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氢能将成为新的“石油”吗?

  东京奥运会官方交通工具是使用氢燃料电池的丰田Mirai汽车。东京都知事2016年曾表示,“1964年的东京奥运会留下了新干线高速铁路系统,2021年的东京奥运会将留下一个氢能社会” 。2019年,日本川崎重工推出世界上第一艘设计用于运载液化氢的船舶Suiso Frontier,旨在利用澳大利亚的氢能。

  此外,日本拥有世界上最大的加氢站网络,正计划在炼钢等重工业领域用氢能取代化石燃料。其在氢燃料进口方面也处于领先地位。

  韩国也有类似计划,3月,汽车制造商现代、SK集团和其他企业宣布了一个价值380亿美元的项目,旨在未来10年发展以氢能为基础的经济。

  氢能的广泛使用如果真的发生,将是一个漫长的过程。早在1807年,第一台氢动力发动机就开始工作了。19世纪60年代,人们就提议通过电解水制氢来取代煤炭。但煤炭和石油总是比较便宜的。1937年,一艘充满氢气的船舶发生爆炸,人们因此认为这种燃料不安全。

  有人说,全球氢经济可以从碳排放危机中拯救气候。氢气可以为卡车、轮船和飞机提供动力,还可以用来生产水泥、钢铁和化肥等产品。韩国现代公司燃料电池部门负责人金世勋去年表示,“过去我们的技术和行业都是关于开采石油、输送石油和使用石油的;现在和未来,我们的技术和行业将是关于收集阳光、传送阳光和利用阳光的,氢能将使之成为可能”。

  也有人持怀疑态度。阿伯丁大学化学工程师汤姆·巴克斯特表示,“氢能只会成为一种基本能源,以目前的技术,其在400摄氏度以上的工业过程中具有优势。但在其他方面,绿氢通常会输给电力,绿氢永远不会比制造它所需的绿色电力便宜”。

灰氢、绿氢还是蓝氢?

  氢气很少直接作为燃料用于燃烧。相反,它作为能源的载体,在有廉价能源可供制造的地方制造,并运到有需要的地方。

  过去两年,电动汽车已悄悄领先于氢燃料汽车,通用汽车等公司承诺,15年内只生产电动汽车。他们有政府的支持,在充电网络投入巨资。但对于长途运输和航空等其他需要大量化石燃料的运输系统来说,氢能或将是降低碳排放的关键。

  每吨氢气的能量比其他化石燃料都多,而且不需要电池。但是制造它需要大量电力,所以它的气候友好性只与生产它所使用的能源一样。因此,才有了灰氢、蓝氢和绿氢的区分。

  灰氢目前最便宜,是工业用途的主要类型。中国生产的氢气占世界的1/3,主要来自褐煤。俄罗斯正制订计划利用丰富的天然气储备生产蓝氢。为了成为一种可行的气候友好型化石燃料替代品,制造商必须捕集生产过程中产生的二氧化碳,并将其封存。但碳捕集与封存(CCS)仍是一项正在探索中的技术。

  巴克斯特表示,化石燃料公司在推动氢气作为电力的替代品,从汽车燃料到家庭供暖。如bp正考虑在蒂赛德建蓝氢工厂。

  在长期计划中,一旦汽油和柴油需求开始减少,石油公司便将氢气视为潜在的收入来源,但他们转向替代燃料的步伐缓慢。bp将在3年内对蒂赛德蓝氢工厂做出最终投资决定,预计2027年前不会开始建设。

  美国空气产品公司首席执行官塞菲·加西米表示,“目前,化石燃料比氢气更便宜,也更容易获得。这在一定程度上是由于全球范围内高达4000亿美元的巨额政府补贴。如果取消这些补贴,氢气等替代燃料将更可能被广泛采用”。

  如果世界真的要发展氢经济,真正的动力将是大规模生产绿氢。一些国家已将自己视为潜在的氢能“沙特”,利用廉价的可再生能源大规模生产氢燃料。其中包括加拿大和冰岛,这两个国家都拥有丰富的水电产能,可以帮助氢气生产。此外,摩洛哥正在撒哈拉沙漠迅速发展太阳能,并制订了氢气生产计划。

  沙特也有自己的计划。其最近宣布,将与美国空气产品公司一起在红海沿岸建一个50亿美元的绿氢工厂。一大片太阳能电池板和风力涡轮机最终将覆盖一片比利时大小的沙漠,为世界上最大的氢气工厂提供动力,生产将于2025年开始。该项目将是Neom生态城计划的一部分。除了供应生态城市,氢气还将出口,有朝一日在全球市场上,沙特的氢气将取代沙特的石油。

  沙特邻国阿曼有更大的计划,将投资300亿美元在阿拉伯海沿岸建氢气工厂,同时出口绿氢和绿氨。

  澳大利亚也有雄心勃勃的计划,要建5个巨大的氢中心。去年,澳大利亚的公司表示,将把一块面积超过西澳大利亚州卢森堡两倍的沙漠变成绿氢生产基地,将拥有1000万块太阳能电池板和1500台风力涡轮机。但该项目在6月被否决后,目前处于搁置状态,可能最终会继续进行。此外,在新南威尔士州的一个煤矿地区还有另一个建氢中心的计划,在维多利亚州的拉特伯谷还有使用褐煤的灰氢计划,所有这些都旨在向日本和亚洲其他地区出口氢气。

  谁将创造天空中的特斯拉?世界第二大飞机制造商空客公司去年公布了3种不同的零排放概念氢飞机计划,并称这些飞机将在2035年投用。与此同时,加利福尼亚州初创企业ZeroAvia已有一架使用氢燃料的6座实验飞机。去年,它在英国克兰菲尔德机场首次起飞;今年4月,其在一片田野里坠毁。不可否认,该公司可能成为天空中的特斯拉。瑞士工程研究中心保罗·谢勒研究所的克里斯蒂安·鲍尔表示,“如果没有氢气,要大幅减少碳排放几乎不可能。未来10年,我们将看到氢能产业取得实质性进展”。

  潜在供应商和主要市场之间的其他交易也在激增。丹麦沃旭能源公司已与马士基集团(世界最大航运公司)和斯堪的纳维亚航空公司签署一项协议,2023年起,利用海上风电为哥本哈根的公共汽车和卡车生产绿氢,随后将为船舶和飞机生产绿氢。

  这一切会发生吗?持怀疑态度的人表示,建立制造、运输氢气的全球供应链过于笨重和低效,尤其是在基础设施必须从零开始建设的情况下。根据统计,约2/3的能量会在这一过程中流失。保罗·谢勒研究所的罗曼·萨基表示,“能量损失将发生在供应端、氢燃料生产过程和需求端,但氢燃料可用于长途货运,而目前大型卡车需配备几吨重的电池才能行驶100多公里”。

  波茨坦气候影响研究所的法尔科·乌克特表示,氢气的可用性不确定,无法广泛取代化石燃料,如用于汽车或房屋取暖。相反,世界应优先考虑其作为低碳能源不可或缺的应用,如可以消除最难的10%碳排放。

  他也警告称,建筑供暖等领域对氢气的需求不断上升,可能给廉价的蓝氢带来优势,并造成“化石燃料锁定”,危及气候目标的实现。以氢气为基础的燃料作为普遍的气候解决方案可能是错误的承诺。乌克尔特表示,“虽然它们用途广泛,但不能指望氢能广泛取代化石燃料”。

  ABB瑞士公司研究员布拉德在关于氢经济的白皮书中指出,“氢经济只有在积极可行的情况下才能建立起来。否则,更好的解决方案将征服市场。几乎所有合成液态烃都有基础设施,而氢气则需要一个全新的分销网络”。氢燃料可能很稀缺,至少未来10年不会有竞争力。