以下是路透社(Reuters)市場(chǎng)分析師約翰•坎普(JohnKemp)發(fā)表的一篇社論。所表達(dá)的僅代表其個(gè)人觀點(diǎn)。

氫有潛力成為未來(lái)清潔能源系統(tǒng)的重要能源載體，與電力互補(bǔ)，但要想發(fā)揮這一作用，它首先必須克服巨大的技術(shù)障礙。

根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)最近的一份報(bào)告，即使在電池和可再生能源等其他低碳能源技術(shù)最近取得令人矚目進(jìn)展的情況下，氫也從未像現(xiàn)在這樣受到如此多的關(guān)注。

在上世紀(jì)70年代的石油危機(jī)、90年代的氣候擔(dān)憂以及本世紀(jì)頭十年對(duì)石油峰值的擔(dān)憂之后，政策制定者曾對(duì)氫產(chǎn)生過(guò)興趣，但隨著油價(jià)下跌和環(huán)境政策轉(zhuǎn)向其它更有前景的技術(shù)，這種興趣再次消退。

但國(guó)際能源署表示，這次情況可能有所不同，因?yàn)闅淇赡苁菍?shí)現(xiàn)政策制定者根據(jù)氣候協(xié)議設(shè)定的深度脫碳目標(biāo)所必需的工具包的重要組成部分。

長(zhǎng)途運(yùn)輸難以依靠電力來(lái)脫碳

一些國(guó)家政府宣布的到本世紀(jì)中葉將凈排放量降至近零的計(jì)劃，已將重點(diǎn)放在那些不以電力為首選能源載體、排放難以減少的行業(yè)。

這些行業(yè)包括航空、海運(yùn)、鋼鐵生產(chǎn)、化工制造、高溫工業(yè)供熱、長(zhǎng)途公路運(yùn)輸和建筑供熱。

計(jì)劃中的雙重轉(zhuǎn)型(將已交付的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電力，以及脫碳發(fā)電)可能在這些領(lǐng)域行不通。

根據(jù)國(guó)際能源署的報(bào)告(IEA，2019年6月，《氫的未來(lái)：抓住今天的機(jī)遇》)，至少在這些應(yīng)用中，氫可能是更好的能源載體。

氫還有其他好處，包括解決空氣污染，促進(jìn)清潔能源轉(zhuǎn)型，同時(shí)減少對(duì)與化石燃料密切相關(guān)的工人和社區(qū)的破壞。

如果氫系統(tǒng)與碳捕獲、利用和儲(chǔ)存技術(shù)相結(jié)合，那么它至少可以為石油、天然氣和煤炭行業(yè)的某些生產(chǎn)、運(yùn)輸和就業(yè)在未來(lái)保留一些作用。全球純氫的年產(chǎn)量約為7000萬(wàn)噸，另外還有4500萬(wàn)噸氫是混合氣體的一部分。

純氫一般用于煉油和氨的生產(chǎn)，主要用于化肥。混合氣體主要用于甲醇和鋼鐵生產(chǎn)。純氫還沒(méi)有被普遍用作燃料。

氫可以通過(guò)電解直接從水中產(chǎn)生，但目前使用的幾乎所有的氫都是通過(guò)蒸汽甲烷重整或煤炭氣化產(chǎn)生的。

電解是將來(lái)自太陽(yáng)能、風(fēng)能和其他可再生能源的多余電力轉(zhuǎn)化為零排放氫的完美途徑。

相比之下，蒸汽甲烷重整和煤炭氣化都是能源密集型過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳(CO₂)。

純氫生產(chǎn)目前占全球天然氣使用量的6%和煤炭使用量的2%，后者主要在中國(guó)。

氫的生產(chǎn)每年約排放8.3億噸二氧化碳，相當(dāng)于印度尼西亞和英國(guó)的總排放量。在未來(lái)的清潔能源系統(tǒng)中，氫和電可以成為互補(bǔ)的能源載體，因?yàn)殡娍梢院苋菀椎剞D(zhuǎn)化為氫，然后再轉(zhuǎn)化回來(lái)。

因此，氫可以通過(guò)提供一種長(zhǎng)期儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離運(yùn)輸能源的方法，幫助解決間歇性可再生發(fā)電的問(wèn)題。

國(guó)際能源署在報(bào)告中寫道，由于氫可以儲(chǔ)存和在多個(gè)領(lǐng)域使用，將電力轉(zhuǎn)化為氫有助于實(shí)現(xiàn)能源供需的匹配，無(wú)論是在時(shí)間上還是在地理上。

沒(méi)有氫，能源系統(tǒng)更容易中斷

沒(méi)有氫，一個(gè)以電力為基礎(chǔ)的脫碳能源系統(tǒng)將更加以流量為基礎(chǔ)。基于流量的能源系統(tǒng)必須將需求和供應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)距離的匹配，并且容易受到供應(yīng)中斷的影響。

氫燃料對(duì)眾多不同的利益集團(tuán)都有潛在的好處，因此得到廣泛的支持也就不足為奇了。

政治使得氫成為了包括化石燃料生產(chǎn)商、可再生能源產(chǎn)業(yè)、環(huán)保人士和石油出口國(guó)在內(nèi)的各個(gè)利益沖突集團(tuán)之間的完美橋梁。

但是，如果氫要發(fā)揮這種潛力，就需要克服圍繞生產(chǎn)、分銷和儲(chǔ)存等眾多棘手的技術(shù)問(wèn)題。

氫是一種儲(chǔ)量豐富但活性很強(qiáng)的元素，在自然界中幾乎沒(méi)有獨(dú)立存在的氫，它們通常與氧或碳原子結(jié)合在一起。

弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)(VirginiaCommonwealthUniversity)化學(xué)工程學(xué)教授、2009年發(fā)表的一項(xiàng)主要研究報(bào)告的編輯古普塔(RamGupta)寫道，要從天然化合物中獲得氫，需要消耗能源。

因此，必須將氫視為一種能源載體——一種儲(chǔ)存和傳輸來(lái)自能源的能量的手段(氫燃料：生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存，Gupta，2009)。

氫分子體積小、重量輕，與其他元素反應(yīng)強(qiáng)烈，極易燃燒，燃燒時(shí)產(chǎn)生的火焰比天然氣(甲烷)還要高。

安全處理需要非常小心，因?yàn)闅錃夂苋菀仔孤液苋菀c(diǎn)燃產(chǎn)生爆炸——盡管氫氣的密度比空氣小，所以擴(kuò)散速度快，這有助于降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

氫的反應(yīng)性是一個(gè)更大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼘⒋┩镐?mdash;—造成氫致開(kāi)裂和氫脆，這兩種都可以導(dǎo)致管道故障，除非使用昂貴的特種鋼。

然而，與天然氣或汽油等傳統(tǒng)燃料相比，氫的能量密度非常低，這是最大的挑戰(zhàn)。

按質(zhì)量計(jì)算，氫是所有燃料中能量含量最高的。按重量計(jì)算，一千克氫的能量幾乎是一千克汽油的三倍。

但是從體積上看，氫比其他燃料含有的能量要少得多。如果氫是以氣體的形式儲(chǔ)存的，那么它需要一個(gè)容量是汽油容量3000倍的油箱來(lái)儲(chǔ)存同樣的能量。

因此，只有在壓縮甚至液化純氫以增加其能量密度時(shí)，使用純氫才是可行的。

但即使是在能量密度最高的液體形式下，每立方米氫的能量也只有每立方米汽油的四分之一左右。

壓縮或液化氫比壓縮天然氣貴得多，而且消耗的能源要多得多。

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

國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)顯示，目前僅有1.1萬(wàn)輛氫動(dòng)力汽車上路，另有2萬(wàn)輛叉車在倉(cāng)庫(kù)里使用，在倉(cāng)庫(kù)里加氫更為簡(jiǎn)單。

生產(chǎn)氫的雙重途徑——電解和氣化/蒸汽甲烷重整——是氫吸引如此廣泛的利益集團(tuán)和政府關(guān)注的主要原因。

國(guó)際能源署提出了幾種切實(shí)可行的方法，可以在政府的支持下擴(kuò)大氫的使用，包括將低濃度的氫混合到現(xiàn)有的天然氣管道中。

將氫混合到現(xiàn)有的天然氣中，也許是一種有效途徑

但是，除非蒸汽甲烷重整和煤炭氣化制氫可以與碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)相結(jié)合，否則將增加而不是減少溫室氣體排放。

因此，氫燃料系統(tǒng)是對(duì)未來(lái)碳捕獲、利用和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)可行性的一場(chǎng)賭博。

目前，如果不為二氧化碳排放支付高昂的價(jià)格，碳捕獲和封存很可能仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@一過(guò)程的能源成本巨大。

因此，未來(lái)氫經(jīng)濟(jì)的最大障礙不是氫氣的儲(chǔ)存和分配工程本身，而是碳排放定價(jià)的政策。

如果政策上的排放定價(jià)問(wèn)題能夠得到解決，那么氫燃料將是通往更清潔能源系統(tǒng)的一條可能途徑——盡管它將不得不與其他可能更便宜、更方便的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。

如果碳排放定價(jià)問(wèn)題得不到解決，氫的價(jià)格可能仍然過(guò)高，導(dǎo)致無(wú)法更廣泛的使用。

（原文來(lái)自：Autoblog中國(guó)新能源網(wǎng)綜合）