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如果東京奧運(yùn)會(huì)能在本月晚些時(shí)候成功舉辦，它將使用一種雄心勃勃的能源作為燃料——?dú)錃?。奧運(yùn)圣火不僅將燃燒氫氣，奧運(yùn)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(wàn)塊太陽(yáng)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(yùn)會(huì)的官方用車。
時(shí)任東京市長(zhǎng)的他在2016年宣布：“1964年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)留下了新干線高速鐵路作為遺產(chǎn)，即將到來(lái)的奧運(yùn)會(huì)的遺產(chǎn)將是氫能社會(huì)?！?/span>
日本曾經(jīng)是核能的熱情支持者，現(xiàn)在對(duì)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(jì)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(yùn)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(guó)韓國(guó)也有類似的計(jì)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(gè)380億美元的項(xiàng)目，以在未來(lái)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(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。早在1807年，第一臺(tái)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)就被成功地設(shè)計(jì)出來(lái)了。19世紀(jì)60年代，人們提出用電解水代替煤來(lái)生產(chǎn)氫氣。但煤炭和石油長(zhǎng)期以來(lái)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(lái)了不安全的壞名聲。
據(jù)說(shuō)，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(lái)為卡車、輪船和飛機(jī)提供動(dòng)力。也可用于生產(chǎn)水泥、鋼鐵、化肥等產(chǎn)品?！边^(guò)去，我們的技術(shù)和工業(yè)主要集中在石油的收集、運(yùn)輸和使用?，F(xiàn)代燃料電池部門主管金世勛去年在一個(gè)英國(guó)貿(mào)易協(xié)會(huì)主辦的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上說(shuō)：“現(xiàn)在和將來(lái)，它將專注于陽(yáng)光的收集、運(yùn)輸和利用——正是氫使一切成為可能?！?/span>
一些人對(duì)此表示懷疑?！皻淠苤粫?huì)成為一個(gè)小眾能源，”阿伯丁大學(xué)化學(xué)工程師Tom Baxter說(shuō)。
巴克斯特補(bǔ)充說(shuō)，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(guò)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(huì)低于生產(chǎn)它所需的綠色電力，”他說(shuō)。
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(jià)格較低的地方生產(chǎn)，然后運(yùn)到世界各地有需要的地方。氫通常用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)，電動(dòng)汽車在與氫動(dòng)力汽車的競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)汽車，通用汽車等一些公司承諾在不超過(guò)15年的時(shí)間內(nèi)只生產(chǎn)電動(dòng)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(duì)于長(zhǎng)途航運(yùn)和航空等消耗大量化石燃料、不易接通電源的運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guó)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(jì)劃利用其豐富的天然氣儲(chǔ)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(chǔ)存生產(chǎn)過(guò)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(shuō)，化石燃料公司正努力在汽車和家庭供暖等各個(gè)領(lǐng)域用氫替代電力。石油巨頭英國(guó)石油公司正計(jì)劃在英國(guó)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(chǔ)存技術(shù)，將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳封存在地下。
大型石油公司的長(zhǎng)期計(jì)劃是在汽油和柴油需求下降后，將氫氣作為潛在的收入來(lái)源。他們向替代燃料的過(guò)渡極其緩慢。英國(guó)石油公司最終決定是否投資賽德工廠還需要三年時(shí)間，但實(shí)際建設(shè)預(yù)計(jì)將在2027年之后——距離英國(guó)計(jì)劃完全實(shí)現(xiàn)新車電氣化只有三年時(shí)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(bǔ)貼高達(dá)4000億美元。如果取消這些補(bǔ)貼，氫等替代燃料將更有可能得到廣泛推廣，”美國(guó)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(cái)經(jīng)（Bloomberg new energy finance）會(huì)議上表示。
如果全球發(fā)展低碳?xì)浣?jīng)濟(jì)得到證實(shí)，那么大規(guī)模生產(chǎn)綠氫才是正道。已經(jīng)有一些國(guó)家打算成為“氫工業(yè)的沙特阿拉伯”。他們利用廉價(jià)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(yáng)能，并打算利用太陽(yáng)能生產(chǎn)氫氣。
沙特阿拉伯有自己的計(jì)劃。該國(guó)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(shí)的沙漠地區(qū)建設(shè)太陽(yáng)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(jì)將于2025年投產(chǎn)。
該項(xiàng)目將是新未來(lái)城市（neom）的一部分，這是沙特阿拉伯王儲(chǔ)和該國(guó)實(shí)際領(lǐng)導(dǎo)人穆罕默德·本·薩勒曼提出的生態(tài)城市計(jì)劃。該項(xiàng)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(guó)際市場(chǎng)上取代沙特石油。
鄰國(guó)阿曼有一個(gè)更大的計(jì)劃，計(jì)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(jì)劃建立五個(gè)巨大的“氫中心”。去年，澳大利亞表示，它將在一個(gè)比西澳大利亞兩個(gè)盧森堡還要大的沙漠中，建設(shè)一個(gè)擁有1000萬(wàn)塊太陽(yáng)能電池板和1500個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的綠色制氫設(shè)施。
今年6月，該項(xiàng)目的藍(lán)圖被部長(zhǎng)們否決，因?yàn)樗赡軐?duì)生物多樣性構(gòu)成威脅。目前，該項(xiàng)目處于擱置狀態(tài)，但最終可能會(huì)繼續(xù)推進(jìn)。與此同時(shí)，澳大利亞還計(jì)劃在新南威爾士州亨特山谷的產(chǎn)煤區(qū)建設(shè)另一個(gè)綠色氫氣中心，并計(jì)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(xiàng)目旨在向日本和亞洲其他國(guó)家出口。
誰(shuí)將創(chuàng)造空中特斯拉？
最大的成就可能來(lái)自航空業(yè)?？湛?，世界第二大飛機(jī)制造商，去年發(fā)布了三種不同的零排放氫動(dòng)力“概念”模型，并計(jì)劃在2035年投入使用，去年秋天在英國(guó)克蘭菲爾德機(jī)場(chǎng)發(fā)射了一架六座氫動(dòng)力試驗(yàn)飛機(jī)并完成了首次飛行。這架飛機(jī)在今年四月墜毀。幸運(yùn)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(shuō)，“我想說(shuō)的是，在未來(lái)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(chǎng)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(yùn)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(jī)稍后也將加入。
這一切會(huì)實(shí)現(xiàn)嗎？懷疑者認(rèn)為，建立一個(gè)包括制造、運(yùn)輸和交付在內(nèi)的全球氫氣供應(yīng)鏈過(guò)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(jì)數(shù)據(jù)顯示，這個(gè)過(guò)程將消耗大約三分之二的能量。飛機(jī)制造商空中客車公司宣布計(jì)劃成為世界上第一架商用零排放飛機(jī)。該飛機(jī)將配備兩個(gè)混合氫渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
“不僅僅是供應(yīng)方面，也就是說(shuō)，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(jī)也比電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)浪費(fèi)更多的能源。即便如此，氫仍然可以用作長(zhǎng)途貨運(yùn)的動(dòng)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(wú)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(chǎng)景。在全球?qū)崿F(xiàn)零排放的目標(biāo)下，應(yīng)該用氫氣來(lái)消除最困難的10%左右的碳排放。
“初級(jí)鋼材和氨的生產(chǎn)是綠色氫氣的正確切入點(diǎn)，”他說(shuō)。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(shuō)，在建筑供暖等領(lǐng)域，對(duì)氫的需求不斷增長(zhǎng)，可能會(huì)讓廉價(jià)的藍(lán)氫占據(jù)優(yōu)勢(shì)，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(gè)錯(cuò)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(shuō)。
“只有當(dāng)能源意識(shí)合理時(shí)，氫經(jīng)濟(jì)才能站穩(wěn)腳跟，否則就會(huì)有更好的解決方案征服市場(chǎng)。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(gè)新的輸配網(wǎng)絡(luò)，”燃料電池顧問(wèn)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(shuō)。
至少在未來(lái)十年內(nèi)，氫燃料供應(yīng)可能會(huì)受到限制，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。
