灰色、蓝色、绿色——为何氢气有这么多种颜色?

green hydrogen can be produced and converted using renewable energy, like these wind farms
Producing more green hydrogen could play a vital role in reaching net zero by 2050.Image: Unsplash/Karsten Würth
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  • 氢气有许多“颜色”之分——每种颜色都指代其生产方式。

  • 绿氢是唯一以气候中性方式生产的品种。

  • 它可在全球努力实现2050年净零排放的过程中发挥至关重要的作用。

绿氢被誉为未来的清洁能源。但这种气体本身肉眼不可见——那么,为何在提及它时会使用如此多的彩色描述?

这一切都取决于其生产方式。氢气燃烧时仅排放水。但制取氢气的过程可能具有较高的碳强度。

因此,人们已开发出多种降低这一影响的方式,科学家也为不同类型的氢气赋予颜色,以便加以区分。

根据生产方法的不同,氢气可分为灰氢、蓝氢或绿氢,有时甚至还有粉红色、黄色或青绿色之分,尽管各国及不同时期的命名惯例可能有所不同。

但绿氢是唯一以气候中性方式生产的品种,这意味着它可以发挥至关重要的作用,在全球努力中致力于在2050年前实现净零排放。

绿氢如何在能源系统中生产、转化和使用。Image: 国际可再生能源署

氢是最丰富的元素

氢是宇宙中最简单、最丰富的元素。然而,在地球上,氢极少以气体形式存在,因此需要将其与其他元素分离。

白氢是一种天然存在的形式,偶尔可在地下发现,但提取它的可行方法很少,因此专家转而寻求人工制取。

氢气可由多种资源制取,包括化石燃料、核能、生物质和可再生能源。这可通过多种工艺实现。

所得气体可以燃烧,也可作为载体提供能源。而且,若使用可再生能源制取,它可以成为替代燃烧化石燃料的清洁选择。

氢是宇宙中最丰富的化学结构。Image: 国际可再生能源署

黑氢、棕氢和灰氢

灰氢是最常见的形式,由天然气或甲烷通过称为“蒸汽重整”的工艺制取。

该工艺产生的排放量仅略低于黑氢或棕氢,后两者在制氢过程中使用黑色(烟煤)或棕色(褐煤)煤炭。

黑氢或棕氢对环境的破坏最大,因为该过程中产生的二氧化碳和一氧化碳均未被回收。

蓝氢

当蒸汽重整产生的碳通过工业碳捕集与封存(CSS)被捕获并封存于地下时,该氢气即被称为蓝氢。

因此,蓝氢有时被称为碳中和,因为其排放物不会散布到大气中。

不过,有人认为“低碳”是更为准确的描述,原因在于所产生的碳中有10-20%无法被捕获。

灰色、蓝色、绿色及其他——氢气的多种颜色。Image: 国际可再生能源署

绿氢

绿氢(也称“清洁氢”)是利用过剩的可再生能源(如太阳能或风能)产生的清洁电力,通过称为电解的工艺将水分解为两个氢原子和一个氧原子而制得。

可再生能源并非全天候都能发电,而绿氢生产有助于利用高峰周期中产生的多余电力。

目前它约占整体氢气产量的0.1%,但随着可再生能源成本持续下降,这一比例预计将有所上升。

许多行业现在也认为绿氢是协调可再生能源间歇性的最佳方式——在需求低谷时储存多余能量,待需求上升时再回输电网——同时推动化工、工业和交通运输行业脱碳。

其他颜色的氢气

青绿色氢是通过称为甲烷热解的工艺制取氢元素的一种方式,该工艺会产生固态碳。

因此,无需碳捕集与封存,碳可用于其他用途,例如轮胎制造或用作土壤改良剂。

其生产目前仍处于实验阶段。

此外还有粉红氢。与绿氢相似,它也通过电解水制取,但电解所用能源来自核能而非可再生能源。

核反应堆产生的极高温度,还可用于其他形式的制氢,例如通过产生蒸汽以实现更高效的电解。

与此同时,黄氢是指利用太阳能电解水所制取的氢气,不过也有人用它指代根据可用资源使用混合能源电解水所制取的氢气。

氢气也可由生物质制取,根据生物质类型及碳捕集与封存技术的不同,其净碳排放可能低于黑氢/棕氢或灰氢。

未来的燃料

国际能源署(IEA)表示,氢气可在我们的清洁能源未来中发挥重要作用。

但该机构指出,要对能源转型作出实质贡献,氢气需要应用于目前几乎尚未涉及的领域,如交通运输、建筑和发电。

目前,清洁氢的规模化发展速度不足以充分发挥其潜力,部分原因在于新冠疫情等挑战以及化石燃料和二氧化碳价格走低。

世界经济论坛已启动加速清洁氢计划,作为其气候行动平台,能源、材料与基础设施的未来塑造的一部分,旨在寻找加速其应用的途径。

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