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），今天摘譯第二部分：氫能需求。
我們知道，理論上綠色氫氣可以應(yīng)用于工業(yè)、運(yùn)輸、電力和供暖等各個(gè)領(lǐng)域。然而，氫能不會(huì)僅僅因?yàn)槠渚G色就奇跡般地占領(lǐng)市場(chǎng)。氫能不僅要打敗現(xiàn)有的常規(guī)技術(shù)，還必須與其他所有的零碳技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。
作為一種化學(xué)原料，氫是不可替代的。然而，作為一種儲(chǔ)能介質(zhì)，其總效率只有50%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電池。作為動(dòng)力，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的效率只有60%，遠(yuǎn)比電機(jī)差，而且復(fù)雜得多。作為熱源，氫的價(jià)格是天然氣的四倍。作為一種運(yùn)輸能源的方式，氫管道的輸送成本是電力傳輸?shù)娜叮糜谳喆涂ㄜ?chē)的分配成本則更高。
這意味著，在未來(lái)全球凈零排放的能源組合中，氫的作用將是完成那些無(wú)法直接使用清潔電力、電池的終端用途。此外，建立在低成本風(fēng)能和太陽(yáng)能基礎(chǔ)上的電力系統(tǒng)，需要?dú)淠芴峁┛煽康膫浞莸撵`活容量，以及戰(zhàn)略性的能量存儲(chǔ)以抵御沖擊。
代替灰氫
我們先看一下難以脫碳的行業(yè)。從工業(yè)部門(mén)開(kāi)始，工業(yè)占全球二氧化碳排放量的24%。歐盟的氫戰(zhàn)略特別強(qiáng)調(diào)綠色氫的使用，以“減少和取代煉油廠、氨生產(chǎn)和新型甲醇生產(chǎn)中碳密集型氫的使用”。這些行業(yè)的灰氫生產(chǎn)目前占?xì)W盟天然氣需求的6%，煤炭需求的2%。如果綠色氫能以與灰氫競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格生產(chǎn)，那么綠氫進(jìn)入這些現(xiàn)有市場(chǎng)應(yīng)該很簡(jiǎn)單，從而將歐盟的二氧化碳排放量減少2.2%。
零碳鋼
鋼鐵業(yè)和水泥業(yè)一樣，是最大的工業(yè)二氧化碳排放源之一：在歐洲，造成了20%的工業(yè)排放量和8%的總排放量。拋開(kāi)28%的再生鋼產(chǎn)量，處理鐵礦石的最常見(jiàn)方法是通過(guò)簡(jiǎn)陋的高爐，使用冶金煤生產(chǎn)的焦炭。彭博新能源財(cái)經(jīng)在其2019年對(duì)無(wú)化石鋼制造成本的分析中得出結(jié)論，只要?dú)浠撃軌蛞悦壳Э?.5歐元的價(jià)格生產(chǎn)出來(lái)，氫基鋼就會(huì)與目前最昂貴的鋼鐵生產(chǎn)相競(jìng)爭(zhēng)。與世界上最便宜的鋼鐵生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)，氫的價(jià)格將需要低至每千克0.6歐元，即使到2050年也不太可能。到2030年，每千克2美元的綠氫成本將要求二氧化碳價(jià)格達(dá)到125美元/公噸，到2050年，隨著氫價(jià)格的持續(xù)下跌，所需二氧化碳價(jià)格將降至每噸50美元。
然而，在鋼鐵行業(yè)，氫的另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是用電直接還原。波士頓金屬公司（Boston Metal）將石油巨頭OGCI和比爾?蓋茨（Bill Gates）成立的突破性能源風(fēng)險(xiǎn)投資公司（Breakthrough Energy Ventures）列為投資者之一，該公司正在開(kāi)發(fā)一種熔融氧化物電解系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于多種金屬（以及稀土）的生產(chǎn)，其目標(biāo)價(jià)格是低于普通高爐。
工業(yè)用熱
接下來(lái)讓我們來(lái)看看那些排放主要來(lái)自于熱量需求的行業(yè)，例如玻璃行業(yè)。在歐洲，玻璃制造業(yè)占工業(yè)排放量的3.1%。但是用氫氣替代天然氣并不容易。歐盟氫能戰(zhàn)略的目標(biāo)是到2030年，氫的價(jià)格為1.1至2.4歐元，即相當(dāng)于每百萬(wàn)英熱單位的熱成本為11.4至21.1美元。相比之下，歐洲的天然氣價(jià)格僅為每百萬(wàn)英熱單位4美元。假設(shè)氫能成本達(dá)到歐盟2030年目標(biāo)的低端，與以每百萬(wàn)英熱單位4美元的天然氣競(jìng)爭(zhēng)，仍需要?dú)W盟排放交易機(jī)制的價(jià)格為每公噸二氧化碳120歐元（140美元），超過(guò)目前碳價(jià)的四倍。在歐洲以外，天然氣價(jià)格在2美元至5美元/百萬(wàn)英熱單位之間，在沒(méi)有補(bǔ)貼或碳價(jià)的情況下，氫的成本需要下降到每千克0.25至0.6美元，才能在工業(yè)用熱市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)。這將是一個(gè)漫長(zhǎng)的等待過(guò)程。
綠氫與綠色電力
根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)2019年8月的《可再生能源制氫經(jīng)濟(jì)學(xué)》報(bào)告，到2050年，綠氫的價(jià)格可能達(dá)到0.8美元/千克，取決于可再生能源發(fā)電價(jià)格在14美元至17美元/兆瓦時(shí)之間。為了在熱市場(chǎng)上與2美元/百萬(wàn)英熱單位的天然氣競(jìng)爭(zhēng)，綠電需要56美元/噸的二氧化碳價(jià)格補(bǔ)貼；相比之下，綠氫需要94美元/噸的價(jià)格才能具有競(jìng)爭(zhēng)力。在歐洲，天然氣目前的售價(jià)為每百萬(wàn)英熱單位4美元，每兆瓦時(shí)17美元的可再生電力根本不需要碳價(jià)補(bǔ)貼就具有競(jìng)爭(zhēng)性，但這個(gè)價(jià)格下所能生產(chǎn)的綠氫需要每噸57美元的二氧化碳價(jià)格補(bǔ)貼才能與天然氣競(jìng)爭(zhēng)。
事實(shí)上，這還不是問(wèn)題的全部。在過(guò)去的十年里，熱泵革命悄然發(fā)生。工業(yè)用熱泵的工作溫度已高達(dá)160攝氏度，性能系數(shù)為3，相當(dāng)于節(jié)能66%。相比氫能的電解、壓縮和氫氣輸送的損失，使用熱泵比氫能可以節(jié)省80%的能源。
熱水和供暖
讓我們來(lái)談?wù)勊凸┡@兩項(xiàng)合計(jì)占全球排放量的6%。由于可再生能源和綠氫之間的效率損失，即使綠氫在2050年的價(jià)格為0.8美元/千克，仍需要57美元/噸的二氧化碳價(jià)格補(bǔ)貼來(lái)與歐洲天然氣以4美元/百萬(wàn)英熱單位的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，而要與2美元/百萬(wàn)英熱單位的天然氣競(jìng)爭(zhēng)，則需要每噸94美元的二氧化碳價(jià)格補(bǔ)貼。而且，熱泵對(duì)綠氫更是最致命的技術(shù)。通過(guò)熱泵，每單位風(fēng)能或太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱量比通過(guò)氫氣鍋爐或熔爐輸送的熱量高出約4倍。而且熱泵還可以在夏天被逆轉(zhuǎn)成空調(diào)——不像氫氣鍋爐、熔爐或燃料電池只能用于供暖。
運(yùn)輸
2003年，歐盟支持的歐洲氫和燃料電池技術(shù)平臺(tái)預(yù)測(cè)，到2020年，將有500萬(wàn)輛氫汽車(chē)上街，用氫取代5%的運(yùn)輸燃料?；氐浆F(xiàn)實(shí)世界，目前全球道路上仍有不到2萬(wàn)輛獲得高額補(bǔ)貼的氫燃料電池車(chē)輛，由大約400個(gè)幾乎完全由政府資助的加氫站提供服務(wù)。市場(chǎng)上有三款氫動(dòng)力車(chē)型：豐田Mirai、現(xiàn)代Nexo和本田Clarity，其里程并不比同等尺寸的電動(dòng)汽車(chē)（BEV）多，而且一點(diǎn)也不輕，后備箱空間更?。ㄓ屑訅旱臍涔蓿懈嗟幕顒?dòng)部件，這意味著更高的維護(hù)成本。如果這些都不能阻止你買(mǎi)一輛燃料電池汽車(chē)，那就看價(jià)格：燃料電池汽車(chē)比同等的電動(dòng)汽車(chē)高出20%。
航空和航運(yùn)
說(shuō)到航空和航運(yùn)，氫的前景看起來(lái)最有希望。電池的能量密度很低，很難為超過(guò)40海里（75公里）的航線提供服務(wù)。還有航空，未來(lái)飛機(jī)將是混合動(dòng)力。選擇的燃料要么是氫（空中客車(chē)公司最近披露了一系列氫動(dòng)力概念），要么是氨，要么是一種合成液體燃料，由綠氫與從空氣中捕獲或通過(guò)生物質(zhì)生產(chǎn)的碳混合而成。
