能源的未来

氢能光谱:各种颜色的氢都是什么意思?

绿氢的电解过程由风能等可再生能源驱动。 Image: Unsplash/Karsten Würth

Leah Garden
Climate Tech Reporter, GreenBiz Group
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不同类型的氢气用不同颜色来表示,但这些颜色具体代表什么含义?绿氢是利用可再生能源驱动的电解法制造的,所以几乎不产生碳排放。灰氢是碳排放最多的氢气类型,是通过天然气或煤生产的。欧盟和美国都出台了鼓励使用绿氢的政策。

氢气经常被宣称为难减排行业的可再生能源生命线,这些行业包括混凝土和钢铁制造、航空和航运业等。但是,当提到氢气时,我们所指的到底是蓝氢、绿氢还是灰氢或粉氢?这些颜色的氢气哪些可以贴上“清洁能源”的标签?让我们逐个分析这些不同的概念。

灰氢、蓝氢和绿氢,哪个最清洁?

在深入了解这些类型的氢气之前,我们先要厘清两件事:氢气目前的应用途径以及“清洁”氢气的真正含义。首先,氢气最常用于石油精炼和化肥生产,而运输和水电设施行业也是氢气的新兴市场。

其次,对于清洁氢气,个人认为最好的定义来自落基山研究所(RMI):“只有当氢气的生产、储存、分配和使用过程中的碳排放较低或为零时,氢气才是‘清洁’的。”这是因为并不是所有的氢气都是用同样的方式生产的。

目前碳排放最多的氢气产品是灰氢。灰氢是通过能源密集型工艺,用天然气或煤为原料生产的。在美国,灰氢也是迄今为止氢气这种燃料最常见的形式,占其国内使用量的95%。在全球范围内,氢气生产占总碳排放量的约2%。因此总的来说,灰氢并不是我们需要的绿色替代能源。

现在我们看看光谱中更有美感的颜色,即蓝氢。蓝氢与灰氢没有什么太大的不同,因为两者都是用化石燃料生产的。但其区别在于,蓝氢生产过程中所有的二氧化碳副产品都被捕获和储存。

目前,发展蓝氢是部分(绝非全部)可再生能源倡导者和化石燃料支持者的共同立场。2022年,蓝氢的全球市场价值为188亿美元,并预计在未来8年内还会持续增长。使用天然气生产蓝氢是对埃克森美孚这样的公司做出的让步,他们计划使用蓝氢来帮助重工业脱碳。同时,由于二氧化碳被捕获和储存,与制造氢气有关的排放就能被消除,前提是其中的碳捕获方法能做到100%的有效性。

蓝氢是污染和清洁能源之间的过渡产品,而最清洁的氢能则是绿氢。仅仅提到“绿氢”这两个字,你就应该能想象到耳边传来地球天使大合唱,想象盖亚母亲从她郁郁葱葱、长满树木的茧中走出来,给这个星球带来光明与和平。回到严肃话题,绿氢是通过电解法生产的氢能,即将水分裂成独立的氢和氧分子,并且是通过电解器的电流来分裂化学成分。

绿氢优于蓝氢和灰氢,主要原因是因为它使用的是可再生能源来催化电解。只要输入的能源是可再生的,绿色氢气的生产和后续使用几乎都是无碳排放的。2022年,绿色氢气的产量比2021年增长了44%,预计到2030年市场价值将达到606亿美元。绿氢在交通部门的使用量最多,在2021年占全球绿色氢气销售量的40%左右。

最后,我们来看一下粉氢。粉氢是一种相对不成熟的品种,其生产是通过核裂变来为电解提供动力。粉氢生产系统仍在初步成型阶段,但UniperFortum旗下的瑞典知名核电厂OKG已在一年前就宣布打算将粉氢出售给工业气体公司Linde。实际上,自20世纪90年代初以来,OKG就一直在生产红氢,用作核反应堆的一种冷却剂。这一具体案例可以作为绿色转型中基础设施再利用的范本。

搭建氢能舞台

欧盟正在为推广氢能付出具体行动。2月13日,欧盟发布了一套备受期待的规则,为成员国确定了可再生氢气在欧盟境内的定义。乌克兰战争严重影响了欧盟的石油和天然气进口,迫使其快速开发可独立生产的可再生能源。绿氢有望解决这一多重困境。但是,由于绿氢电解需要可再生能源(风能、太阳能、水能)驱动,许多人担心生产绿氢会占用当地电网中的所有清洁能源。

欧盟决定绕过这个问题,规定绿氢只能由现场新建的可再生能源发电设备驱动的电解器生产。这意味着每个绿氢工厂都需要有自己的现场风力或太阳能发电站。如果由于某种原因,绿氢工厂必须连接到电网,那么它将不得不签署一份支持当地可再生能源生产的电力购买协议。另外,由于法国积极游说希望将核电站列为可再生能源,这些新法规也有望推动粉氢的应用。

在美国,《通胀削减法案》的实施预计将使绿氢和蓝氢的生产出现指数级增长。国际清洁交通委员会估计,该法案“可以将绿氢的生产成本降低近一半,在2023年开始的项目中,成本可能降至每公斤氢气近3美元”。

市场趋势表明这一估计是准确的。GlobalData的能源分析师Andres Angulo解释说:“截至2023年1月,美国90%的新建氢气项目是绿氢,这反映了......参与更大规模的绿色项目的EPC(工程设计、采购和施工)承包商的数量”。

当今能源界用一个旋转的彩虹轮就能代表氢气这一重要能源的各种形式。务必留意轮子最终会停在哪种颜色上。

本文作者:

Leah Garden,GreenBiz气候技术记者

本文与GreenBiz合作发布,原载于世界经济论坛Agenda博客,转载请注明来源并附上本文链接。

翻译:左佳鹭

编辑:江颂贤

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