2023年全球蓝氢产业中碳捕集应用的增长机会研究报告.pdf
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1、The Growth Pipeline CompanyPowering clients towards a future shaped by growth未来增长潜力在于监管框架的加强、工业脱碳以及碳捕集、利用和储存技术的创新蓝氢产业中碳捕集应用的增长机会2023年3月弗若斯特沙利文全球能源与环境研究团队2章节页码战略要素7为何增长越来越困难?8八维战略要素9碳捕集应用的三大战略要素对蓝氢工业的影响10增长机遇为增长管线引擎注入动力11增长环境12碳捕集在蓝氢应用中的增长环境13增长机会分析16研究范围17迈向低碳化18制氢彩虹的颜色19蓝氢为何对能源转型至关重要?20按化石燃料类型分类21按
2、技术分类22主要竞争对手23目录3章节页码增长指标24增长驱动因素25蓝氢应用中碳捕集的增长驱动因素分析26增长制约因素29蓝氢应用中碳捕集的增长限制因素分析30预测假设33碳捕集收入与年新增产能预测34按化石燃料类型划分的碳捕集年收入预测35按技术类型划分的碳捕集年收入预测36按地区划分的碳捕集收入预测37收入预测分析蓝氢应用中的碳捕集38按化石燃料类型划分的碳捕集年新增产能预测39按技术类型划分的碳捕集年新增产能预测40按地区划分的碳捕集年新增产能预测41竞争环境42目录(续)4章节页码收入占比43收入占比分析44增长机会分析具备碳捕集的蒸汽甲烷转化技术(SMR)45增长指标46碳捕集收入
3、和年产能预测47各地区收入预测48各地区年碳捕集产能预测49预测分析50增长机会分析具备碳捕集的自动热转化技术(ATR)51增长指标52碳捕集收入和年产能预测53各地区收入预测54各地区年碳捕集产能预测55预测分析56目录(续)5章节页码增长机会分析具备碳捕集的煤炭技术57增长指标58碳捕集收入和年产能预测59各地区收入预测60各地区年碳捕集产能预测61预测分析62增长机会分析具备碳捕集的甲烷裂解技术63增长指标64碳捕集收入和年产能预测65各地区收入预测66各地区年碳捕集产能预测67预测分析68增长机会分析具备碳捕集的其他技术69增长指标70碳捕集收入和年产能预测71各地区收入预测72目录(
4、续)6章节页码各地区年碳捕集产能预测73预测分析74增长机会展望75增长机遇1:工业脱碳76增长机遇2:在现有天然气管道中混合蓝氢78增长机遇3:将蓝氨视为能源80增长机遇4:主要利益相关者之间的融合与合作82附录84其他公司名单一览85下一步行动87您的下一步行动88为何选择沙利文?为何选择现在行动?89图表一览90法律免责声明93目录(续)报告主要作者:Mahesh Radhakrishnan7战略要素8来源:Frost&Sullivan为何增长越来越困难?八维战略要素:导致增长进入瓶颈的因素商业模式的创新产业融合颠覆性的技术变革性超级趋势内生的挑战激烈的竞争地缘政治的动荡破坏崩溃转型客户
5、价值链的压缩9八维战略要素客户价值链的压缩创新的商业模式变革性超级趋势由于先进技术、互联网平台和其他直接面向消费者的模式,将客户价值链条缩短,降低了消费者旅程*中的摩擦*并缩短了过程路径。一个新的收入模型定义了一家公司如何创造和资本化经济价值,通常会影响其价值主张、产品提供、运营策略和品牌定位。定义未来世界的全球力量,对商业、社会、经济、文化和个人生活产生深远影响。阻碍公司进行必要变革的内部组织行为。内生的挑战地缘政治的动荡激烈的竞争颠覆性的技术政治纷争、自然灾害、大流行病以及社会动荡所引发的混乱和无序,对全球贸易、合作和商业安全产生影响。新创企业与数字商业模式之间的新竞争对以往传统行业提出了
6、挑战也倒逼老牌行业重新考虑其育争态势。新兴的颠覆性技术正在取代旧技术,并显著改变消费者、产业或企业的运作方式。以前互不相关的行业之间开展合作,实现空白空间的跨行业增长机会。产业融合来源:Frost&Sullivan*注:消费者旅程是经典的营销理论之一,其核心思想是将消费者的购物行为描述为从认知到兴趣,再从兴趣转化为购买,以及从购买转化为忠诚的一连串先后发生的过程。消费者旅程摩擦指客户因产品无法正常工作或不达预期而难以使用产品或服务,因此,低摩擦的客户旅程通常是高质量客户体验的关键因素。10颠覆性的技术变革性超级趋势产业融合在生产、储存和运输蓝氢的工艺设计、溶剂技术和固体吸附剂技术方面已经有了许
7、多创新。在未来 10 年内,随着颠覆性技术的零星采用和制造能力的不断提高,蓝氢的生产成本有望降低。城市化、电气化、资产自主化、技术发展、数字化和可持续发展等变革性趋势将加速对低碳技术的投资,尤其是对蓝氢的投资。在5-10年内,蓝氢行业将在监管框架、技术创新和去碳化方面发生巨大转变,从而推动市场发展。蓝氢项目仍处于试验和示范阶段。在过去的两年中,研究机构、主要供应商和氢技术公司之间的合作与伙伴关系不断增加,以改变市场,实现蓝色氢气的商业化,并降低与生产、储存和分配相关的成本。SI8人们对气候变化和碳排放量增加的日益关注,给各国带来了减少排放与实现碳中和的巨大压力。工业、交通、供暖和能源的去碳化已
8、成为重要目标,当务之急是立即行动以实现气候目标,建设一个更加绿色的地球。蓝氢市场缺乏利益相关者之间的合作,这对行业构成了巨大挑战,制约了业务部门脱碳转型的进展。要使蓝氢成为主要的清洁能源,蓝氢市场的主要利益相关者之间需要积极合作和建立伙伴关系。描述沙利文洞见碳捕集应用的三大战略要素对蓝色制氢工业的影响目前,蓝色氢气生产、储存和运输的资本成本高于不进行碳捕集、利用和储存(CCUS)的传统方法。要使蓝氢成为一种可行的清洁能源,与生产和基础设施相关的成本必须与电池及化石燃料平价。来源:Frost&Sullivan11增长机会为增长管线引擎注入动力增长管线引擎分析视角来源:Frost&Sullivan
9、增长管线引擎监测与优化根据不断变化的市场动态调整战略并发掘新机遇机会宇宙捕捉各种增长机会,并根据关键标准确定优先次序机会评估对优先机会进行深入的360度分析进入市场战略将战略备选方案转化为有说服力的战略计划与实施执行具有里程碑、目标、负责人和期限的战略计划创新孵化器化学品科技集群12增长环境13碳捕集在蓝氢应用中的增长环境美洲欧洲中东与非洲亚太具备碳捕集的蒸汽甲烷转化技术具备碳捕集的自动热转化技术具备碳捕集的甲烷裂解技术具备碳捕集的煤炭技术其他按技术类型分类天然气碳捕集煤炭碳捕集石油碳捕集生物质碳捕集按燃料类型分类2022年,蓝氢碳捕集市场规模达到8,030万美元。预计到2030年将达到31.
10、5亿美元,年复合增长率为 58.2%。到2030年,欧洲将占据最大的市场份额。46.4%90.9%到2030年,随着煤炭使用量的减少,利用天然气生产的蓝氢将占据最高份额。169.0%CAGR2022-2030年,美洲的增长率最高。34.7%CAGR2022-2030年,亚太地区的增长率位居第二,这主要是由于炼油、化工和化肥行业对氢气的需求。到2030年,自热炼油技术将占据最高的收入份额。40.5%99.5%具备碳捕集的煤炭技术在2022年占据最大份额。随着新技术的发展,这一趋势有望改变。注:其他包括沥青气化+碳捕集、具备碳捕集的石油焦化+生物质气化、重油残渣气化+碳捕集和部分氧化。注:所有数字
11、均四舍五入。基准年为 2022 年。来源:Frost&Sullivan14碳捕集在蓝氢应用中的增长环境(续)蓝氢应用中的碳捕集:全球按燃料类型划分的蓝氢产量,2022-2030 85.6%4.2%8.6%1.6%天然气碳捕集煤炭碳捕集石油碳捕集生物质碳捕集34.0%24.3%22.7%10.4%8.6%具备碳捕集的蒸汽甲烷转化技术具备碳捕集的自动热转化技术具备碳捕集的甲烷裂解技术具备碳捕集的煤炭技术其他蓝氢应用中的碳捕集:全球按技术类型划分的蓝氢产量,2022-2030 累计碳捕集能力168.9百万吨/年累计碳捕集能力168.9百万吨/年注:其他包括沥青气化+碳捕集、具备碳捕集的石油焦化+生物
12、质气化、重油残渣气化+碳捕集和部分氧化。注:所有数字均四舍五入。基准年为2022年。来源:Frost&Sullivan15碳捕集在蓝氢应用中的增长环境(续)2024年后市场将急剧增长预计2024年后,蓝氢市场将急剧增长,主要原因是政府为其开发和应用提供了资金、激励措施和法规等支持。此外,作为低碳能源,化工和化肥行业对蓝氢的需求也将不断增长。碳捕集、利用和封存技术的进步推动蓝氢的实施传统制氢工艺的二氧化碳排放量非常高。氢气生产与碳捕集相结合可帮助捕集90%-99%的二氧化碳排放。碳捕集与封存技术的发展带来了更高效、更具成本效益的碳排放捕集与封存方法。高减排难度产业的脱碳重工业,如水泥、化工、化肥
13、和钢铁制造,占全球二氧化碳排放的26%,在可替代化石燃料技术方面,如可再生能源和绿色氢气,短期内的潜力有限。采用碳捕集、利用和封存技术来生产氢气将成为产业脱碳的有力方案。氢基础设施的发展氢气生产和分配基础设施的发展对于蓝氢行业的增长至关重要,也是主要的投资和合作领域。混合系统的出现蓝氢生产是一个高能耗的过程。CCUS的实施将增加50%的能源消耗。将蓝氢与可再生能源如离岸风能、太阳能以及电气化相结合,创建混合能源系统,以实现脱碳目标,目前正在受到关注和推动。增加的投资和合作伙伴关系由于政府和私营公司认识到减少温室气体排放的重要性,蓝氢生产和分配方面的投资和合作伙伴关系正在增加。来源:Frost&
14、Sullivan16增长机会分析17研究范围 蓝氢由天然气、石油和煤炭等化石燃料通过蒸汽甲烷重整(SMR)或自热精制(ATR)与碳捕集技术生产而成,可减少二氧化碳排放。在研究中,市场规模基于每年新增的碳捕集产能,单位为百万吨/年。碳捕集的安装成本乘以每个项目的年新增产能,得出市场规模。氢能将在实现零碳经济中发挥重要作用,其可帮助高减排难度(难以或不能直接实现、亦或是电气化成本昂贵)的重工业产业实现脱碳。研究范围区域范围全球时间范围20222030基准年2022预测期20232030货币单位美元 将整个设施的制氢能力与二氧化碳捕集率相乘,即可计算出估计的零碳制氢能力。例如,蒸汽甲烷转化炉(SMR
15、)的生产能力为100ktH2/年,二氧化碳捕集能力为蒸汽甲烷转化炉二氧化碳产量的60%,则每年可生产60ktH2的零碳氢气。公布的总产能是在项目划分阶段后引用的。不过,在计算标准值时,每一期的装机容量都会减去前一期的装机容量,以避免重复计算。本研究涵盖的地区包括美洲、欧洲、亚太地区(APAC)以及中东和非洲(MEA)。本研究中的技术包括具备碳捕集的蒸汽甲烷转化技术、具备碳捕集的自动热转化技术、具备碳捕集的甲烷裂解技术、具备碳捕集的煤炭技术以及部分氧化(POX)技术。来源:Frost&Sullivan注:ktH2:千吨氢。18迈向低碳化规定能源效率措施电力行业去碳化交通、工业和建筑电气化 提高低
16、碳技术(包括绿色氢能)的采用率碳捕集、储存和利用(CCUS)通过将可再生能源(RES)纳入能源组合,实现发电去碳化用核能、零碳蓝氢和燃料电池技术取代碳密集型化石燃料严格的监管框架,要求商业、工业和住宅部门提高能效通过在地下岩洞中储存二氧化碳或将其转化为合成燃料来减少碳排放交通、工业、建筑电气化从现在至2050年间,将碳排放减少60%全球走向脱碳道路并实现将全球平均气温上升限制在比工业化前水平高出最多1.5摄氏度的目标将需要支持性的法规框架,要求商业、工业和住宅领域采取节能措施,需要大规模的经济投资来推动可再生能源装机容量的增加,以及转向核能和其他低碳技术,包括蓝氢、绿氢和大规模碳捕集、利用和封
17、存(CCUS)。来源:Frost&Sullivan19制氢彩虹的颜色来源:Frost&Sullivan人们对氢作为低碳或零碳能源载体的兴趣大幅增加。以氢为基础的经济或许是当前以化石燃料为基础的经济的最佳替代方式,也是解决人们日益关注的碳排放、能源安全和气候变化问题的答案。蓝氢应用中的碳捕集:全球各类氢气产量,2023-2030年核能产生的近零排放氢气工业化工流程蒸汽甲烷转化(SMR)气化天然气煤炭沼气加热加热电解Chemical Products灰氢黑氢白氢蓝氢青色氢绿氢紫/粉氢沼气氢金氢工业副产品化石燃料石油煤炭、天然气生物质农业或固体废物废料、有机残渣核能水力风力太阳能化学品可再生电力高碳
18、排放加工排放碳捕集与储存(CCS)生成炭黑零排放可再生电力碳捕集(CCUS)或零排放的低碳技术地质构造自然排放20蓝氢为何对能源转型至关重要?下表展示了2022年不同的蓝色制氢途径来源:Frost&Sullivan天然气H2来源附加物过程CCS需求商业化项目电力+水蒸汽甲烷转化(SMR)CCS电力+氧气(无燃烧)化学环流CCS电力+氧气部分氧化(POX)CCS液体碳氢化合物电力+氧气部分氧化(POX)CCS煤炭电力+氧气+水(部分燃烧)煤炭气化CCS生物质电力(无氧)热解CCS*沼气电力+水生物质气化CCS*5CCS成本高碳捕集效率60%-90%电力+水自动热转化(ATR)CCS是低90%-9
19、5%尚未商业化-99%是低90%低低90%低高90%低高电力+氧气+水(部分燃烧)生物质气化CCS*低高低高90%90%90%注:*负排放。21按化石燃料类型分类天然气碳捕集按化石燃料类型分类煤炭碳捕集石油碳捕集生物质碳捕集 包括煤气化(所有煤种及其衍生物)与二氧化碳捕集、利用和储存相结合产生的氢气。通过天然气重整技术生产的氢气,包括蒸汽、自热或其他先进的重整技术,以及二氧化碳的捕集、利用和储存。由蓝氢生产的蓝氨也是研究的一部分。包括利用石油工艺(重整、裂化或油品气化)生产氢气,以及二氧化碳捕集、利用和储存。包括生物质或废物气化、热解、重整和膜分离等生物质技术。来源:Frost&Sulliva
20、n22按技术分类具备碳捕集的蒸汽甲烷转化技术(SMR)按技术分类SMR是一种催化工艺,包括天然气与蒸汽反应产生氢气。在冷却过程中,副产品一氧化碳与蒸汽反应生成二氧化碳。二氧化碳通过胺溶剂被捕集。捕集二氧化碳的效率在71%-92%之间,具体取决于技术类型。ATR结合了蒸汽重整和部分氧化,可实现低成本、高可靠性的氢气生产。与SMR相比,ATR易于操作,系统更小,温度控制更好,能耗低,结焦少。ATR的碳捕集率更高,可达94.1%-95%。在甲烷热解过程中,天然气的主要成分甲烷通过热分解产生清洁的氢气。副产品炭黑可以被捕集和封存。与其他技术相比,甲烷热解的效率更高、投资成本更低、二氧化碳排放量更少。煤
21、气化是制氢的第一步。该工艺将煤炭等碳基材料转化为合成气(Syngas)。合成气主要由一氧化碳和氢气组成,在水气变换反应器中加入蒸汽并在催化剂的作用下进一步转化为二氧化碳和氢气。主要技术包括沥青气化+碳捕集、具备碳捕集的石油焦化+生物质气化、重油残渣气化+碳捕集和部分氧化沥青气化。和重油残渣气化主要用于炼油厂的工艺优化。部分氧化是一项全新的技术,目前示范项目很少。具备碳捕集的自动热转化技术(ATR)具备碳捕集的甲烷裂解技术具备碳捕集的煤炭技术其他来源:Frost&Sullivan23主要竞争对手全球北美欧洲亚太中东与非洲 英国石油公司(BP)Equinor挪威国家石油公司 霍尼韦尔 林德集团 微
22、软 荷兰皇家壳牌石油 道达尔能源 贝克休斯 雪佛龙 麦德莫特 Susbsea 7海底7 德希尼布能源公司 埃克森美孚 SLB 哥伦比亚国家石油 康明斯 博莱克威奇 查特 安桥 皇家福佩克 埃克森美孚 空气产品 Dastur能源 派特法 瑞必科 英力士 飞利浦66 桑普拉能源 MMEX Resources Corporation Nutrien 液化空气 法国电力 法能 西门子能源 伍德 AFC能源 科莱恩 托普索 曼恩能源 曼胡默尔 埃尼 阿克工程 庄信万丰 蒂森克虏伯 Aquaterra能源 港湾能源 Storegga Ltd.North Sea Midstream Partner(NSMP
23、)国家能源投资集团 韩国天然气 中国石油化工 阿达尼 印度石油 三菱重工业 马来西亚国家石油 信实工业 东京瓦斯 伍德赛德 中国石油天然气 Pilot Energy Warrego Energy Ltd 三井集团 引能仕 阿布扎比国家石油 沙特阿美 沙特基础工业 沙索来源:Frost&Sullivan24增长指标蓝氢应用中的碳捕集:全球增长度量标准,2022年1.0百万吨每年新增碳捕集产能(2022)8,030万美元收入(2022)增长期生命周期阶段80.0美元每吨二氧化碳的平均捕集成本(2022)31.5亿美元研究期最后一年的收入(2030)100行业玩家数量(2022年的活跃玩家)147.
24、2%基准年增长率(2022)7技术革新程度(范围:1 低 至 10 高)58.2%年均复合增长率(20222030)47.6%行业集中度(排名前6位的公司所占收入份额)注:所有数字均四舍五入。基准年为2022年。来源:Frost&Sullivan25增长驱动因素蓝氢应用中的碳捕集:全球增长驱动因素,2023-2030年驱动因素12年34年58年人们对碳排放的日益关注以及能源、工业、供热和交通部门去碳化需求不断增长,将推动蓝氢市场的发展。高高高技术进步带动蓝氢生产成本下降。改进碳捕集、利用和封存(CCS)技术以及氢气生产和分配的规模经济有助于降低成本,提高蓝氢的可行性。高高高最终用户行业如炼油和
25、化工行业对氢气的需求不断增加。化学产业氢气消耗量占全球总产量超三分之二,主要用于合成氨和甲醇。高高高CCUS是生产低碳氢气的重要技术。到2030年,20%的氢气将来自配备CCUS的化石燃料,主要集中在拥有低成本运输和储存基础设施的地区。中高高碳捕集、利用和封存(CCUS)在高减排难度产业脱碳方面正在发挥越来越大的作用。重工业,如水泥、铁和钢铁以及化学制品,占全球二氧化碳排放的近20%。目前,CCUS是唯一被证明可以在大规模上移除这种深度排放的技术。中中高来源:Frost&Sullivan26蓝氢应用中碳捕集的增长驱动因素分析来源:Frost&Sullivan 2015年12月12日,全球196
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