Maximizing blue 氢 production tax credits

蓝色氢项目可以通过解决原料和发电的上游排放问题，获得数百万美元的额外税收抵免

Nishadi Davis, PE

The Drive to Net Zero

《10bet十博注册网站》(IRA)签署成为法律已经一年多了, 包含历史上最大的气候行动投资. IRA通过贷款为清洁能源发展拨款超过3700亿美元, 奖助金, 以及税收抵免，以促进美国的能源转型和能源安全目标. 推进这些目标的一个感兴趣的领域是氢.

氢在能源转换中起着关键作用，原因有几个. 它是一种多功能的清洁能源载体，可以利用风能等可再生能源生产, water and solar, 以及像天然气这样的传统能源. Additionally, 氢作为一种能量储存形式，可以通过在剩余时间储存多余的能量，并在可再生能源短缺时释放这些能量，帮助解决可再生能源的间歇性问题, thereby increasing grid stability. 最后, 氢, on a mass basis, 能量密集的燃料燃烧时不产生任何二氧化碳吗. This is beneficial in heavy industry, 在直接电气化面临挑战的情况下，氢可以取代或与传统燃料混合在一起吗.

因为氢在能量转换中扮演着重要的角色, 为了确保生产和消费都得到大力激励，政府投入了大量资金. 美国能源部(DOE)计划提供高达80亿美元的拨款，用于在美国各地开发几个氢中心. Additionally, 爱尔兰共和军推出了一项新的10年清洁氢生产税收抵免激励措施:45V条款.

IRA 45V Overview

Though a year has passed since the IRA was implemented, 财政部对45V的全面指导尚未公布. At a high level, 然而，我们知道生产税收抵免将根据生产氢气的碳强度(CI)来支付。, 如果开发者达到了普遍的工资和学徒要求，就会获得5倍的生产信用奖励. 考虑到这一奖金，最高信用额度细分如下表所示.

虽然碳强度括号在最初的IRA立法中已经定义, 财政部还没有发布关于计算生命周期温室气体(GHG)排放量的额外指导或规定，这些温室气体排放量将用于计算氢的碳强度.

Table 1: 氢 Production Tax Credit Brackets

Life Cycle Emissions and Carbon Intensity

Depending on the lifecycle emission    boundaries, 生命周期评估(LCA)可以被描述为“门到门”,” “cradle-to-gate” or “cradle-to-grave" emissions, 后一项包括在产品的整个生命周期中排放的温室气体总量, process or system. 它考虑了产品发展的所有阶段, from raw material extraction, 加工和运输到最终使用和报废处理或回收. 45V的预期系统边界是“从摇篮到栅极”.这个边界类似于“从摇篮到坟墓”的边界, 但它没有考虑产品离开生产工厂后的排放影响, 从制造商的生产设施到最终目的地的运输过程中产生的排放, and emissions associated with the product’s use, are not considered.

碳强度将产生的排放量标准化，通常以二氧化碳当量(CO)来衡量₂e), to a unit of specific activity, input or output. 在45V的情况下，碳强度以CO千克为单位测量₂e per kilogram of 氢 (公斤有限公司₂H e /公斤₂).

氢 Production Pathways

There are several different pathways, with varying carbon intensities, 为了产生氢气，每个生产途径都被涂上了颜色分类. 绿色氢利用可再生能源发电，然后通过电解将水分解成氢原子和氧原子.  电解是在两个多世纪前被发现的，但它并不是一种经济的制氢途径，因为它是一个非常耗能的过程. 然而，随着可再生能源电价的下降和对净零能源经济的推动, 随着企业开始扩大绿色氢生产规模，以利用政府的税收优惠政策，这一领域的研究已经太多了.

氢 production from fossil fuel sources, such as natural gas, 已经存在了几十年，是迄今为止最经济的制氢途径吗. Currently, 大多数商业氢气是由甲烷产生的，而甲烷通常来自天然气. 虽然经济，这个过程排放大量的二氧化碳(CO)₂) and is known as grey 氢. It is however possible to capture the CO₂ 在它被排放到大气之前的生产阶段. 这个过程完成后，氢就被称为蓝氢.

Blue 氢 GHG Emissions

蓝氢主要由蒸汽甲烷重整(SMR)产生。, 或自动热重整(ATR)，在制氢过程的下游安装一个碳捕获装置.

Figure 1: Blue 氢 Production Process

在蒸汽甲烷重整和自热重整中, 相关的化学反应产生的温室气体排放量大致相同. 这些过程排放占通过化石燃料生产氢的温室气体排放总量的很大一部分. With the latest carbon capture technologies, CO₂ capture rates of 95%  and above may be achieved. This reduces the GHG emissions, and therefore overall CI, inherent to the blue 氢 production process. 然而，为了达到45V信用额度的最高等级，必须完成其他从井到栅极的减少.

下图显示了与灰氢生产相关的从井到门的排放. 有三个主要的排放源对总体CI有贡献:天然气开采和运输排放, facility 氢 production emissions, and emissions associated with power production. 国际能源署(IEA)估计，未经稀释的天然气产生的灰氢的碳强度在10-14千克二氧化碳的范围内₂H e /公斤₂¹ 这就没有资格享受政府的税收优惠了.

图2: Well-to-Gate Grey 氢 Emissions

蒸汽甲烷重整制氢过程中直接排放的二氧化碳约为9千克₂H e /公斤₂¹ 并且可以通过碳捕获最小化，如下面的图3所示.

图3: Well-to-Gate Blue 氢 Emissions

The IEA estimates 93% CO₂ 从小型反应堆设施内的直接排放源捕获可以将生产设施内的碳强度降低到0.7 KgCO₂/公斤H_2, 使蓝色氢的总CI达到1.5-6.2公斤二氧化碳₂e / KgH_2. 为了达到这个范围的下限，上游的排放必须相应最小化.

Blue 氢 Decarbonization Opportunities

下表总结了计算蓝氢碳强度时必须考虑的排放源

Table 2: Blue 氢 Carbon Intensity Scenarios

使用这个表格，我们可以计算可以获得的税收抵免. 天然气和电力生产占整体蓝氢碳强度的很大一部分. The average CI of natural gas in the United States is 2.49公斤二氧化碳₂H e /公斤₂². This can be reduced to 2.25公斤一氧化碳₂H e /公斤₂ 当去除与配电网相关的排放时，氢电厂通常不会利用. 美国电力的碳强度中值是 .7公斤二氧化碳₂H e /公斤₂³ and has been used in place of the mean.

Scenario A:

使用美国天然气的平均CI和美国电力的中位数CI, the total carbon intensity is calculated to be 3.4公斤二氧化碳₂H e /公斤₂ which correlates to the lowest tax credit bracket of $0.每公斤60 H₂.

Scenario B:

下一个, 让我们考虑这样一种情况，即来源不同的天然气，甲烷泄漏率为0.16%² and a CI of 0.8公斤二氧化碳₂H e /公斤₂.在这种情况下，蓝色氢的CI降低为1.95公斤二氧化碳₂H e /公斤₂ which qualifies for the $0.75 /公斤H₂ tax credit.

Scenario C:

最后，让我们通过改用可再生能源来降低电力的碳强度. Our CI in this final scenario becomes 1.28公斤二氧化碳₂H e /公斤₂ and qualifies for the $1.00 H /公斤₂ production tax credit.

下表总结了上述情景对生产1000 MTPD H的蓝色氢气工厂的货币影响₂ with an 85% efficiency rate.

Table 3: Tax Credit Implications for 1000MTPD H₂ Production Facility

上表显示了一个生产1000 MTPD H的蓝色氢气设施₂ can generate $292,000,如果电力和天然气是战略性来源，每年可获得6万美元的税收抵免. 与基本信贷利率相比，这是每年超过1.16亿美元的增长. Conversely, 不评估其与天然气和电力有关的排放的设施，如果其电力和原料是从高排放源采购的，则可能超出基本信用额.

必须进行排放评估，以确定与任何特定生产设施相关的实际CI. 新项目应该从概念阶段开始进行这些评估，以便在早期设计阶段做出决策，以最经济的方式减少碳足迹. As the project continues to develop, 排放评估应以新的和具体的信息进行更新，以确保项目按计划实现碳强度目标.

Conclusion

尽管大多数人对完整45V指南的预期都集中在绿色制氢排放核算上, 重要的是要认识到，有关上游排放核算的规定也将对蓝氢产生重大影响. As demonstrated in this article, 蓝色氢原料和电力使用的减排可以带来数亿美元的税收抵免. Additionally, 以这种方式激励减排，有助于美国实现到2050年减少上游和中游资产甲烷排放、实现净零排放的目标.