氢能：可以应对气候变化一切难题的“瑞士军刀”？-j9九游国际真人

随着世界各国坚定减少碳排放的承诺，许多国家正在转向一种未来不确定的新兴j9九游国际真人的解决方案：氢气。氢气被称为气候j9九游国际真人的解决方案的“瑞士军刀”，有可能在工业过程、交通、建筑和发电厂中取代化石燃料，而且燃烧时不会排放任何温室气体。

但是，建立一个无排放氢燃料世界的想法还有很长的路要走。目前，氢主要用于炼油厂和化肥生产。根据国际能源机构的数据，今天，世界上99%的氢气供应来自天然气和煤，其年排放量与英国和印度尼西亚的排放量相当。

扩大更清洁的氢气生产方式和新的氢气使用方式将需要在研发方面进行大量投资，并可能对碳进行补贴或定价，以使其与化石燃料具有竞争力。拜登政府正在沿着这条道路前进，目标是到2030年将清洁氢的成本降低80%。美国参议院在8月初通过的两党基础设施法案拨款80亿美元，用于创建四个“清洁氢中心”，以展示其在四种不同应用中的生产和使用。

但随着气候影响恶化的时钟滴答作响，专家们正在争论追求清洁氢气的每一种可能用途是否明智。一些气候倡导者担心，对氢能的执着可能会使人们的注意力和资源从现有技术上转移，而这些技术可以更快地减少排放。例如，天然气公用事业公司表示，他们最终希望将清洁的氢气输送到人们的家中，为他们的加热器和炉子提供动力，但现在市场上已经出现了可由可再生电力提供动力的电加热和烹饪器具。

这是一场复杂的辩论，它更多地涉及政治、金钱和时间，而不是技术。为了应对这些争论，理解清洁氢的核心挑战很重要。与化石燃料不同，它不能从地球上挖出。无论它是如何制造的，都会有能量在这个过程中损失。

与目前使用天然气或煤炭生产的氢气不同，所谓的“绿色氢气”是通过可再生电力将水分子分解为氢和氧而制成的。利用现有技术，这将导致初始能量损失20%至40%。这一损失推高了绿色氢的价格，使其更难与其他能源竞争。这也意味着，依赖绿色氢气需要建设比我们可能需要的更多的风能和太阳能，但一些国家支持可再生能源的土地供应有限。

另一种可能性是将碳捕获技术添加到现有的基于天然气的氢气生产中，以制造所谓的“蓝色氢气”，但这种方法需要额外的能量来运行碳捕获和储存设备。蓝色氢的潜在气候效益较弱，因为天然气泄漏将强有力的温室气体甲烷排放到大气中。这些泄漏必须大大减少，才能使蓝色氢的排放量与“清洁”相当。

因此，我们使用清洁氢气的最大限制是供应能力。除生产化肥外，人们普遍认为，清洁氢气是减少经济中许多“难以脱碳”部分排放的有力竞争者，而这些部分的活动很难用清洁电力提供动力。其中包括长途卡车运输、航运、航空和炼钢。同时生产化石燃料和可再生能源氢气的法国氢气公司法液空（air liquide）表示，大规模生产这些用途的氢气将使新兴市场得以崛起和繁荣。

氢能支持者的一个关键论点是，可以利用现有的化石燃料基础设施，在某些情况下，公用事业公司正在重新利用现有的发电厂来使用氢能。在美国犹他州，一座旧煤电厂正在进行改造，以使用天然气和清洁氢气的混合物，目标是最终使用100%的清洁氢气。纽约州正在长岛现有的一家天然气厂进行混合测试。但在短期内，将氢气与天然气混合不太可能显著减少碳排放。商业上可行的发电厂技术目前可以燃烧高达30%的氢气和70%的甲烷的混合物。根据2019年的一项同行评审研究，30%的氢气混合只能减少燃烧天然气的排放量约12%。

天然气公用事业公司还提议将氢气混合到输送至家庭和建筑物的天然气中。但美国的大部分管道系统无法输送超过20%的氢气，如果超过20%氢气会损坏管道。更高的氢气负荷将要求公用事业公司用不同的材料更换管道，这可能会将这些成本转嫁给客户。客户还需要修改当前的设备或购买新设备。将绿色氢气混合到天然气系统中，无论是用于发电厂还是家庭，仍然非常值得——与其说是为了温室气体的减排，还不如说是为了创造太阳能和风能的新市场。

氢的批评者还有另一个担忧，与效率、经济甚至气候变化无关。虽然在发电厂或锅炉中燃烧氢气不会排放温室气体，但确实会排放氮氧化物，这是一种对人类健康有害的污染物。然而，氢能批评者确实相信，清洁的氢气可以通过另一种途径支持电网：氢燃料电池。燃料电池通过化学反应而不是燃烧来发电，并且不会产生污染。燃料电池是比发电厂小得多的系统，可以通过阵列连接到电网，类似于电网规模的电池项目。

德国智库agora energiewende的专家表示，燃料电池在至少十年内不太可能成为一种现实的选择，因为燃料电池比传统的基于燃烧的氢气发电厂技术要昂贵得多。建造氢气发电厂技术的公司正在努力降低氮氧化物的排放量，业内人士认为他们可以在十年内解决这一问题。

无论是发电厂还是燃料电池，氢气都可像天然气一样大量储存在地下，因此许多人将其视为在阳光和风力不足的季节提供清洁、长时间备用电力的关键工具。氢最具争议的潜在用途是改造我们的管道系统，将氢气输送到家庭和建筑物中。由于低碳氢气非常昂贵，这要么意味着向公用事业提供巨额补贴，要么将用户费率提高至少五倍。在欧洲，与安装氢气锅炉相比，安装电动热泵将在未来25年为客户节省约23000至35000美元。

独立能源分析师迈克尔·利布雷奇（michael liebreich）表示，家庭取暖是“氢文化战争中的第一线，对用氢取暖进行了大量游说。因为它将使用天然气配送网络，这是我们几十年来建造的一项非常昂贵的资产，拥有它的公司不想放弃。” 在英国，一项由企业赞助的研究发现，利兹市的天然气网络可以以最小的成本向家庭运送低碳氢气。苏格兰将是第一个向大约300户家庭的网络提供100%绿色氢气的地区，参与者将获得免费设备，试点将持续到2027年。在美国，纽约、马萨诸塞、加利福尼亚和其他州的天然气公用事业公司表示，清洁氢气可以作为低碳混合燃料的一部分，它们可以在未来向客户提供，以实现气候目标。

利布雷奇曾将清洁氢气的潜在用途按照经济竞争性排列为“阶梯”，他认为在建筑中使用氢气的前景不大。但他也不认为政府花一些钱支持这类试验有什么问题，因为人们从中可以学到很多东西。