën voor waterstofproductieapparatuur en stimuleren de ontwikkeling van een aantal toonaangevende bedrijven met een sterke onafhankelijke kerntechnologie.

Versterk de beleidsmatige ondersteuning voor geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringsinstallaties.

Het plan benadrukt dat om nieuwe modellen te onderzoeken, zoals waterstofstations die waterstofproductie, -opslag en -hydrogenering in één station integreren, we de beleidsbelemmeringen voor de bouw van geïntegreerde stations fundamenteel moeten doorbreken. Het is noodzakelijk om zo snel mogelijk een nationale energiewet in te voeren die de energiewaarde van waterstof op een hoger niveau vastlegt. De beperkingen op de bouw van geïntegreerde stations moeten worden opgeheven, de bouw van geïntegreerde waterstofproductie- en -hydrogeneringsstations moet worden bevorderd en er moeten proefprojecten worden uitgevoerd voor de bouw en exploitatie van dergelijke stations in economisch ontwikkelde gebieden met rijke aardgasreserves. Financiële subsidies moeten worden verstrekt voor de bouw en exploitatie van geïntegreerde stations die voldoen aan de eisen van prijs-efficiëntie en CO2-uitstootnormen. Relevante toonaangevende bedrijven moeten worden ondersteund bij het aanvragen van de status van nationaal "gespecialiseerd en bijzonder nieuw bedrijf" en de veiligheidstechnische specificaties en normen voor geïntegreerde waterstofproductie- en -hydrogeneringsstations moeten worden verbeterd.

Voer actief demonstraties en promotie van nieuwe bedrijfsmodellen uit.

Stimuleer innovatie in bedrijfsmodellen in de vorm van geïntegreerde waterstofproductie in stations, complete energievoorzieningsstations voor olie, waterstof en elektriciteit, en gecoördineerde werking van "waterstof, voertuigen en stations". In gebieden met een groot aantal brandstofcelvoertuigen en een hoge druk op de waterstofvoorziening, zullen we geïntegreerde stations voor waterstofproductie en hydrogenering uit aardgas onderzoeken en gebieden met redelijke aardgasprijzen en demonstratieprojecten voor brandstofcelvoertuigen aanmoedigen. In gebieden met overvloedige wind- en waterkrachtbronnen en toepassingsmogelijkheden voor waterstofenergie, zullen we geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringsstations bouwen met hernieuwbare energie, de demonstratieschaal geleidelijk uitbreiden, reproduceerbare en breed toepasbare ervaringen creëren en de CO2-uitstoot en kostenreductie van waterstofenergie versnellen.

(Auteur: onderzoeksteam voor toekomstige industrieën van het Beijing Yiwei Zhiyuan Information Consulting Center)

Geplaatst op: 29 september 2022