氢能源能否在绿色能源领域占一席之地？

地球正义组织最近发布了一份报告，题为《氢气的可再生未来》。该组织是一个非营利的环境法律组织，专注于保护健康，保护野生动物并推广清洁能源。

报告详细阐述了氢是一种潜在的清洁能源，同时解释了“绿色氢”和从化石燃料中产生的氢之间的区别。这份长达41页的文件可以帮助政策决策者了解绿色氢的真正潜力，并避免化石燃料公司开展的氢运动背后的营销陷阱。此外，报告还讨论了绿色氢最有前途的应用。

虽然氢具有绿色能源的潜力，但现实却恰恰相反。该报告提到，今天，大多数氢的生产都不是通过环境友好的过程进行的，而且会大大加剧气候变化。石油和天然气公司是最大的氢气生产商：氢气是通过天然气的蒸汽甲烷重整(SMR)获得的，这个过程污染严重。全球99.8%的氢气生产都不是绿色的，并产生了大量的空气污染。此外，SMR排放有害污染物，如氮氧化物、一氧化碳和挥发性有机化合物。炼油厂附近的社区主要受到这些污染物的影响。

化石燃料工业不仅是氢的生产者，也是氢的主要消费者(约60%的氢需求来自原油精炼厂)；在这里，氢被用来降低柴油的硫含量。第二大氢消费者是农业(约占30%)，被用作化肥的原料。剩下的10%用于其他化学过程，如甲醇生产。

化石燃料公司联合起来，争取对氢生产的政策支持。他们不仅将其推广为家庭应用(供暖、烹饪)的绿色解决方案，还将其推广为交通运输的解决方案。然而，值得注意的是，这些公司一直在使用相同的制氢工艺，这与绿色环保相距甚远。

氢作为脱碳工具

如果政策制定者明白什么是绿色氢，那么氢就有可能成为一种脱碳工具。关键问题是:氢是如何产生的？今天，唯一不对环境产生负面影响的绿色制氢方法是完全可再生电能供电的电解。在这个过程中，氢从水分子中分离出来。国际能源署将“绿色氢”定义为利用可再生能源发电产生的氢。

使用可再生能源是至关重要的，因为电解是一个高度能源密集型的过程，使用任何其他可用能源将比SMR制氢过程产生更多的二氧化碳排放。

该报告进一步警告决策者关于从生物甲烷或生物质中产生的氢，这也被称为是一种“绿色”的方法。虽然生物质本应由有机废物产生，但实际情况却大不相同（这种生产方法只能提供所需生物量的一小部分)。通常，生物质是由木材或农作物生产的，目的是使其成为一种能源。生物质不是一种碳中性能源，并对温室气体排放有显著贡献。

下图说明了不同的制氢方法造成的碳排放。

绿色氢的生产能力

目前，欧洲在应用该技术生产绿色氢气方面处于领先地位。欧盟委员会的目标是，到2024年部署6千兆瓦、到2030年部署40千兆瓦的可再生氢电解槽。这将需要大规模的生产能力，而欧洲必须将其绿色氢项目增加一倍才能实现这一目标。最终目标是到2030年将电解设备的成本减半，因为目前电解设备的成本非常高。

绿色氢的局限性

绿色氢气的第一个局限性是电能转化为氢气的过程中能效低下。由可再生能源供电的电解会造成巨大的能源损失——在20% 到40%之间。因此，氢是一种比可再生电力更昂贵的能源。此外，以氢为动力的设备比电设备效率低，氢的储存和运输也存在困难，而且氢生产需要水等环境挑战。

氢燃烧还会产生有害健康的污染。虽然氢燃料电池只释放水蒸气，但有很多应用场景只涉及氢气燃烧，这时会释放氮氧化物，它会损害人的心脏和呼吸功能。

绿色氢的应用

该报告讨论了氢在家庭(供暖、烹饪)、工业和交通等不同应用中是否是一种有效的解决方案。

分析认为，在家庭中，氢不能成为家用电器的第一选择。因为存在氢气泄漏的安全风险，而且氢气也是一种温室气体。在家庭中更有效的解决方案是使用直接由可再生能源供电的电器。

在交通领域，电动汽车比氢动力汽车更节能、更实惠。报告的合著者称：“氢并不是营销上所说的银弹。更糟糕的是，由于化石燃料公司的氢炒作泛滥，可能会从电动汽车等解决方案中吸走资源，从而推迟清洁能源的转型。在未来，绿色氢可能帮助我们将可再生能源带到能源系统中最困难的角落，但它无法取代今天快速实现大部分经济的电气化。”

虽然如此，绿色氢在无法实现电气化的脱碳领域可以成为解决方案。关于氢的应用，可以分为以下三方面:

• 在绿色氢为有效解决方案的领域；

• 应谨慎探索绿色氢的行业；

• 在那些绿色氢不是有效解决方案的领域。

如前所述，化石燃料工业产生大量的氢，这对气候有重大影响。这可能是绿色氢成为减少排放解决方案最重要的领域。此外，绿色氢的使用不需要新技术。氢气可以通过专用管道运输，并储存在目前使用的基础设施中。值得注意的是，绿色氢替代化石氢的潜力不应被用作炼油厂和化肥厂扩张的借口。

在许多领域，绿色氢可以作为一种脱碳工具，但由于一些缺点或技术的缺乏，需要谨慎探索。第一个潜在行业是海运行业，因为该行业产生的温室气体占排放总量的3%以及硫氧化物和氮氧化物污染总量的15%。由于电池容量有限还需要充电，目前还不是长途海运的解决方案。绿色氢被认为是一种潜在解决方案，因为它的储存更简单，能量密度更高。更环保的方法是在燃料电池中使用氢，但这项技术仍需改进。

航空业也是污染的重要贡献者之一，占全球二氧化碳排放量的2%左右。与海事一样，在这种应用中使用电池也有局限性。有人提议使用绿色氢或其衍生氢液体燃料来脱碳。目前已有几个试点项目，但技术还有待改进。

高热工业过程，如不能使用电脱碳的钢铁生产，可以使用绿色氢作为解决方案。这将是在铁矿石还原过程中或在需要高温热量的过程中燃烧煤炭的替代方案。然而，这个行业需要一种低成本的加热解决方案，这一点对绿色氢来说是一项挑战。

绿色氢与燃料电池结合，在可再生电力的长期存储方面具有良好的潜力。燃料电池可以作为可逆的存储解决方案，在需要的时候将绿色氢转化为电力。

燃料电池技术具有高效率，并且已经商用化。然而，与燃烧涡轮机相比，燃料电池的能量密度较低。它们对60兆瓦的小型发电厂有效；对于更高规模，燃料电池技术还需要改进以提高成本效益。

总结

综上所述，从化石燃料转向可再生能源是减少排放的最有效方式。在不能直接使用可再生能源发电的部门，绿色氢可能会成为一个有效的解决方案。