《中国未来可能面临来自储氢的挑战》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-11-21
  • 对于一个国家来说,建立一个高效的氢社会不太可能一帆风顺。中国可能有很大的氢燃料汽车目标,但有传言称,中国可能面临氢储存方面的挑战,这可能使实现这一目标说起来容易做起来难。

      根据国家产业发展规划,中国计划到2030年累计交付100万辆氢燃料电池汽车(HFCEVs)。

      在过去的几个月里,中国并没有把支持未来氢社会的愿望作为一个秘密。据《氢燃料新闻》报道,就连中国电动汽车运动的“鼻祖”万钢也表示,中国需要考虑“建立一个氢社会”。

      考虑到目前中国的道路上只有大约1500辆燃料电池汽车,到2030年达到100万辆,这无疑是一个艰巨的任务。事实上,中国科学院院士欧阳明高认为,这一目标到2030年可能无法实现。

      上周,欧阳明高在海南召开的世界新能源汽车大会上表示,到2030年至2035年,中国有望实现100万辆汽车的目标,这比原计划要晚几年。

      然而,尽管中国在长期发展氢社会所需的各个方面不太可能面临许多重大障碍,但大规模采用氢储存可能是有问题的。

      氢储存的挑战对汽车和车站来说都是一个问题,而获得氢和潜在的燃料电池技术不太可能成为主要问题,原因是国内的氢燃料技术预计在不久的将来会日趋成熟。

      然而,这些汽车最昂贵的元件之一是车内的储氢容器,欧阳明高曾表示,这些容器带来了意想不到的挑战。此外,欧阳表示,这是一个挑战,也将影响加氢站的建设。这些站点在短缺内将无法满足迅速增长的需求。

      据CX Live报道,由于此事的敏感性,一位不愿透露姓名的消息人士表示,对于这些汽车的基本储氢设备,中国将继续依赖进口,这使得生产这些汽车的成本很高。

      然而,尽管存在这些氢储存方面的挑战,欧阳明高相信,到2025年,中国将实现至少5万辆氢燃料汽车上路的目标。

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  • 《美国乏核燃料“后处理”面临的挑战》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-12-27
    • 《国际核工程》杂志网(NEI)十月初发文,报道了安德鲁·图尼克利夫(Andrew Tunnicliffe)与美国核学会(ANS)主席蒂文·内斯比特(Steven Nesbit)和美国核学会(ANS)公共政策委员会副主席斯文·贝德(Sven Bader)的谈话[1]。主题是在美国,随着用过的核燃料(又称乏核燃料)不断堆积,除了深地处置外,从未像现在这么迫切需要寻找另一解决方案。谈到如何从技术上帮助解决这个问题,以及现在监管机构需要做些什么,以避免未来更大的问题。他们一致认为,不利的经济、监管方面的不确定性和过去的决定等因素,继续阻碍对用过的核燃料进行商业后处理,而新一代核反应堆即将问世,从这个意义上说,更加迫切地需要制定一项规则决议。内斯比特说,“如果最终要在美国大规模采用再循环或后处理技术,就必须在经济、安全和价值主张的基础上自立。” 用过的核燃料目前在反应堆现场的干桶储存,等待临时的综合储存或最终处置解决方案。 今天美国用的所有的铀,几乎全进口,大多来自加拿大和澳大利亚。 然而,在上个世纪中叶,美国曾享受铀矿开采的某种繁荣。除了生产铀,还走上核燃料后处理的道路。在西谷,有一家商用设施在运营,另外两个正在建设:通用电气在伊利诺斯州的莫里斯厂(Morris)和联合核服务公司(Allied-General Nuclear Service)在南卡罗来纳州的巴恩韦尔再处理厂。但是,这种情况仅仅持续到20世纪70年代末。 至于什么导致后处理减少,有很多争论。某些行业观察人士认为,就是经济;另一些人则认为,是缺乏政治意愿;但大多数人认为,是核不扩散,当时恰值冷战最危险期。很可能是这些,甚至更多。 西谷示范项目是美国唯一的商用后处理厂 应该说,目前美国正在进行后处理,只是规模很小,而且主要是在能源部(DOE)拥有的乏核燃料设施中。这种并非商业的后处理,不受核管理委员会(NRC)的监管。 今天阻碍商业后处理的,仍然是多个错综复杂的问题。2021年6月,《催化剂》杂志的一篇文章发问,“美国为什么不再后处理乏核燃料?” 这就是说,这个问题是“政治问题”,但美国核学会(ANS)公共政策委员会副主席、奥拉诺联邦服务有限责任公司(Orano Federal Services)技术顾问斯文·巴德(Sven Bader)不同意这个说法。对他来说,争议点主要是经济因素,但解决问题必须包括减少投资的不确定性,就是要解决过时而笨拙的监管构架。他说,监管机构“制定规则的资源数量有限”,再加上,采取行动需要时间。 1977年,当时的总统卡特停止进行商业后处理,因为担心核扩散。恰好四年后,里根总统推翻了这个决定。尽管里根废除了原来的决定,但实际做法并没有真正获得支持,主要因为经济。 巴德说,“目前美国不做任何商业后处理,主要是经济上的各种原因。只是我们开采、转化、浓缩和研磨的原材料没有竞争力。” ANS核学会主席、LMNT咨询公司总裁史蒂文·内斯比特(Steven Nesbit)也认为,今天的情况是上个世纪70年代做出决定的结果。他说,“当你回到过去,你可以说,其他大多数有核国家都把后处理纳入其燃料循环通道,英国和法国一直在走这条路。”“美国做出不同的决定,所走道路不同,既不再循环也不后处理。”里根推翻的那个决定,给现在的美国奠定了基础。 据内斯比特说,铀的成本相当低,再加上处理装置的研发成本相当可观,一直令人望而却步。他说,“这是上个世纪70年代的决策和当今经济形势结合。后处理设施的建造成本非常昂贵,要是铀价格足够低的话,可以‘从零开始’而且更便宜,那就很难找到再循环燃料并回收这种材料的经济正当性的理由。” 另一个重大障碍是监管环境的不确定性。核能的利益攸关方开始对目前的形势表示不满。制定规则的工作在进行中,但这个过程一直非常缓慢,而且证明是这个部门演进的重大障碍。实际上,这个进程基本上停滞了,使许多人不敢着手这个进程。 巴德说,这种不确定性一直证明,投资者目前不愿承担巨大的风险。他提请注意,他所说的法规中的“差距”已存在多年,例如,“要求在10年内把产生的任何高放废物作为后处理的组成部分,放入处置库”。他说,“如果有个可用的处置库,那好极了;但没有处置库,就是个巨大的风险,也是眼前的挑战。” ANS与能源解决方案公司、核能研究所和西屋公司一样,去年还敦促NRC加快其工作进程。ANS执行董事兼首席执行官克雷格·H皮尔西(Craig H Piercy)在给NRC的一封信中说,“任何有意义的、显著减少空气污染和碳排放的努力,都必须包括让核能发挥巨大、长期和可持续的重要作用。” 他补充说,随着反应堆技术的进步和核燃料的可用性,尽量减少核废物是“确保核能长期可持续性的关键因素”。他在信中说,“制定规则是个审慎的过程,重要的是提交任何许可证申请之前建立一个综合的监管构架。”此外,完善的后处理规章制度会支持未来的各种选择、潜在的创新、用过的燃料管理,以及利用先进堆的清洁能源生产。 内斯比特认为,先进堆越来越强烈地要求制定某些规则。他说,“我们ANS的立场是,不仅关注当前的核技术和电力,而且要着眼未来。我们看到了希望在未来十年左右、或许与先进堆相结合的部署后处理和再循环设施的可能性。” 内斯比特说,2020年写给NRC的信,反映了这个现实和对可行框架的需求。“虽然并不立即要确定监管架构,但我们认为是时候了,必须提前做准备。如果NRC将来再确定监管框架,美国就不可能在各地涌现大量再循环设施,但必须这么做,也希望他们继续做。” 先进堆的前景是真实的。据估计,目前仅在美国就约有75个先进堆概念。鉴于快堆有重新利用乏核燃料的能力,越来越有吸引力。随着最新技术从研发转向商业化,能使供电商在现场重复利用少量乏燃料。巴德对此特别满怀希望,认为这种技术甚至能解决NRC制定规则中面临的某些挑战。 然而,两人都认为,乏燃料再循环的一个重要理由是“代际”不公平。巴德说,“有些事情,我们谈论不多”,“我们现在生产核废物,却留给下一代处理。”内斯比特赞同并补充说,今天处理这个问题才是正确的做法。 美国不伦瑞克(Brunswick)核电厂的核燃料储存 然而他说,到目前为止,美国安全有效地储存核废料,在某些方面,解决了最终处置的障碍。“多年来,我们一直在安全、可靠地管理核燃料,今后还会继续这样做。”因此他警告说,“没有确凿的证据表明我们明天必须解决它,但这是问题的一部分,因为它给了人们把问题拖下去的机会。” 要使后处理成为美国及其核燃料循环的下一个前沿,还有很多事情要做。NRC必须采取有意义的步骤,改进监管框架,而后处理必须变得更加经济。内斯比特警告说,“如果最终要在美国大规模采用再循环或后处理,就必须在经济、安全和价值主张的基础上自立。” 然而巴德认为,反应堆技术的进步可能很快就会创造出这种环境。他说,“许多新概念都着眼于先进堆和快堆,它们都能燃烧再循环的MOX燃料。” 他还关注另一个要素。就是他把美国及其目前选址储存的大量乏燃料,比作沙特阿拉伯王国及其丰富的石油储备。他说,“我们有8万吨……如果需要的话,我们有足够的资源可以利用。”不管怎样,这种“资源”都会发挥某种作用。在极端气候意识觉醒的时代,在重复利用成为“时尚”的时代,为什么不把我们能利用的所有东西,都从乏燃料中提取出来? 俗话说,“一个人的垃圾,是另一个人的宝藏”,这是真理。 结语 大凡有核国家,都有核废料和核废物处理或处置问题。这既是政治问题,也是经济问题,甚至还有代际公平考虑,处理起来比较复杂。但经济考虑是主要的。 站在国家立场,既要考虑政治,也要考虑技术和经济,尊重技术和经济专家的意见。美国在这方面走在世界前面,商用核废料和核废物采取地面暂存政策,有问题,但问题不大。英国因技术原因(镁铝包壳燃料元件),法国、日本设想压缩乏核废料的体积,走上后处理-再循环的道路。现在看来,关键是“湿法”后处理-再循环,技术、经济问题较多,湿法工艺的成本是高温后处理工艺的7倍[2]。 世界各国都在探索“干法”后处理-再循环,但MOX工艺、快堆或热谱堆内再循环没有取得实质性进展,燃料制造工艺在经济上还难于承受…… 目前只有第四代先进快堆和微堆技术,换料周期长,甚至寿期不换料,特别是熔盐快堆的乏燃料“干式”后处理-再循环技术透露出希望[3]。如经实验证实工艺简单,标准是“经济、安全和价值主张基础上自立”,才能在气候危机、减排、能源转型的关键时刻,在经济上拉核能一把。 资料与注释: 1 Andrew Tunnicliffe, Regulating change–the challenge facing US reprocessing, NEI, 6 October 2021 2 Paul Day, High costs, proliferation concerns feed doubts over waste recycling, Reuters Events, Nov 24, 2021 3 例如,美国奥克劳公司(Oklo)的奥罗拉(Aurora)微堆设计,运行寿期20年内不换料;英国Moltex能源公司的SSR-W,平准化能源成本(LCOE)的平均成本估计值为 $44.64/MWh,远低于EIA对新燃煤和燃气发电机组的成本预测;美国Elysium公司的高温后处理工艺,成本低于浓缩铀。
  • 《2024年预计将反弹,但仍面临挑战》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2024-02-02
    • 尽管2023年市场条件严峻,但预计2024年将实现9%至12%的复苏。 以下是2024年的一些关键趋势: 服务器市场预计将呈上升趋势,受人工智能业务的推动。通道库存的减少正在进行中。 电信市场显示出减缓的迹象,全球仅在部分地区继续推出5G。爱立信和诺基亚预计将继续在与华为的市场份额激烈竞争中。 全球消费者信心仍然较低,尽管在2023年中期略有改善。这可能抑制对消费电子的需求,但预计将有弱势复苏。 工业和汽车市场出现了一些初步的疲软迹象。 芯片上晶片上基板(CoWoS)出现短缺,2024年有轻微扩张。由于人工智能应用推动的先进封装需求,市场将在短期内寻找其他解决方案。 由于消费者和数据中心需求以及价格调整的推动,内存市场将实现显著增长。 全球供应链状况2023年 在不久的过去,新冠疫情和全球贸易紧张局势突显了半导体供应链的脆弱性,导致芯片短缺并干扰了各个行业的生产。随着对半导体的需求持续增长,政府和行业参与者正在探索加强全球供应链的韧性和安全性的方法。这包括多样化生产地点、投资国内芯片制造能力以及加强各利益相关方之间的合作。 半导体厂商竞争:TSMC、三星和英特尔挑战技术极限台湾半导体制造公司(TSMC)仍然是无可争议的领导者,在2023年占据了惊人的13%的总市场份额。如果考虑到TSMC仅提供代工服务,该公司在2023年代工业务的市场份额甚至超过了58%。 为保持领先地位,TSMC正在积极投资扩大其产能,并开发次-2纳米的代工厂。该公司宣布计划在台湾建设四座先进工厂,并通过在亚利桑那(3-至4纳米工艺节点)、日本(12–28纳米)和德国(12–28纳米)建立新设施来扩大其全球业务。这些扩张反映了TSMC对创新的承诺,以及其满足对更小、更快、更强大芯片不断增长需求的能力。 与此同时,三星正在加强其在韩国的地位,这是其半导体生态系统的中心。该公司在得克萨斯州的工厂将在无线通信应用中提供11至14纳米FinFET技术,突显了三星在先进芯片制造方面的专业知识。 CPU先驱英特尔通过其18A工艺节点,一个承诺推动半导体制造边界的技术,旨在重新夺回代工服务的主导地位。该公司正在大力投资国内和欧洲设施,以将这一雄心勃勃的项目变为现实。 开发和制造次-2纳米代工厂的竞争正在加剧,TSMC、三星和英特尔处于领先地位。这些公司正在投资数十亿美元,确保它们在这个关键行业中稳固地占据地位,以确保世界能够获得驱动现代技术的前沿芯片。 美国无厂半导体公司继续占主导地位美国无厂半导体公司继续占主导地位。GPU开发商英伟达已经大胆地升至全球半导体市场的第二位,2023年市场份额达到了令人瞩目的11%,并达到了1.21万亿美元的市值,使其成为全球第六大市值最高的公司。在2023年,英伟达的倍增器(市值除以年度收入)达到了20多倍,在该市场,2022年的倍增器平均为3.9,2023年为7.7。英伟达的迅猛崛起归因于对其强大GPU的不可满足的需求,尤其是在各种人工智能应用中使用的大型语言模型领域。 另一方面,英伟达、AMD和英特尔在AI芯片上的竞争将有一个明显的赢家:TSMC。预计英伟达将在2024年将其AI芯片订单翻倍,达到100万片,英特尔将在2024年为其月湖芯片订购价值40亿美元的3纳米芯片,AMD预计今年将订购约50万片。TSMC将使用5纳米和3纳米工艺技术生产这些芯片。 像谷歌、亚马逊、微软和Meta等巨头正在积极开发为AI应用量身定制的定制硅芯片。这些专门的芯片提供定制的性能和效率,在利润丰厚的人工智能市场中赋予竞争优势。 然而,创建这些定制芯片需要大量的前期投资,即非循环工程费用。尽管这可能是一项重要的财务承诺,但考虑到这些公司要在竞争对手中区别自己并确立自己作为AI创新先驱的地位,这被认为是至关重要的。 在市值水平上,Broadcom取代了TSMC,排名全球半导体公司第二位。Broadcom在2023年底的估值较2022年底增长了111%;其上升可以归因于对软件公司VMware的近610亿美元的收购。整个半导体行业在2023年经历了同样令人瞩目的增长轨迹,市值较上一年激增了72%。这一激增突显了半导体行业在全球经济中的关键作用,以及在推动未来技术进步方面的持久重要性。 中国扩大半导体雄心:构建本地生态系统,追逐技术领导地位在半导体的动态领域,中国正在朝着发展强大的本地生态系统迈出重要步伐。根据SEMI World Fab Forecast报告,预计2024年中国将建设惊人的18家新的晶圆厂。这一雄心勃勃的扩张计划反映了中国政府坚定承诺在对美制裁持续的背景下促进国内芯片发展。 这次晶圆厂建设的激增无疑将加强中国的产能,尤其是在成熟的节点技术方面。芯片供应的增加不仅将满足国内产业不断增长的需求,还将加剧在汽车、工业和其他市场中至关重要的模拟和离散芯片的竞争。 在技术实力方面,华为的Mate 60智能手机是一次卓越的展示,采用SMIC的7纳米技术,突显了中国对先进芯片制造的不懈追求。这款高端设备的成功生产表明中国有能力在全球半导体领域竞争,即使面临地缘政治挑战。与此同时,中国汽车制造商蔚来最近推出了其首款自主研发的自动驾驶芯片NX9031,采用5纳米工艺,拥有超过500亿个晶体管。 欧洲半导体地位:推进技术、多元化产品和投资欧洲继续保持重要地位。全球光刻系统领导者ASML准备向代工领导者交付高数值孔径(NA)(0.55 NA)的EUV机器,用于开发次-2纳米技术。这些突破性的机器预计每台成本约5亿至6亿美元,将在制造更小、更强大的芯片方面发挥关键作用。尽管美国对向中国供应EUV工具的限制,ASML仍将是先进光刻机的市场领导者。 其他欧洲集成器件制造商,如英飞凌、意法半导体和罗伯特·博世,通过保持市场份额并专注于积极投资碳化硅和氮化镓技术用于电力应用,展示了它们的韧性。这些材料在性能和效率上优于传统的硅,对于电动汽车和可再生能源等新兴技术至关重要。 2023年,欧洲也见证了投资活动的激增,各个领域的创新初创公司吸引了超过34亿美元的投资。最值得注意的投资主要集中在高级驾驶辅助系统(ADAS)和电动汽车应用上,占总资金的27%。量子应用引起了极大关注,吸引了16%的投资,其次是显示(7%)、无线通信(6%)和光子学(6%)。 在众多新兴企业中,法国的Aledia获得了1.27亿美元的投资,用于开发和制造用于显示应用的微型LED芯片。荷兰的Smart Photonics筹集了1.1亿美元,旨在成为纯粹的磷化铟(InP)晶圆提供商,为数据通信/电信和传感应用提供服务。法国的Pasqal通过获得1.087亿美元的投资取得了显著突破,用于建造基于中性原子的量子计算机。法国的SiPearl筹集了8200万美元,用于生产专为高性能计算应用而设计的微处理器。瑞士的Kandou以7200万美元的投资成为数据中心连接领域的领导者,推出了一款支持PCIe 5.0和CXL 2.0标准的多协议重定时器。欧洲的量子计算领域也获得了动力,英国的Oxford Quantum Circuits筹集了1亿美元,成为量子计算作为服务的领先提供商。法国的Quandela通过5300万美元的投资进一步拓展了量子计算的范围,专注于开发光子量子比特发生器和纠缠系统。 这些对欧洲初创企业的投资展示了该大陆充满活力的创新生态系统,以及致力于推动半导体在各种应用领域取得进展的承诺。随着对半导体的需求不断增长,欧洲有望在塑造这一关键技术未来方面发挥重要作用。