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如果東京奧運會能在本月晚些時候成功舉辦，它將使用一種雄心勃勃的能源作為燃料——氫氣。奧運圣火不僅將燃燒氫氣，奧運村也將使用氫氣作為能源。福島核事故禁區(qū)內(nèi)的6.8萬塊太陽能電池板為生產(chǎn)氫能提供電力。豐田的氫燃料電池汽車Mirai將成為奧運會的官方用車。
時任東京市長的他在2016年宣布：“1964年東京奧運會留下了新干線高速鐵路作為遺產(chǎn)，即將到來的奧運會的遺產(chǎn)將是氫能社會?！?/span>
日本曾經(jīng)是核能的熱情支持者，現(xiàn)在對氫能雄心勃勃。目前日本已建成世界上最大的加氫站網(wǎng)絡(luò)，并計劃用氫氣替代煉鋼等重工業(yè)使用的化石燃料。這也是在組織氫燃料進(jìn)口方面邁出的一步。2019年，川崎重工推出了世界上第一艘液化氫運輸船suiso frontier，目標(biāo)是利用澳大利亞頗有前途的制氫能力。
鄰國韓國也有類似的計劃。今年3月，汽車制造商現(xiàn)代（Hyundai）和SK集團(tuán)（SK Group）宣布了一個380億美元的項目，以在未來十年發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)。
如果氫氣能被廣泛使用，那將是一個漫長的過程。早在1807年，第一臺氫燃料發(fā)動機就被成功地設(shè)計出來了。19世紀(jì)60年代，人們提出用電解水代替煤來生產(chǎn)氫氣。但煤炭和石油長期以來一直比較便宜。1937年興登堡空難中氫氣飛艇的爆炸給氫氣帶來了不安全的壞名聲。
據(jù)說，發(fā)展全球“氫經(jīng)濟(jì)”可以減緩碳排放造成的氣候變化。氫可以用來為卡車、輪船和飛機提供動力。也可用于生產(chǎn)水泥、鋼鐵、化肥等產(chǎn)品?！边^去，我們的技術(shù)和工業(yè)主要集中在石油的收集、運輸和使用?，F(xiàn)代燃料電池部門主管金世勛去年在一個英國貿(mào)易協(xié)會主辦的網(wǎng)絡(luò)研討會上說：“現(xiàn)在和將來，它將專注于陽光的收集、運輸和利用——正是氫使一切成為可能?！?/span>
一些人對此表示懷疑?！皻淠苤粫蔀橐粋€小眾能源，”阿伯丁大學(xué)化學(xué)工程師Tom Baxter說。
巴克斯特補充說，以目前的技術(shù)，氫氣作為燃料只能用于溫度需要高于400攝氏度的工業(yè)過程。但在其他方面，綠氫通常被輸送到電力中，“綠氫的成本永遠(yuǎn)不會低于生產(chǎn)它所需的綠色電力，”他說。
綠氫、藍(lán)氫或灰氫
氫氣很少用作直接燃料，但作為能源的載體，它是在能源價格較低的地方生產(chǎn)，然后運到世界各地有需要的地方。氫通常用于汽車發(fā)動機的燃料電池。它與氧氣混合釋放能量并放出水蒸氣。
近兩年來，電動汽車在與氫動力汽車的競爭中處于領(lǐng)先地位。大多數(shù)大型汽車制造商都推出了電動汽車，通用汽車等一些公司承諾在不超過15年的時間內(nèi)只生產(chǎn)電動汽車。他們還得到了政府的支持，政府在充電網(wǎng)絡(luò)方面投入了大量資金。然而，對于長途航運和航空等消耗大量化石燃料、不易接通電源的運輸系統(tǒng)來說，氫能可能是減少碳排放的關(guān)鍵。
氫氣每噸的熱值比所有化石燃料都高，不需要電池。但是生產(chǎn)氫氣需要大量的電力，因此氫氣的氣候友好性取決于生產(chǎn)氫氣所使用的能源。因此，技術(shù)人員將氫分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫?；覛涫怯商烊粴饣蛎禾慨a(chǎn)生的，具有巨大的碳足跡。藍(lán)氫也可以利用化石能源生產(chǎn)，但過程中產(chǎn)生的二氧化碳被捕獲或再利用。綠氫源于利用可再生電力將水分解成氫原子和氧原子，因此根本沒有碳足跡。
目前，灰氫是最便宜的，主要用于工業(yè)用途。中國的制氫量約占世界的三分之一，主要利用褐煤生產(chǎn)。俄羅斯正計劃利用其豐富的天然氣儲量生產(chǎn)灰氫和藍(lán)氫。為了使氫氣成為化石燃料的氣候友好型替代品，制造商必須捕獲并儲存生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳，以避免危害。然而，碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)仍需改進(jìn)。
阿伯丁大學(xué)的Baxter說，化石燃料公司正努力在汽車和家庭供暖等各個領(lǐng)域用氫替代電力。石油巨頭英國石油公司正計劃在英國提賽德建造一座藍(lán)氫廠。據(jù)介紹，該廠將采用碳捕獲和儲存技術(shù)，將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳封存在地下。
大型石油公司的長期計劃是在汽油和柴油需求下降后，將氫氣作為潛在的收入來源。他們向替代燃料的過渡極其緩慢。英國石油公司最終決定是否投資賽德工廠還需要三年時間，但實際建設(shè)預(yù)計將在2027年之后——距離英國計劃完全實現(xiàn)新車電氣化只有三年時間。
“目前化石燃料比氫能更便宜、更容易獲得，部分原因是全球化石燃料補貼高達(dá)4000億美元。如果取消這些補貼，氫等替代燃料將更有可能得到廣泛推廣，”美國工業(yè)天然氣公司air products首席執(zhí)行官seifi ghasmi在今年紐約舉行的彭博社新能源財經(jīng)（Bloomberg new energy finance）會議上表示。
如果全球發(fā)展低碳?xì)浣?jīng)濟(jì)得到證實，那么大規(guī)模生產(chǎn)綠氫才是正道。已經(jīng)有一些國家打算成為“氫工業(yè)的沙特阿拉伯”。他們利用廉價的可再生能源大規(guī)模生產(chǎn)氫氣，包括加拿大和冰島，它們利用豐富的水電資源生產(chǎn)氫氣，以及地?zé)崮?。摩洛哥正在從撒哈拉沙漠迅速開發(fā)太陽能，并打算利用太陽能生產(chǎn)氫氣。
沙特阿拉伯有自己的計劃。該國最近宣布，將與air chemical company合作，在紅海沿岸建設(shè)一座耗資50億美元的綠色制氫廠，還將在相當(dāng)于比利時的沙漠地區(qū)建設(shè)太陽能和風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，為即將建成的世界上最大的制氫廠提供能源。該制氫廠預(yù)計將于2025年投產(chǎn)。
該項目將是新未來城市（neom）的一部分，這是沙特阿拉伯王儲和該國實際領(lǐng)導(dǎo)人穆罕默德·本·薩勒曼提出的生態(tài)城市計劃。該項目生產(chǎn)的氫氣除供應(yīng)生態(tài)城外，還將出口海外，最終在國際市場上取代沙特石油。
鄰國阿曼有一個更大的計劃，計劃斥資300億美元在阿拉伯海沿岸建造一座制氫廠。建成后，不僅可以出口綠氫，還將出口“綠氨”，替代化石燃料生產(chǎn)的化肥。
澳大利亞也有類似的雄心壯志，計劃建立五個巨大的“氫中心”。去年，澳大利亞表示，它將在一個比西澳大利亞兩個盧森堡還要大的沙漠中，建設(shè)一個擁有1000萬塊太陽能電池板和1500個風(fēng)力渦輪機的綠色制氫設(shè)施。
今年6月，該項目的藍(lán)圖被部長們否決，因為它可能對生物多樣性構(gòu)成威脅。目前，該項目處于擱置狀態(tài)，但最終可能會繼續(xù)推進(jìn)。與此同時，澳大利亞還計劃在新南威爾士州亨特山谷的產(chǎn)煤區(qū)建設(shè)另一個綠色氫氣中心，并計劃利用維多利亞州拉特羅布山谷的褐煤生產(chǎn)灰色氫氣。這些項目旨在向日本和亞洲其他國家出口。
誰將創(chuàng)造空中特斯拉？
最大的成就可能來自航空業(yè)?？湛?，世界第二大飛機制造商，去年發(fā)布了三種不同的零排放氫動力“概念”模型，并計劃在2035年投入使用，去年秋天在英國克蘭菲爾德機場發(fā)射了一架六座氫動力試驗飛機并完成了首次飛行。這架飛機在今年四月墜毀。幸運的是，沒有人受傷。它可能成為“空氣中的特斯拉”，“沒有氫氣，幾乎不可能大幅減少二氧化碳排放，”瑞典工程研究中心保羅·謝勒研究所的克里斯蒂安·鮑爾說，“我想說的是，在未來10年里，我們將看到這一領(lǐng)域有相當(dāng)大的發(fā)展。
潛在供應(yīng)商和主要市場之間的其他交易正在激增。丹麥風(fēng)力發(fā)電公司Orsted與全球最大的航運公司馬士基和北歐航空公司簽署協(xié)議，從2023年起，利用北海海上風(fēng)力發(fā)電為哥本哈根的公共汽車和卡車生產(chǎn)綠色氫能，船只和飛機稍后也將加入。
這一切會實現(xiàn)嗎？懷疑者認(rèn)為，建立一個包括制造、運輸和交付在內(nèi)的全球氫氣供應(yīng)鏈過于繁瑣和低效，尤其是需要從頭開始建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施。一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，這個過程將消耗大約三分之二的能量。飛機制造商空中客車公司宣布計劃成為世界上第一架商用零排放飛機。該飛機將配備兩個混合氫渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。
“不僅僅是供應(yīng)方面，也就是說，氫基燃料的生產(chǎn)將出現(xiàn)能效損失。在需求方面，內(nèi)燃機也比電動發(fā)動機浪費更多的能源。即便如此，氫仍然可以用作長途貨運的動力。他的同事鮑爾：“現(xiàn)在一輛大卡車需要配備幾噸電池才能行駛100多公里?！?/span>
波茨坦氣候影響研究所的Falko ueckerdt認(rèn)為，氫的可用性“充滿了不確定性，無法在汽車和家庭取暖等情況下取代化石燃料?！?。因此他認(rèn)為，世界應(yīng)優(yōu)先考慮氫作為一種不可替代的低碳能源的應(yīng)用場景。在全球?qū)崿F(xiàn)零排放的目標(biāo)下，應(yīng)該用氫氣來消除最困難的10%左右的碳排放。
“初級鋼材和氨的生產(chǎn)是綠色氫氣的正確切入點，”他說。氫能可以替代并為兩種化石燃料的生產(chǎn)提供能源。
但他警告說，在建筑供暖等領(lǐng)域，對氫的需求不斷增長，可能會讓廉價的藍(lán)氫占據(jù)優(yōu)勢，導(dǎo)致“化石燃料鎖定效應(yīng)，威脅氣候目標(biāo)”。
使用氫燃料作為一種普遍的氣候解決方案可能被證明是一個錯誤的承諾，“盡管氫燃料被廣泛使用，但不應(yīng)被期望廣泛取代化石燃料，”尤科德說。
“只有當(dāng)能源意識合理時，氫經(jīng)濟(jì)才能站穩(wěn)腳跟，否則就會有更好的解決方案征服市場。幾乎所有的合成液態(tài)烴都有現(xiàn)成的基礎(chǔ)設(shè)施，但氫氣需要一個新的輸配網(wǎng)絡(luò)，”燃料電池顧問烏爾夫·博塞爾（ULF Bossel）和瑞士ABB公司研究員巴爾杜爾·埃利亞松（Baldur Eliasson）在一份關(guān)于氫經(jīng)濟(jì)的白皮書中說。
至少在未來十年內(nèi)，氫燃料供應(yīng)可能會受到限制，缺乏競爭力。
