氫有可能成為未來清潔能源系統(tǒng)中的重要能源載體，補(bǔ)充電力，但如果要發(fā)揮這一作用，它必須首先克服強(qiáng)大的技術(shù)障礙。

“根據(jù)國際能源署（IEA）最近的一份報告，氫氣從未像國際能源署最近報告的那樣，在電池和可再生能源等其他低碳能源技術(shù)方面取得了令人印象深刻的進(jìn)展，因此從未享受到如此多的國際和跨行業(yè)利益。

在20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)，20世紀(jì)90年代的氣候問題以及對2000年代石油峰值的擔(dān)憂之后，政策制定者對氫氣產(chǎn)生了濃厚的興趣- 只有當(dāng)油價下跌并且環(huán)境政策轉(zhuǎn)向其他更多的時候才會再次關(guān)注有前景的技術(shù)

但根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的說法，這次可能會有所不同，因為氫可能是實現(xiàn)政策制定者根據(jù)氣候協(xié)議制定的深度脫碳目標(biāo)所需的工具包的重要組成部分。

一些政府宣布，到本世紀(jì)中葉將凈排放量減少到接近零的計劃已經(jīng)成為人們關(guān)注電力不是首選能源載體并且排放難以減少的行業(yè)。

這些行業(yè)包括航空，航運(yùn)，鋼鐵生產(chǎn)，化學(xué)品制造，高溫工業(yè)熱，長途公路運(yùn)輸和建筑物供熱。

計劃中的雙重過渡（將交付的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Γ⑹拱l(fā)電脫碳）可能在這些地區(qū)不起作用。

根據(jù)IEA（“氫的未來：抓住今天的機(jī)遇”，IEA，2019年6月），氫可能是這些應(yīng)用中至少一些應(yīng)用中更好的能量載體。

氫可以帶來其他好處，包括解決空氣污染和促進(jìn)清潔能源轉(zhuǎn)型，同時減少對與化石燃料密切相關(guān)的工人和社區(qū)的干擾。

如果與氫捕獲，利用和儲存技術(shù)相結(jié)合，氫系統(tǒng)可以保護(hù)石油，天然氣和煤炭工業(yè)中至少一些生產(chǎn)，運(yùn)輸和就業(yè)的未來作用。

生產(chǎn)

全球純氫產(chǎn)量約為每年7000萬噸，另外還有4500萬噸氫氣作為混合氣體的一部分生產(chǎn)。

純氫主要用于煉油和氨的生產(chǎn)，主要用于肥料，而混合氣體用于甲醇和鋼鐵生產(chǎn)。純氫尚未普遍用作燃料。

氫可以通過電解直接從水中產(chǎn)生，但是目前使用的幾乎所有氫都是由蒸汽甲烷重整或煤氣化產(chǎn)生的。

電解是將太陽能，風(fēng)能和其他可再生能源的過剩電力轉(zhuǎn)化為零排放的氫氣的理想途徑。

相比之下，蒸汽甲烷重整和煤氣化都是能量密集型過程，這會產(chǎn)生大量的二氧化碳（CO2）。

純氫產(chǎn)量目前占全球天然氣使用量的6％，占全球煤炭使用量的2％。

生產(chǎn)每年約有8.3億噸二氧化碳排放量，相當(dāng)于印度尼西亞和英國的總排放量。

清潔能源

在未來的清潔能源系統(tǒng)中，氫和電可以是互補(bǔ)的能量載體，因為電可以很容易地轉(zhuǎn)化為氫并再次返回。

因此，氫可以通過提供隨時間儲存能量并長距離運(yùn)輸?shù)姆椒▉韼椭鉀Q間歇性可再生發(fā)電的問題。

“由于氫氣可以儲存和用于各個領(lǐng)域，將電能轉(zhuǎn)化為氫能有助于在時間和地理上匹配可變能源供需，”IEA寫道。

“如果沒有氫氣，基于電力的脫碳能源系統(tǒng)將更加基于流動?；诹鲃拥哪茉聪到y(tǒng)必須實時，遠(yuǎn)距離匹配需求和供應(yīng)，并且容易受到供應(yīng)中斷的影響。”

由于許多不同的利益集團(tuán)有這么多的潛在利益，難怪氫氣已經(jīng)吸引了廣泛的聯(lián)盟的支持。

政治使氫成為其他反對利益集團(tuán)之間的完美橋梁，包括化石燃料生產(chǎn)商和可再生能源產(chǎn)業(yè)，環(huán)?；顒蛹液褪洼敵鰢?/p>

但是，如果氫能夠?qū)崿F(xiàn)這一潛力，就需要克服生產(chǎn)，分配和儲存方面的嚴(yán)峻技術(shù)問題。

挑戰(zhàn)

氫是一種豐富但非常活潑的元素，在自然界中不具有化學(xué)游離性，并且通常與氧或碳原子結(jié)合。

“要從天然化合物中獲取氫，需要能量消耗，”弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)化學(xué)工程教授，2009年發(fā)表的一項主要研究的編輯Ram Gupta寫道。

因此，必須將氫氣視為能量載體 -儲存和傳輸來自能源的能源

氫分子小，重，與其他元素高度反應(yīng)，非常易燃，燃燒更熱火焰比天然氣（甲烷）。

安全問題需要特別小心地處理，因為氫氣容易泄漏并且很容易被點燃以產(chǎn)生爆炸 - 盡管它也比空氣密度低，因此可以快速擴(kuò)散，這有助于降低爆炸風(fēng)險。

氫的反應(yīng)性帶來了更大的挑戰(zhàn)，因為它會滲透鋼，導(dǎo)致氫致裂紋和氫脆，這兩種情況都會導(dǎo)致管道失效，除非使用昂貴的特種鋼。

然而，與傳統(tǒng)燃料（如天然氣或汽油）相比，最大的挑戰(zhàn)與氫的能量密度非常低有關(guān)。

按質(zhì)量計，氫氣具有任何燃料的最高能量含量。以重量計，一公斤氫氣的能量幾乎是一公斤汽油的三倍。

但就量而言，氫氣比其他燃料含有更少的能量。如果氫氣作為氣體儲存，則需要一個約為汽油罐體積3000倍的儲罐，以容納相同的能量。

因此，使用純氫僅在壓縮或甚至液化以增加其能量密度時才是實用的。

但即使在最高能量密度的液體形式中，立方米的氫氣僅含有四分之一的能量作為立方米的汽油。

壓縮或液化比天然氣昂貴得多，并且需要消耗更多的能量。

因此，低能量密度是在運(yùn)輸系統(tǒng)甚至一些固定應(yīng)用中利用氫的主要障礙。

根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，僅有11,000輛氫動力汽車在路上行駛，還有2萬輛倉庫使用的叉車，加油更加簡單。

CO2定價

生產(chǎn)氫氣 - 電解和氣化/蒸汽甲烷重整的雙重途徑是氫氣吸引各種各樣的利益集團(tuán)和政府的主要原因。

國際能源署提出了幾種實用的方法，可以在政府的支持下擴(kuò)大氫氣的使用范圍，包括將低濃度的氫氣混合到現(xiàn)有的天然氣管道中。

但是，除非蒸汽甲烷重整和煤氣化產(chǎn)生的氫氣與碳捕獲和儲存技術(shù)相結(jié)合，否則它將增加而不是減少溫室氣體排放。

因此，氫燃料系統(tǒng)是大規(guī)模碳捕獲，利用和存儲技術(shù)未來可行性的賭博。

目前，鑒于該過程中的巨大能源成本，碳捕獲和儲存可能在沒有顯著的二氧化碳排放價格的情況下仍然不可行。

因此，未來氫能經(jīng)濟(jì)的最大障礙不是天然氣儲存和分配工程，而是排放定價政策。

如果可以解決政治排放定價問題，氫氣是通往更清潔能源系統(tǒng)的一條可能途徑 - 盡管它必須與其他可能更便宜和更便利的技術(shù)競爭。

如果排放定價問題仍未得到解決，氫氣可能仍然過于昂貴而無法廣泛使用。

以上是路透社市場分析師約翰?肯普（John Kemp）的社論評論。表達(dá)的觀點是他自己的觀點。

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