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应对全球变暖、避免气候变化最严重后果的全球合作努力正在进行。就其本身而言，英国致力于到2050年实现净零碳排放。
全球变暖是大气中温室气体排放的结果。排放主要来自化石燃料的使用，其中包括二氧化碳和甲烷。在英国，家庭供暖占碳排放量的17%，平均每户家庭排放2.7吨二氧化碳2每年。
85%的英国家庭接入了天然气网络。更多的家庭连接到模块化网络。许多这样的家庭使用天然气供暖，其中大部分是甲烷。甲烷与空气中的氧气结合产生能量和二氧化碳。世界需要摆脱对所有化石燃料的依赖，但人们仍然需要温暖的家庭和方便、可靠、负担得起的供暖系统。一种方案是利用现有的天然气基础设施引入氢气作为家庭取暖和烹饪的替代气体燃料。
英国从国内使用的一种气体燃料转向另一种是有先例的。当1965年在约克郡海岸发现天然气时，天然气行业选择将这种燃料直接供应给消费者，而不是用它来制造天然气。天然气与人造气体的燃烧特性非常不同，因此有必要改造或更换英国的所有燃气设备。同样，与甲烷相比，氢气具有不同的燃烧空气需求指数(CARI)，这是一种测量气体所需燃烧空气的指标。甲烷和氢气有两个主要的不同之处:一是分子的大小，因为氢气的分子比甲烷小得多;二是它与空气混合时的反应性。
当氢在纯氧中燃烧时，唯一释放出来的是水。然而，空气不是纯氧，所以在家里使用氢作为燃料并不是那么清洁。虽然不会产生碳排放，但燃烧氢气仍会产生一些其他污染物，这些污染物是燃烧天然气的副产品，如氮氧化物(NOx)，其中包括气体二氧化氮(NO2)。
氮氧化物排放是温室气体，会导致气候变化。长期暴露在高浓度的二氧化氮中也会导致呼吸系统的伤害增加。以最小化氮氧化物排放的方式制造氢锅炉是可能的，但需要建立法规以确保默认情况下实现这一目标。
需要新的电器
1967年开始改用天然气时，国内家电数量约为2000万台。改造花了10年时间才完成。如今，人口在增长，需要改造或更换的燃气器具数量也在增加。超过2200万户家庭接入了燃气网，到2020年，英国38%的天然气需求用于家庭供暖。
再一次，就像从人造天然气到天然气的转变一样，这些设备也需要调整或更换。
与上世纪60年代至70年代所需的10年相比，设备数量的增加可能意味着这一次所需的时间更长。然而，在同等数量或更短的时间内完成这项工作是可行的。必须为这一努力提供足够的资源。需要减轻意外后果、培训、教育、后勤、测试、审计、安全检查、沟通以及为弱势群体提供服务。然而，新的锅炉已经能够接受20%的氢气和天然气的混合物;从2025年起，所有新建建筑将禁止使用燃气锅炉，所有这些都将加速过渡。
如果这些问题得到解决，并且假设氢气可以通过现有的网络输送到家庭，那么氢气锅炉对于许多家庭来说可能是一种低成本，低干扰的选择。从那以后，氢的可用性可能成为最大的障碍。
2021年，一对半独立式住宅成为英国首批完全使用氢燃料的家用燃气设备的住宅。该项目向公众开放，为期三年，将小规模展示氢作为国内燃料，并将在社会中建立信心。
在更大的范围内，试点试验提供了英国的第一个氢村已经安排好了。这将是一个测试挑战和障碍、学习最佳实践以及发现任何以前未考虑到的问题的机会。到2025年，英国第一个拥有2000户家庭的村庄将从天然气换成氢气。
燃料从何而来
一个完整的氢替代品的推出将需要大约1000万吨氢。为了可行，氢必须使用可再生资源来制造。这种规模的氢气生产不能依赖于蓝色氢，蓝色氢目前被认为只是氢的一种支持版本，为绿色氢提供便利和铺平道路。蓝色氢是由甲烷制成的，所以对于我们低碳未来的氢革命来说，这不是一条可持续的道路。对于绿色氢，需要更多的可再生能源，这将涉及建造更多的风能和太阳能农场。这些也与温室气体排放有关，其形式是建筑中隐含的碳，以及使用强效的全球变暖气体SF6用于电气装置。
氢是一个有吸引力的选择，人们很容易将其视为无痛低碳未来的灵丹妙药，但它仍远未成为一种经过试验和测试的解决方案。必须继续考虑所有其他选择，调查的途径必须保持畅通。
托里尔·比格博士是华盛顿大学的首席碳减排工程师Tunley工程．本文在RICS Property Journal的许可下重新发布，首次发表于2022年11月。
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5个评论
氢从哪里来一直是个问题。
多余的风能和太阳能发电!!我不认为有，即使有，为什么不简单地分配电力，而不是浪费能量，将能量转化为氢，并将气体分配给不存在的电器。
氢和电不是能源。它们是实际能源的便捷运输方式。
Walta
“氢和电不是能源。它们是方便的交通方式……”
是的，氢也可以被认为是一种储存或电池。
我不知道这种方法的实用性，但人们肯定可以使用风能、太阳能、潮汐能或其他形式的可持续发电来为电解槽供电，将氢从水中分离出来。然后，氢气充当电池，储存能量，并提供一种将其输送到需要的地方的方法。然后在消耗端，燃料电池将氢气与氧气结合，产生电能。
我知道这在技术上是可行的。但我不知道这有多有效。我想落基山研究所可能已经对此做过研究了。他们研究氢问题已经有几十年了。
这种方法的一个重要优点是，你可以储存电力，因为风能/太阳能发电并不总是在最佳时间发生相对于消费。
如果你无论如何都要更换所有的电器，为什么不直接换电呢?
用氢给家里供暖对我来说毫无意义。电解制氢的效率只有80%左右。有了更好的技术，也许有一天会有所改善，但它永远不会达到100%。氢气将通过漏水的管道输送到我们的家中，在这个过程中会失去一些效率。然后冷凝锅炉/熔炉/热水器将以95%的效率使用燃料，这可能是他们所能达到的最高效率。
而不是电解，为什么不使用同样的电力，以300-400%的效率驱动热泵?
氢在需要极高温度来熔化物体的工业环境中扮演着重要的角色。但对于房屋供暖来说，这似乎是天然气公司的生命线，而不是对房主真正有意义的东西。
谢谢你的文章，Bigg博士，我觉得它很有趣。
我认为公众对100%利用可再生能源发电的技术障碍缺乏认识。如今，它与实际发电本身几乎没有关系。问题是缺乏可持续的能源储存技术和建立现代电网的需要(这在任何地方都没有达到所需的规模)。北美的电网(尽管是相互连接的)没有能力在州或省层面上“分担”完全电气化的经济，更不用说国家甚至大陆层面了。不幸的是，人们低估了这个问题的规模或所需的工程。我们可以生产我们需要的所有电力，我们只是没有能力将其运送到需要的地方(通常是大型水力设施)，或者储存到需要的时候(太阳能)。
氢气的能量密度为120MJ/kg(低端)，而汽油的能量密度为42MJ/kg。另一方面，锂离子电池只能存储(远远)低于1MJ/kg的电量，而且当然是由有限的资源材料制造的。
氢有它的问题，也不是什么灵丹妙药，但它确实是一种可行的可再生能源储存机制，否则就会丢失或无法通过传统电网转移到目的地。
就安全而言，一个密封的压缩氢气罐要比一罐挥发性极强的汽油液体，或者一个高度易燃的电池在你的车库自燃要安全得多。
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