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當(dāng)你燃燒氫時(shí)，你會(huì)以熱的形式產(chǎn)生能量，唯一的副產(chǎn)品是水，這使它成為一種清潔的能源。然而，首先它需要能量來制造氫。
對(duì)于卡車、飛機(jī)等難以脫碳的行業(yè)來說，氫是氣候討論的一部分，也是電力儲(chǔ)存的一部分。
但批評(píng)人士說，追求綠色氫燃料并不是應(yīng)對(duì)氣候變化的最佳解決方案，因?yàn)樗实?，而且通常是由排放碳的能源制造的?/span>
氫是宇宙中最簡單的元素，也是最豐富的物質(zhì)。
氫燃燒時(shí)，以熱的形式產(chǎn)生能量，唯一的副產(chǎn)品是水。這意味著氫氣產(chǎn)生的能量不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致大氣變暖的二氧化碳，使其成為眾多潛在能源之一，有助于減少碳排放，減緩全球變暖。
但是制造氫并將其轉(zhuǎn)化為一種有用的形式需要能量，而這種能量不一定是可再生的。與其他形式的能源(無論是否可再生能源)相比，這一過程效率低下，成本高昂。許多批評(píng)人士說，氫工業(yè)是石油和天然氣巨頭阻止采用純可再生能源(如太陽能和風(fēng)能)的一種方式，給他們一個(gè)“綠色”的掩護(hù)，同時(shí)仍保持對(duì)其產(chǎn)品的需求。
盡管存在爭論，但企業(yè)和美國政府都在推動(dòng)氫工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
去年8月，美國總統(tǒng)氣候特使約翰·克里(John Kerry)在能源部舉辦的氫彈峰會(huì)(hydrogen Shot Summit)上表示:“在我的世界之旅中，我想不出有哪個(gè)國家沒有對(duì)氫能源表示過興奮?！薄皬纳程匕⒗接《?，從德國到日本，我們正在世界各地建立氫合作伙伴關(guān)系，以推進(jìn)這項(xiàng)每個(gè)國家都明白的關(guān)鍵技術(shù)，它有機(jī)會(huì)在清潔能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮關(guān)鍵作用?！?/span>
克里說，盡管他警告說中國想要主導(dǎo)這個(gè)市場，但氫可能會(huì)發(fā)展成一個(gè)價(jià)值數(shù)萬億美元的全球市場。
什么是綠色的氫，藍(lán)色的氫，等等?
產(chǎn)生氫需要能量，因?yàn)闅湓颖旧聿⒉淮嬖凇鼈儙缀蹩偸且栏皆诹硪粋€(gè)原子上，通常是另一種元素上。(在地球上，以水(H2O)形式存在的氫特別豐富。)制造純氫需要打破這些分子鍵。
在能源行業(yè)，人們用一系列的顏色來指代氫，以此來概括它是如何被創(chuàng)造出來的。
制造氫的一個(gè)可能的過程叫做電解，當(dāng)電通過一種物質(zhì)迫使化學(xué)變化時(shí)——在這種情況下，就是把水分解成氫和氧。
綠色氫是指用于電解的能源來自風(fēng)能、水或太陽能等可再生資源。
藍(lán)氫是通過蒸汽甲烷重整過程從天然氣中產(chǎn)生的氫，在此過程中，天然氣與非常熱的蒸汽和催化劑混合。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫和一氧化碳。水被加入到混合物中，把一氧化碳變成二氧化碳和更多的氫。如果二氧化碳排放被捕獲并儲(chǔ)存在地下，這個(gè)過程被認(rèn)為是碳中性的，產(chǎn)生的氫被稱為“藍(lán)色氫”。
但關(guān)于藍(lán)色氫存在一些爭議，因?yàn)樘烊粴馍a(chǎn)不可避免地會(huì)導(dǎo)致甲烷排放，即所謂的暫存泄漏，即鉆探、提取和運(yùn)輸過程中甲烷的泄漏。
甲烷在大氣中存在的時(shí)間不像二氧化碳那么長，但作為一種溫室氣體，它的效力要大得多。根據(jù)國際能源署(International Energy Agency)的數(shù)據(jù)，在100多年的時(shí)間里，一噸甲烷相當(dāng)于28到36噸二氧化碳。
灰氫和藍(lán)氫一樣，是由天然氣轉(zhuǎn)化而成的，但不需要捕獲二氧化碳的副產(chǎn)品。
粉紅色的氫是用核能電解制成的氫，不會(huì)產(chǎn)生任何二氧化碳排放。(盡管核能產(chǎn)生的放射性廢料必須安全儲(chǔ)存上千年。)
黃色的氫是用電網(wǎng)中的電解產(chǎn)生的氫。碳排放的差異很大，這取決于電網(wǎng)的供電來源。
綠松石氫是甲烷裂解產(chǎn)生的氫氣，也就是在反應(yīng)器或高爐中加熱將甲烷裂解成氫和固體碳。綠松石氫仍處于商業(yè)化的初級(jí)階段，其對(duì)氣候敏感的價(jià)值取決于用清潔能源為熱解提供動(dòng)力，并儲(chǔ)存物理碳。
行業(yè)首席執(zhí)行官組織氫理事會(huì)(Hydrogen Council)聯(lián)盟的執(zhí)行董事達(dá)里爾·威爾遜(Daryl Wilson)說，氫的顏色系統(tǒng)有點(diǎn)簡單，需要更新和更具體。
威爾遜在接受CNBC采訪時(shí)表示:“這種配色方案并沒有起到什么作用，因?yàn)樗鼪]有觸及關(guān)鍵問題，也就是所生產(chǎn)的氫的環(huán)境屬性?！薄瓣P(guān)鍵問題是，必須有一種方法來跟蹤和聲明你所使用的任何氫的特定CO2強(qiáng)度?！?/span>
氫氣的支持者：氫氣用途廣泛，但價(jià)格昂貴
氫已經(jīng)是化學(xué)工業(yè)過程和鋼鐵工業(yè)的關(guān)鍵組成部分。市場研究公司獨(dú)立商品情報(bào)服務(wù)公司(ICIS)的杰克?斯通說，因此制造清潔的氫用于這些工業(yè)過程對(duì)減少碳排放至關(guān)重要。
但根據(jù)美國能源部氫燃料電池技術(shù)負(fù)責(zé)人Sunita Satyapal的說法，作為一種能源，氫的巨大優(yōu)勢(shì)在于它的多功能性。
“它經(jīng)常被稱為瑞士能源軍刀，”她說。
據(jù)斯通說，清潔的氫將用于工業(yè)重型運(yùn)輸?shù)拿撎?，如卡車、大型工業(yè)船和飛機(jī)。
對(duì)于小型消費(fèi)汽車來說，這就沒那么有趣了，因?yàn)殡姵仳?qū)動(dòng)的汽車更容易被采用。但更大的汽車需要更大的電池，這增加了它們的重量，反過來也增加了它們的能源消耗。氫可以解決這個(gè)難題。
氫氣也可以作為一種從間歇性的可再生能源中儲(chǔ)存能量的方法，這種間歇性的可再生能源——太陽并不總是照耀，風(fēng)也不是總是吹。相反，公用事業(yè)公司可以將多余的能量轉(zhuǎn)化為氫氣，然后將其用作能源，作為電池存儲(chǔ)的替代品。
斯通告訴美國全國廣播公司財(cái)經(jīng)頻道(CNBC)，氫“可以根據(jù)需要在地下儲(chǔ)存多長時(shí)間，和天然氣差不多，而且有季節(jié)性?！?/span>
2021年6月27日，一輛氫動(dòng)力汽車在沙特阿拉伯達(dá)蘭的空氣產(chǎn)品新技術(shù)中心新開業(yè)的氫燃料站加油。沙特阿拉伯國家石油公司(Saudi Aramco)概述了投資藍(lán)色氫燃料的計(jì)劃，因?yàn)槭澜缯饾u遠(yuǎn)離污染更嚴(yán)重的能源形式，但該公司表示，這種燃料的全球市場至少要到本世紀(jì)末才能形成。
氫的主要缺點(diǎn)是它的費(fèi)用。Satyapal說，從天然氣中制造氫氣的成本約為每公斤1.5美元。清潔氫的價(jià)格約為每公斤5美元。
去年6月，美國能源部啟動(dòng)了一項(xiàng)名為“氫彈”(Hydrogen Shot)的計(jì)劃，旨在在10年內(nèi)將清潔氫的成本降低到每公斤1美元。
突破能源投資公司創(chuàng)始人、億萬富翁比爾·蓋茨在美國能源部的氫射擊峰會(huì)上說，降低清潔氫的價(jià)格“將是解決氣候變化問題的巨大一步”。他說:“將保費(fèi)削減80%的目標(biāo)是一個(gè)偉大而雄心勃勃的目標(biāo)。”
美國能源部認(rèn)為，要將清潔氫的成本從每公斤5美元降至1美元，主要有三條途徑:
提高電解槽的效率、耐用性和產(chǎn)量。
Satyapal說，改進(jìn)熱解，它會(huì)產(chǎn)生固體碳，而不是副產(chǎn)品二氧化碳。
“高級(jí)路徑”，這是一個(gè)實(shí)驗(yàn)性技術(shù)的總稱。其中一個(gè)例子是光電化學(xué)方法(PEC)，利用陽光和特殊的半導(dǎo)體將水分解成陽光和氫。
持懷疑態(tài)度的人說，這樣做既低效又不切實(shí)際
康奈爾大學(xué)(Cornell University)生態(tài)與環(huán)境生物學(xué)教授羅伯特·w·豪沃思(Robert W. Howarth)說，雖然綠色氫對(duì)于重工業(yè)脫碳、為船舶和飛機(jī)提供動(dòng)力以及存儲(chǔ)能源可能至關(guān)重要，但作為一種能源廣泛使用并不有效。
Howarth是紐約氣候行動(dòng)委員會(huì)(New York Climate Action Council)的22名成員之一，該委員會(huì)負(fù)責(zé)為強(qiáng)制執(zhí)行紐約脫碳計(jì)劃的法律制定實(shí)施計(jì)劃。2020年夏天，天然氣行業(yè)的利益相關(guān)方建議在現(xiàn)有的天然氣管道基礎(chǔ)設(shè)施中使用藍(lán)色氫來為家庭供暖。
但豪沃思和斯坦福大學(xué)教授馬克·雅各布森(Mark Jacobson)在8月份發(fā)表的一篇研究論文表明，這不是一個(gè)好主意。
“最重要的是，藍(lán)色氫排放巨大，除非在目前的氣體系統(tǒng)中占很低的比例，否則不能使用，”豪沃思告訴CNBC?！案挠秒妱?dòng)熱泵供暖要便宜得多?！?/span>
其他批評(píng)人士說，氫的問題更為根本。
化學(xué)工藝開發(fā)專家、氫科學(xué)聯(lián)盟成員保羅·馬丁表示，生產(chǎn)氫、壓縮氫，然后再將壓縮后的氫轉(zhuǎn)化為電能或機(jī)械能的過程非常低效。
“忍受電池的許多問題是值得的，因?yàn)槟忝客度?焦耳，你就能得到90%的能量。這太棒了，”馬丁告訴CNBC。在生產(chǎn)和儲(chǔ)存氫的過程中，你只能回收37%的能量。“所以你所說的63%的能量被消耗掉了。這是最好的情況?！?/span>
但是把氫作為燃料的想法是虛假的，馬丁說，他稱自己是一個(gè)終身環(huán)保主義者。
“推動(dòng)氫能發(fā)展的人是化石燃料工業(yè)，因?yàn)闆]有它，他們能做什么?沒有化石燃料的化石燃料行業(yè)基本上是石油化工和材料行業(yè)，占當(dāng)前行業(yè)的25%左右?！?/span>
盡管如此，馬丁認(rèn)為追求綠色氫對(duì)于它的所有其他用途都是重要的，比如工業(yè)過程和Haber-Bosch過程，它將氫和氮轉(zhuǎn)化為氨用于化肥。哈伯—博世法被認(rèn)為是在過去100年里大幅增加糧食產(chǎn)量，并幫助養(yǎng)活了地球上激增的人口。
馬丁說：“我不想讓人們認(rèn)為我是反氫的。我認(rèn)為制造綠色氫非常重要。但把它用于正確的事情，而不是愚蠢的事情，也非常重要?！?/span>
