干货：氢能源知识

我们带来一个关于氢能源知识的分享，什么是绿色氢能源？它是如何制造的，它会成为未来的燃料吗？

氢气是一种大自然届很丰富、廉价且可以清洁燃烧的气体，长期以来一直被描述为未来的燃料。 然而，由于氢的一些缺点，导致 这种未来一直未能实现： 运输困难，会使金属变脆，爆炸性是汽油的20倍等等。

但近年来，“绿色氢”——不用化石燃料制造的氢——已被确定为可以帮助世界实现净零排放的清洁能源。

“绿色氢”是使用风能或太阳能等可再生能源生产的纯氢

数十亿美元的投资资金和纳税人的支持流入该行业，使得这类生产公司的股价飙升。 近几个月来，由于 零排放汽车的普及、许多国家 设定的到 2050 年实 现无碳排放的最后期限以及美国总统乔·拜登对清洁能源的支持，这一趋势在最近几个月加速。 欧盟计划扩大可再生氢项目，到 2050 年累计投资 4700 亿欧元（7400 亿美元 ）。

11 月，西澳大利亚矿业巨头 Andrew Forrest 宣布计划投资数十亿美元用于绿色氢，以发展他的新能源业务。 在周五ABC Boyer 的第一场讲座中，他重点介绍了澳大利亚生产“绿色钢铁”的潜力，这种钢铁使用绿色氢代替化石燃料为铁矿石高炉提供动力。 他在演讲中说： “如果我们做对了，对澳大利亚经济的直接和倍增影响无异于国家建设。 ”

那么什么是绿氢呢？如何使用？炒作是不是很热？

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是什么让绿色氢“绿色”？

氢是宇宙中最丰富的元素，但在地球上，它在自然界中看起来并不纯净，需要能量才能分离。 最常见的技术是从水中提取氢气，即两份氢气和一份氧气（因此是 H2O）。 这样做相当简单。 您 可以使用热和化学反应从化石燃料等有机材料中释放氢。

但这是非常污染的。全球氢气生产造成的二氧化碳排放量相当于英国和印度尼西亚的总和。（氢气主要用于炼油工业和生产氨肥。）

有一种更清洁的方式来获取氢气：通过一罐水的强电流将分子分裂成两个组成元素。这称为电解。 氢原子形成氢分子（H2），氧分子也配对。 然后每个都可以装瓶（稍后会详细介绍）。 如果电力是由太阳能或风能等可再生能源产生的，那么以这种方式生产氢气不会排放温室气体。

这就是我们如何得到所有不同色调的氢：

• 棕色氢气是使用煤炭生产的，其排放物会释放到空气中
• 灰氢由天然气产生，其中相关的排放物被释放到空气中
• 蓝色氢气是由天然气生产的，其中的排放物是通过碳捕获和储存来捕获的
• 绿色氢是由可再生电力驱动的电解产生的。

“蓝色”和“绿色”氢气的生产过程比较。

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造价贵，但越来越便宜

传统氢气和蓝色氢气的成本约为每公斤 2 美元（尽管价格因产地而异），而绿色氢气的价格大约是其两倍。 然而，随着可再生能源价格和制造用于电解的设备（称为电解槽）的成本降低，该价格正在急剧下降。

澳大利亚国立大学去年的一份报告估计，到本世纪末，澳大利亚目前的绿色氢气产量约为每公斤 3.18-3.80 美元，每公斤 2 美元。 专家说，以这个价格，它将与化石燃料相比具有成本竞争力。

菲奥娜·贝克（Fiona Beck）是澳大利亚国立大学的物理学家，也是氢燃料项目亚太研究计划零碳能源的召集人，她表示，生产廉价的绿色氢没有“技术障碍”。

“这一切都是可行的，”她说。

能源经济与金融分析研究所 (IEFA) 的能源市场分析师蒂姆·巴克利 (Tim Buckley) 预测，未来十年，在拥有廉价可再生能源的国家，绿色氢的价格将下降 70%。

“绿色氢几乎不可避免地会发挥作用，而绿色能源几乎是免费的，”他说。

“像印度的拉贾斯坦邦或澳大利亚的皮尔巴拉这样的地方。”

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如何使用绿色氢气？

氢气可以广泛地以两种方式使用。它可以燃烧产生热量或送入燃料电池发电。 一份 2018 年 CSIRO  的报告 概述了氢的几种潜在应用：

• 燃料电池氢电动汽车和卡车
• 由氢气制成的液氨驱动的集装箱船
• “绿色钢铁”炼油厂燃烧氢气而不是煤炭作为热源
• 氢动力涡轮机，可以在需求高峰期发电，以帮助巩固电网
• 作为天然气的替代品，用于家庭烹饪和取暖。

该报告预见到澳大利亚将有机会向无法获得廉价可再生能源的能源饥渴国家出口氢气。 据估计，到 2030 年，中国、日本、韩国和新加坡对进口氢气的潜在需求可能达到 95 亿美元。 根据投资管理公司高盛（Goldman Sachs）的数据，到 2050 年，绿色氢能满足全球高达 25% 的能源需求，并成为一个价值 10 万亿美元（13 万亿美元）的市场。

但在所有这些炒作中，氢的未来还不确定。

要成为主要的出口商品，需要克服储存和运输氢气的问题。

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一些重要的警告

像任何气体一样，氢气可以被压缩并储存在罐中，然后根据需要使用。然而，氢气的体积远大于其他碳氢化合物；例如，几乎是天然气的四倍。 它的储存需要压缩到正常大气压的 700 倍或冷藏到负 253 摄氏度，这几乎是绝对零。 据估计，这样做的成本可能会增加 每公斤 60 美分到 7 美元不等 ，使其与其他燃料的竞争力降低。

除了存储成本之外，还有管道问题。

贝克博士说，压力下的氢原子小到足以滑过固体钢，这意味着天然气管道通常不能轻易转换为泵送氢气。 为天然气设置的设备，如炉灶和加热器，也需要更换或改装以处理氢气。

她说，鉴于这种情况，在许多情况下，简单地使用电力可能会更容易。

“然而，有些东西你可能无法直接通电，或者有些地方你可能无法产生可再生能源，”她说。

“在这些地方，拥有液体燃料是一件非常有用的事情。

运输问题的一种解决方案是将氢转化为氨（其中三个氢原子与氮结合生成 NH3）。

与氢气不同，氨可以在压力下相对便宜地储存，也可以在 -33C 和正常大气压下以液体形式冷藏。 对于许多应用来说，一旦氨到达目的地，就必须将氨转化回氢气。

每次转化——从水到氢气再到氨再回到氢气——能量都会损失。

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电动汽车“赢得”运输：专家

科廷大学可持续发展学教授彼得纽曼说，由于这些缺点，在大多数情况下，氢将难以与电力竞争。

“创建一个全新的氢电网需要几十年的时间，当我们已经有了一个比 2020 年代汽油和柴油更便宜的选择时，为什么还要麻烦呢？” 他说。

他预测氢将发挥更利基的作用，并用于区域和农村地区的工业。 他说，由锂离子电池驱动的电动汽车已经“赢得”了交通运输之战。

“他们显然是更好的选择。我们只需要推出它。”

来自 IEFA 的蒂姆·巴克利 (Tim Buckley) 同样预测，绿色氢的作用将是使无法电气化的行业和应用脱碳。

他说，随着可再生能源和电池成本的下降，不能电气化的清单正在稳步减少。

“我一直在关注的是特斯拉的股价，”他说。

“这就是金融市场在说‘谁在乎氢燃料电池运输？’ 电动汽车已经赢得了比赛。”

特斯拉生产电动汽车以及用于电网的大型电池，其股票市值在过去一年中上涨了七倍。

澳大利亚研究所气候和能源项目主任 Richie Merzian 表示，转换电器和升级天然气网络的成本意味着大多数家庭可能看不到氢气。

如果是这样的话，氢的未来可能会出现在钢铁厂等高温工业过程中，或者用于制造肥料等氨密集型产品。

“那里有很多潜力，这令人兴奋，”他说。

“我们很可能会看到制造设施就在氢设施附近。