彭博新能源財(cái)經(jīng)創(chuàng)始人邁克爾·利布雷奇（Michael Liebreich）發(fā)表文章，題目是Separating Hype from Hydrogen（將炒作與氫分離），今天摘譯第一部分：氫能供應(yīng)。
20世紀(jì)70年代和80年代石油危機(jī)期間的沙特石油大臣艾哈邁德·謝赫·亞馬尼（Ahmed Sheikh Yamani）說過一句名言：“石器時(shí)代并不是因?yàn)槿狈κ^而結(jié)束的，石油時(shí)代將在世界石油枯竭之前結(jié)束”，他當(dāng)時(shí)所想到的不是可再生能源和電動(dòng)汽車，而是氫能。
從表面上看，宇宙中最常見的氫元素似乎是所有能源問題的答案：它可以在任何有電和水的地方生產(chǎn)；它既能產(chǎn)生熱量，也能發(fā)電；它可以生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用，不會(huì)產(chǎn)生有毒污染或二氧化碳排放；它的能量密度是汽油、柴油或噴氣燃料的三倍；它可以通過燃料電池以60%的效率提供電力，燃料電池也可以反向運(yùn)行；它可以類似于的管道快速輸送；它的燃燒溫度與天然氣相似。
遺憾的是，氫也顯示出一系列同樣令人印象深刻的缺陷：它在自然界中不存在，所以需要能量來分離；它的儲(chǔ)存需要壓縮到大氣壓的700倍，制冷到零下253攝氏度，或者與有機(jī)化學(xué)物或金屬氫化物結(jié)合。從體積來看，氫氣攜帶的能量是每單位體積天然氣的四分之一，無論是液化的還是在任何給定溫度和壓力下的氣體。燃料電池和其他使用氫氣的設(shè)備有許多活動(dòng)部件需要維護(hù)；它能使金屬變脆；它可能泄漏并發(fā)生爆炸。
一點(diǎn)歷史
盡管有這些明顯的缺點(diǎn)，氫仍然像以其魅力控制著技術(shù)樂觀主義者的想象力。這種樂觀至少可以追溯到1970年，當(dāng)時(shí)密歇根大學(xué)的核物理學(xué)家勞倫斯W瓊斯（Lawrence W Jones）發(fā)表了一篇題為《液態(tài)氫燃料經(jīng)濟(jì)性》的論文。他在論文中指出：“必須認(rèn)真考慮使用液氫作為陸空運(yùn)輸碳?xì)淙剂系拈L期替代品，作為21世紀(jì)碳?xì)浠衔锏暮侠硖娲??！?
20世紀(jì)70年代中期，日本將氫氣列為其“陽光計(jì)劃”的五個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域之一，其總預(yù)算相當(dāng)于今天的24億美元，旨在確定在第一次石油危機(jī)后為這個(gè)資源貧乏的國家提供能源的方式（其他領(lǐng)域包括太陽能、地?zé)帷⒚簹饣?液化）。
上世紀(jì)80年代油價(jià)暴跌時(shí)，氫能對(duì)公眾想象力的控制力消失了，但在2000年前后的技術(shù)泡沫中又轟然回升。從1997年9月到2000年3月，作為氫燃料電池的旗艦企業(yè)，巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司的股價(jià)猛增了1000%。未來學(xué)研究者杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）在《氫經(jīng)濟(jì)》（The Hydrogen Economy）中推崇全球氫能網(wǎng)絡(luò)，“數(shù)百萬終端用戶將把他們的燃料電池連接到地方、地區(qū)和國家的氫能網(wǎng)絡(luò)中，創(chuàng)造一種新的分散式能源生產(chǎn)形式”。就連《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志也認(rèn)為：“由于氫氣可以通過地理分布的方式由任何地方的生產(chǎn)商生產(chǎn)，因此，任何一個(gè)歐佩克（OPEC）卡特爾或其未來繼承者都無法操縱供應(yīng)或價(jià)格，我們永遠(yuǎn)不會(huì)再有一場能源戰(zhàn)爭了?！?
可悲的是，就在里夫金的書在2002年底上架時(shí)，氫能夢(mèng)想已經(jīng)開始破滅——巴拉德的股票從峰值已經(jīng)下跌了96%。很快噩夢(mèng)就開始了：在接下來的10年里，巴拉德的股價(jià)將再跌93%，然后在2012年觸及最低點(diǎn)。
歐盟綠色協(xié)議與氫戰(zhàn)略
現(xiàn)在氫能又來了。歐盟的綠色協(xié)議，目標(biāo)是到2030年將排放量比1990年的基線減少55%，并在2050年前徹底消除碳排放，其核心是今年7月同時(shí)發(fā)布的兩個(gè)文件：歐盟能源系統(tǒng)整合戰(zhàn)略和氣候中性的氫戰(zhàn)略。這些計(jì)劃相當(dāng)詳細(xì)地規(guī)定了“綠氫”的生產(chǎn)和分配的全面計(jì)劃，換句話說，利用可再生能源從水電解出的氫。
該計(jì)劃的建設(shè)圍繞著歐盟電解槽容量從目前的6000兆瓦增加到2024年的6GW，到2030年將增至40GW，成本在240-420億歐元（280-50億美元）。將這些電解槽用可再生能源供應(yīng)，需要在80-120GW新太陽能和風(fēng)力發(fā)電上花費(fèi)220-340億歐元；然后，將110億歐元用于改造現(xiàn)有化石H2電廠的一半，并進(jìn)行碳捕獲和儲(chǔ)存；650億歐元用于氫氣運(yùn)輸、分配，儲(chǔ)存和加油站。歐盟氫能投資總金額在320億至4580億歐元之間，按目前的匯率計(jì)算，為380-5500億美元。
歐盟氫能戰(zhàn)略文件顯示2050年歐盟電解槽容量工作可達(dá)500GW。從這一點(diǎn)上講，歐洲所有國家記錄的最大峰值電力負(fù)荷為546GW。氫戰(zhàn)略可能會(huì)推動(dòng)歐洲電力需求翻番，電力供應(yīng)翻番，配電能力翻番，以及歐洲范圍的氫氣管網(wǎng)。高盛公司大膽預(yù)測，到2050年歐洲每年有2.2萬億歐元的綠色氫市場規(guī)模。美洲銀行推斷，到2050年，全球與氫有關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施投資總額為11萬億美元。
綠色氫的經(jīng)濟(jì)性
歐盟的氫戰(zhàn)略是基于到2030年將歐洲目前每公斤2.5至5.5歐元的綠色氫氣生產(chǎn)成本降低到1.1至2.4歐元/千克。這是合理的目標(biāo)嗎？
綠色氫的成本由四個(gè)主要因素驅(qū)動(dòng)：可再生電力成本；電廠運(yùn)行的容量系數(shù)；電解槽成本；以及資本的成本。
當(dāng)然，可再生電力的成本在世界各地持續(xù)暴跌。目前，最好地點(diǎn)、最好的風(fēng)力發(fā)電廠和太陽能發(fā)電量約為每兆瓦15美元，到2030年，我認(rèn)為成本將降至10美元/兆瓦。到2030年，世界上大部分地區(qū)將受益于20美元/兆瓦的風(fēng)能或太陽能，大約是任何其他來源的電力成本的三分之一。
隨著行業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，我們肯定會(huì)看到電解槽成本大幅度下降。但有這里有一個(gè)問題：歐盟的氫戰(zhàn)略希望在2030年之后將電解槽從900歐元/千瓦下降到450歐元/千瓦或更低的水平。然而，中國領(lǐng)先的制造商已經(jīng)以200美元/千瓦的價(jià)格供應(yīng)設(shè)備。歐盟能否趕上中國電解槽的成本？可能不行。
總的來說，利用多余的可再生能源來生產(chǎn)氫氣的想法將變成海市蜃樓。對(duì)于一個(gè)島嶼電網(wǎng)來說，這可能是有意義的，但對(duì)于一個(gè)高度連接的、大陸規(guī)模的能源系統(tǒng)來說，這并不合理。綠氫會(huì)受到低成本、高容量的可再生電力的競爭。
藍(lán)氫怎么樣？
基于可再生能源的綠氫并不是零碳?xì)涞奈ㄒ豢赡軄碓?，還有“藍(lán)氫“——通過天然氣轉(zhuǎn)化或煤炭氣化產(chǎn)生，但二氧化碳排放被捕獲和封存。歐盟目前生產(chǎn)藍(lán)氫的成本為每公斤2歐元，到2030年藍(lán)色氫成本可能會(huì)高于綠氫成本。歐盟的氫能戰(zhàn)略以 110億歐元用于改造現(xiàn)有一半的化石燃料發(fā)電廠生產(chǎn)藍(lán)氫，但德國特別敵視藍(lán)色氫能，宣稱“只有在可再生能源基礎(chǔ)上生產(chǎn)的氫（綠氫）才是長期可持續(xù)的”。
對(duì)藍(lán)氫的保留態(tài)度通常有兩個(gè)合理的理由，還有一個(gè)不太合理的理由。第一個(gè)理由是，通常只有90%的二氧化碳被捕獲；這一比例可以增加，但只會(huì)增加成本。第二個(gè)理由是碳排放：無論在哪里開采天然氣，都會(huì)有一定的泄漏損失，而甲烷（天然氣的主要成分）是一種強(qiáng)大的溫室氣體。第三個(gè)理由，有人不支持藍(lán)色氫氣，因?yàn)樗纳a(chǎn)將有利于石油和天然氣公司，這是許多激進(jìn)的環(huán)保主義者無法接受的。
會(huì)有綠天鵝嗎？
真正的零碳?xì)湟部梢酝ㄟ^熱解過程產(chǎn)生，通過熱解過程，天然氣通過熔融的堿或金屬，產(chǎn)生副產(chǎn)品炭黑。這種“綠松石氫”工藝可以由清潔能源驅(qū)動(dòng)，看起來經(jīng)濟(jì)上很有前途，不過，就像藍(lán)色氫一樣，它受到環(huán)保主義者的反對(duì)，因?yàn)樗荒芟烊粴庑孤p失排放的風(fēng)險(xiǎn)，也不能避免石油和天然氣公司的參與。
此外還有核能制氫，雖然也受到純粹主義者的反對(duì)，但在產(chǎn)生零碳?xì)浞矫嫒杂袧撛诘奈ΑＥc可再生能源相比，核能在工業(yè)生產(chǎn)過程中有兩大優(yōu)勢(shì)：一是它全天候運(yùn)行，二是產(chǎn)生可利用的廢熱。這些優(yōu)勢(shì)是否足以應(yīng)對(duì)可能持續(xù)存在的核能平準(zhǔn)化成本劣勢(shì)，以及核電不可避免的伴隨風(fēng)險(xiǎn)，仍有待檢驗(yàn)。
最后一個(gè)值得一提的零碳?xì)涓拍钍?“熱氫”。在大多數(shù)氫電解計(jì)劃中，副產(chǎn)品氧沒有價(jià)值。但在熱氫概念中，氧燃料混合物被用來驅(qū)動(dòng)一臺(tái)Allam循環(huán)發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電力和熱量，并在除去水之后輸送二氧化碳，隨時(shí)可供使用或儲(chǔ)存，其成本遠(yuǎn)低于從正常廢氣中分離二氧化碳的成本。一定比例的熱能和電能反過來用于高溫電解，產(chǎn)生氫氣和在此過程中消耗的氧氣。
運(yùn)輸成本
根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)關(guān)于氫氣運(yùn)輸和配送的最新報(bào)告，在歐洲各地分通過管道運(yùn)氫，每公斤增加7至50歐分，但最高可達(dá)7歐元（具體取決于體積和距離），而綠氫目標(biāo)成本為每公斤1.1至2.4歐元。在沒有管道的地方，長距離大量運(yùn)輸氫的最可行的載體似乎是氨，包括轉(zhuǎn)化，存儲(chǔ)等在內(nèi)的總運(yùn)輸成本也可能是生產(chǎn)氫的成本的三倍。9月，沙特阿美公司和日本能源經(jīng)濟(jì)研究所合作，從沙特阿拉伯向日本發(fā)送了世界上第一批藍(lán)色氨氣（天然氣制氨并捕獲并儲(chǔ)存了二氧化碳），將其用于產(chǎn)生零碳發(fā)電，但很難有經(jīng)濟(jì)競爭性。
結(jié)論
到2030年，綠氫（可再生能源制氫）能與藍(lán)氫（天然氣制氫加碳捕獲）競爭嗎？是的，可能。到2050年，會(huì)有大量的綠色氫上市，但大部分可能是從生產(chǎn)成本更低的地方進(jìn)口的。即使是在歐洲生產(chǎn)的綠氫，也可能不會(huì)使用歐洲的電解槽，當(dāng)然也不會(huì)完全使用歐洲的可再生能源。
