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客人的博客

绿色氢能成为无碳经济的关键吗?

绿色氢气是在使用可再生能源的过程中制造的,它正在全球范围内兴起

在日本,一个绿色氢设施去年在2011年灾难中受损的福岛核电站附近开放。新工厂每小时可产生1200立方米的氢气。插图由东芝提供。

这篇文章最初发表在360年耶鲁大学环境

沙特阿拉伯正在红海沙漠中建造一座名为Neom的未来城市。这座耗资5000亿美元、拥有飞行出租车和机器人家务助理的城市正在白手起家地建设,将成为100万人的家园。什么样的能源产品将被用来为这座城市供电并向世界销售?不是石油。沙特人正在大力发展一种叫做绿色氢的东西——一种利用可再生能源产生的电力将氢分子从氧分子中分离出来的水制成的无碳燃料。

去年夏天,美国大型天然气公司空气产品化学公司(Air Products & Chemicals)宣布,作为Neom的一部分,该公司在过去4年里一直在沙特阿拉伯建设绿色氢工厂。这座发电厂由遍布沙漠的风能和太阳能项目提供的40亿瓦电力提供。它声称是世界上最大的绿色氢项目,更多的沙特工厂正在规划中。

绿色氢?相信这是能源未来的下一件大事的不仅仅是沙特人。尽管这种燃料在美国几乎不受关注,但全世界正在掀起一股绿色氢热潮,许多公司、投资者、政府和环保主义者认为,它是一种能源,有助于结束化石燃料的统治,减缓世界变暖的轨迹。

自然资源保护委员会(Natural Resources Defense Council)的能源分析师雷切尔·法赫里(Rachel Fakhry)说,“这非常有希望。”像Fakhry这样的专家们说,在风能和太阳能可以提供电力的家园和电动汽车,绿色的氢可能是一个理想的电源等能源密集型行业混凝土和钢铁制造业,以及部分更难使电气化交通行业。

Fakhry在一次采访中说:“经济的最后15%很难清理航空、航运、制造业和长途卡车运输。”。“绿色氢可以做到这一点。”

欧洲经济承受着能源价格高企的负担,严重依赖俄罗斯的天然气。通过为电解厂和其他氢基础设施的建设提供资金,欧洲正在拥抱绿色氢。德国已经分配其清洁能源刺激基金的最大份额绿色氢。欧盟委员会(European Commission)在7月的一份战略文件中写道:“这是一个完全脱碳经济所缺失的部分。”

批评者指出了许多障碍

怀疑论者称,氢作为燃料来源的潜力已经被吹捧了几十年,但这项技术从未在相当大的范围内有充分的理由启动。他们认为,广泛采用绿色氢气技术面临着严重的障碍,最明显的是,氢燃料需要可再生能源才能实现绿色,这将需要大规模扩大可再生能源发电,为将水分解为氢和氧的电解厂提供动力。没有管道,绿色氢气也很难储存和运输。现在在一些地方,比如美国,氢比天然气等其他燃料要贵得多。

英国彭博社(Bloomberg)新能源金融分析师、绿色氢怀疑论者迈克尔·利布雷奇(Michael Liebreich)表示,尽管它有优势,“但它也展示了同样令人印象深刻的劣势。”

Liebreich在一份研究报告中写道:“它在自然界中不会发生,所以需要能量才能分离。”最近的文章BloombergNEF。“它的储存需要压缩到700倍大气压,制冷到253摄氏度……它每单位体积的天然气能携带四分之一的能量……它能使金属变脆;它会从最微小的漏洞中泄漏出来,是的,它确实具有爆炸性。”

Liebreich写道,尽管存在这些问题,绿色氢仍然“牢牢地控制着技术乐观主义者的想象力”。

本·加拉格尔(Ben Gallagher)是伍德·麦肯齐公司(Wood McKenzie)研究绿色氢的能源分析师,他说,这种燃料太新了,未来仍不明朗。“没有人知道这里到底发生了什么,”他说。“目前这只是猜测。现在还很难把它看作是新的石油。然而,它可能是整个燃料结构的重要组成部分。”

氢是宇宙中含量最丰富的化学物质。两个氢原子与一个氧原子配对产生水。然而,氢本身是一种无味无味的气体,而且高度易燃。从甲烷中提取的氢通常来自天然气,但也包括煤和生物质。德国在第二次世界大战中首创了氢气,德国没有石油储量。但是二氧化碳是在甲烷制造氢气的过程中排放的,因此它对气候不友好;用这种方法制造的氢被称为灰色氢。

为什么人们的兴趣在增长

绿色是氢领域的新生代,因为它是用可再生能源制造的,所以不含二氧化碳。此外,利用可再生能源制造燃料有助于解决困扰风能和太阳能的间歇性问题,因此它本质上是一种高效的储存方式。当对可再生能源的需求较低时,在春季和秋季,多余的电力可以用来为电解提供动力,而电解是分解氢和氧分子所必需的。然后氢气可以储存或通过管道输送。

这些优势正在激发人们对全球绿色氢气的兴趣。在整个欧洲、中东和亚洲,越来越多的国家和公司正在接受这种高质量燃料。美国之所以落后,是因为天然气等其他形式的能源要便宜得多,但一些新项目正在进行中,其中包括犹他州的绿色氢气发电厂这将取代两座老化的燃煤发电厂,为南加州发电。

一个说明如何利用可再生能源生产绿色氢气的插图
绿色氢气是在使用可再生能源的过程中产生的,使其成为一种无碳燃料。图片由胡志明市。

在日本,一座世界上最大的绿色氢电厂刚刚在福岛附近投入使用。由于福岛核电站与2011年核灾难发生地的距离较近,福岛有意将其作为象征性地点。它将被用于车辆和固定地点的燃料电池。澳大利亚的一个能源财团刚刚宣布,计划在皮尔巴拉(Pilbara)建设一个名为“亚洲可再生能源中心”(Asian Renewable energy Hub)的项目,该项目将使用1743台大型风力涡轮机和30平方英里的太阳能电池板,运营一个260亿瓦的电解工厂,生产绿色氢气,然后送往新加坡。

随着欧洲加大脱碳力度,它也在燃料上下了很大的赌注。欧盟起草了一项大规模绿色氢气扩张战略,但尚未正式通过。但在其5500亿美元的清洁能源计划中,欧盟正在为新的绿色氢电解槽以及燃料运输和储存技术提供资金。欧盟委员会写道:“快速大规模部署清洁氢气是欧盟实现其高气候目标的关键。”。

中东地区拥有世界上最便宜的风能和太阳能,正努力成为绿色氢的主要参与者。“沙特阿拉伯拥有低得离谱的可再生能源,”落基山研究所(Rocky Mountain Institute)突破性技术项目(Breakthrough Technology Program)负责人托马斯·科赫·布兰克(Thomas Koch Blank)说。“每天都阳光明媚,每晚都有风。很难打败它。”

这需要大量的投资

彭博新能源集团估计,要生产足够的绿色氢来满足世界四分之一的能源需求,需要的电力要比世界上现在所有来源产生的电力还要多,还要在生产和储存方面投资11万亿美元。这就是为什么目前的重点是能源需求占经济的15%,而风能和太阳能不容易提供能源,比如重工业、长途卡车运输以及货船和飞机的燃料。

绿色氢气的能量密度是航空燃料的三倍,这使得它成为一种很有前途的零排放飞机技术。但是欧洲飞机制造商空中客车公司最近发布了一份陈述他说,需要克服一些重大问题,包括在飞机上安全储存氢,机场缺乏氢基础设施,以及成本。专家称需要新技术来解决这些问题。尽管如此,空客相信绿色氢将在脱碳航空运输中发挥重要作用。

空中客车公司零排放飞机副总裁格伦·卢埃林(Glen Llewellyn)表示:“具有成本竞争力的绿色氢气和跨行业合作伙伴关系将是实现零排放飞行的必由之路。”。他说,到2035年,氢动力飞机将可以飞行。

在能源价格较低的美国,绿色氢气的成本是天然气的三倍左右,不过这个价格没有考虑到化石燃料对环境造成的破坏。然而,绿色氢气的价格正在下降。在未来10年内,绿色氢气的成本预计将与美国的天然气相当。

美国绿色氢开发的主要驱动力是加利福尼亚积极推进碳中性未来。例如,洛杉矶水电部正在帮助资助犹他州的绿色氢燃料发电厂的建设。计划在2025年上线。

一家名为SGH2的公司最近宣布,它将在南加州建立一个大型的生产绿色氢气的设施。不过,它不会使用电解,而是使用废物气化,将许多类型的废物加热到高温,使其还原为分子化合物。然后这些分子与氢结合,SGH2声称它可以比电解更便宜地制造绿色氢。

加州官员也将绿色氢视为柴油车化石燃料的替代品。2009年,该州通过了低碳燃料标准,以推广电动汽车和氢燃料汽车。上个月,一群重型汽车和能源行业的官员组成了西部各州氢能联盟推动氢燃料电池技术和基础设施的快速部署,以取代柴油卡车、公共汽车、机车和飞机。

“氢燃料电池将为这些重型、难以电气化行业的未来零排放交通提供动力,”西部各州氢联盟(Western States Hydrogen Alliance)执行董事罗克珊娜·贝克默哈马迪(Roxana Bekemohammadi)说。这个事实是无可争辩的。这个新联盟的存在是为了确保政府和工业界能够有效合作,加速这场革命的到来。”

今年早些时候,美国能源部(U.S. Department of Energy)宣布投资1亿美元,帮助开发价格低廉的大型电解槽,并为长途卡车开发新的燃料电池技术。

在澳大利亚,新南威尔士大学(University of New South Wales)与全球工程公司GHD合作,开发了一种名为LAVO的家用系统,利用太阳能在家用系统中生成和存储绿色氢气。在需要的时候,氢会被转换回电能。

洛基山研究所的布兰克说,所有这些进展都是“真正的好消息”。绿色氢有很大的潜力来解决许多让人们夜不能寐的问题,因为气候变化问题似乎无法解决。”


一个评论

  1. 埃里克·哈贝格||#1

    我很高兴看到这篇文章正确地强调了绿色氢应该用于什么。在大多数情况下,当前对可再生能源生产和电池(无论何种类型)的重视是正确的做法。尽管包括这篇文章中列出的用途,绿色氢还是有一席之地的。也许它还可以用于长期的季节性能量转换,这取决于储存氢的成本。我不确定这一费用是否已知,长期存储成本是否值得。

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