氫氣是救星還是幻想？

氫氣可以儲存幾個(gè)月，而不會損失很多能量（技術(shù)概述，以功率和時(shí)間計(jì)算）：

氫氣也在重工業(yè)中尋找用武之地。目前，鋼鐵生產(chǎn)排放占全部工業(yè)二氧化碳排放量的近四分之一。瑞典目前正在試用一種零排放的替代方案，該方案將改用清潔燃燒的氫氣。正是這種環(huán)境可持續(xù)性和應(yīng)用靈活性的結(jié)合，促成了對氫氣使用量激增的預(yù)測，并推動著實(shí)驗(yàn)性氫能公司的估值飆升。

 資料來源: 摩根士丹利 (Morgan Stanley)

氫能面臨的挑戰(zhàn)

問題在于我們從前也探索過氫利用，而且不止一次。通用汽車公司在 20 世紀(jì) 60 年代制造了其第一輛氫動力汽車。再往前 10 年，在冷戰(zhàn)開始時(shí)，美國空軍部門在邁阿密北部秘密建造了世界上最大的液化氫工廠，作為開發(fā)氫燃料飛機(jī)計(jì)劃的一部分。

每一次，氫氣都遭遇了成本和復(fù)雜性問題，導(dǎo)致這種氣體難以作為一種燃料得到商業(yè)化。從排放的角度來看，我們首先要考慮到并非所有氫氣都是天然相同的。使用氫氣可能不會產(chǎn)生二氧化碳，但為了生產(chǎn)這種氣體，我們需要將氫分子從其所在的化合物中分離出來。

目前，大多數(shù)氫氣是通過在高溫下重整甲烷 (CH4) 生產(chǎn)的，但這會產(chǎn)生二氧化碳這種副產(chǎn)物。電解是一種無排放的方法，電流通過水 (H2O)，將氫與氧分離。但是，除非電力來自可再生能源，否則同樣會有環(huán)境代價(jià)。

斯坦福大學(xué)伍茲環(huán)境研究所 的 Mark Jacobson 指出: “氫是一種清潔燃料，但前提是它必須以清潔的方式生產(chǎn)，并以清潔的方式使用。”

關(guān)鍵的一點(diǎn)是，由可再生能源發(fā)電生產(chǎn)的“綠色”氫氣目前只占全球氫氣供應(yīng)的 1% 左右。至少就目前而言，這也是迄今為止最昂貴的氫氣來源，但未來如果可再生能源發(fā)電的價(jià)格下降這一現(xiàn)狀可能得到緩解。

2018 年按生產(chǎn)來源劃分的氫氣生產(chǎn)成本

資料來源: 國際能源署 (International Energy Agency/IEA)

隨著電解器技術(shù)的改進(jìn)和大規(guī)模部署，成本可能會下降。但另一個(gè)擔(dān)憂是，制氫可能僅僅意味著將可再生能源從其他用途中分流出來。電解的效率也并不是特別高，這會導(dǎo)致立即損失 30% 的能量。

除了燃料來源以外，氫氣還面臨著與其他低排放能源相同的挑戰(zhàn)。例如，在運(yùn)輸方面，氫氣比柴油或汽油占用的空間更多，因此需要更大的儲存罐，影響了經(jīng)濟(jì)性。雖然氫氣可以像天然氣一樣使用管道傳輸，但目前沒有現(xiàn)成的充氣站網(wǎng)絡(luò)。

由于缺乏明顯的商業(yè)化路徑，一些大公司在氫燃料應(yīng)用方面的熱情不及政府。法國和德國已承諾為開發(fā)氫氣技術(shù)合計(jì)提供 160 億歐元資助，但對于即使是 10 年內(nèi)出現(xiàn)氫燃料汽車的想法，大眾汽車公司 (Volkswagen) 首席執(zhí)行官 Herbert Diess 最近也表示不能認(rèn)同。

將氫氣變成一種全球性的燃料也將意味著發(fā)展船舶運(yùn)輸。日本和澳大利亞公司正在澳大利亞南部開展合作，在 -253°C 的溫度下將氫氣液化，以便裝船。這需要巨額的資本投資。Ad van Wijk 教授指出，氫氣還可以轉(zhuǎn)化成氨或存儲在液態(tài)有機(jī)氫載體中運(yùn)輸。

這次“氫能熱”是否會有不同？

有一個(gè)簡單的理由讓我們相信這次氫能熱真的可能會有所不同，盡管存在挑戰(zhàn)，但氫能源仍可能成為主流。該論點(diǎn)出自一個(gè)簡單的前提: 沒有其他選擇。

過去的氫氣商業(yè)化工作由對能源獨(dú)立的希望驅(qū)動，或?qū)儆趯τ蛢r(jià)上漲的反應(yīng)——換言之，當(dāng)?shù)鼐壵尉o張局勢消退時(shí)，這些激勵(lì)因素就很容易煙消云散。這一次，世界各國政府對于減少二氧化碳排放紛紛作出了長期承諾，鑒于氣候變化帶來的生存威脅，這些承諾不太可能動搖。他們也在為這項(xiàng)技術(shù)投入真金白銀，去年有 15 個(gè)國家/地區(qū)的政府以及歐盟宣布了氫能計(jì)劃，通常包括對該行業(yè)提供補(bǔ)貼。

代爾夫特理工大學(xué) (Delft University of Technology) 的 Ad van Wijk 教授表示: “2020 年確實(shí)是各國/地區(qū)制定具體想法和戰(zhàn)略的一年。這包括堅(jiān)定承諾將氫氣納入能源組合。福島事件后，日本曾表示‘我們將繼續(xù)使用核電，但我們也需要另一種能源’。”

換言之，有兩種動力在發(fā)揮作用: 政府正在為一個(gè)對排放目標(biāo)至關(guān)重要的行業(yè)撒錢，而各大公司則對于采用一種目前尚不賺錢的燃料舉棋不定。政府的支持將有望最終刺激研究、降低成本，并使之變得經(jīng)濟(jì)劃算。

越來越多商界和投資界的智庫正是押注于此，其決策的假設(shè)根據(jù)就是: 沒有氫氣就無法實(shí)現(xiàn)排放目標(biāo)。例如，殼牌 (Shell) 等石油巨頭正開始重金投資于生產(chǎn)綠色氫氣的電解器。一些包含有形技術(shù)創(chuàng)新的研究成果也紛紛涌現(xiàn)出來。例如，在德國，研究人員找到了一種以漿糊形式儲存氫氣的方法。這種方法不再需要通過超級冷卻將氣體液化，以便運(yùn)輸，并提供一種更方便的材料來輸入燃料電池。