到2050年，各行業對氫的潛在需求的增長曲線。

自19世紀70年代以來，人們就一直在討論氫的能源潛力。有遠見的作家儒勒·凡爾納在他的小說《神秘島》中寫道：“總有一天，水將被用作燃料，構成水的氫和氧，單獨或一起使用，將提供取之不盡的熱和光，其強度是煤所不能達到的。”現在，差不多150年過去了，我們開始意識到，或許他言之有理。氫有可能為我們的能源系統提供一條脫碳之路，出于幾個原因，它對政策制定者和能源行業的吸引力越來越大。

氫的好處是什么?

首先，氫燃燒時不排放任何碳，所以它可以被認為是零碳能源，但這取決于它是如何產生的。目前有幾種方法：

電解——電被用來把水分離成氫和氧。如果電力是可再生的，氫就被認為是零碳的。這有時被稱為“綠色”或“可再生氫”。

蒸汽甲烷重整(SMR) ——指的是一種化學合成反應，蒸汽在高壓下從碳氫化合物(如天然氣)，產生氫氣和二氧化碳。這有時被稱為“灰色氫”。

碳捕集利用與封存SMR(CCUS)——在SMR過程中加入CCUS以捕獲和防止二氧化碳的釋放，該過程可以被認為是低碳的。這有時被稱為“藍色氫”。

熱甲烷熱解(TMP)——包括天然氣和低溫高壓反應，沒有氧氣存在，產生氫和固體碳。這也是“藍色氫”。

氫氣可以在許多情況下作為天然氣的替代品，包括發電、工業原料、過程加熱以及家庭加熱和烹飪。它也可以用于燃料電池的脫碳運輸。簡而言之，氫可以幫助脫碳，在這些行業，實現全面電氣化的解決方案可能極其困難和昂貴。

能源行業已經抓住了氫的潛力，許多項目正在研究其生產和使用。這些項目的規模各不相同，從對獨立電解槽的小型調查，到在現有網絡中混合氫氣和天然氣，再到氫聯合循環燃氣輪機(CCGTs)，以及英格蘭北部H21項目的宏偉目標。英格蘭北部的H21計劃將370萬英國家庭和企業從天然氣轉化為氫氣，使其成為世界上最大的清潔能源項目。對于天然氣生產商和網絡公司來說，氫提供了一個可能的答案，以應對全面電氣化的生存威脅。如果天然氣可以轉化為氫氣而不產生碳排放，那么現有的天然氣網絡就可以重新利用，將氫氣輸送給工業和家庭供暖。氫也可以儲存在許多現有的天然氣儲存設施中，這將允許一種僅靠可再生能源無法提供的季節性儲存形式。

任何關于氫作為燃料來源的討論都會引發對其安全性的質疑。氫是高度易燃的，因此人們對運輸和儲存這種氣體感到擔憂，尤其是在家庭環境中。盡管如此，氫的擴散速度更快，所以它不太可能造成呼吸危險，也不太可能聚集在它可以燃燒的地方。歐洲氫能公司表示，這種燃料與汽油和天然氣等其他易燃燃料一樣安全，但公眾對這種燃料的看法可能會影響其大規模推廣。

對于工業來說，氫提供了一種脫碳的途徑，否則，脫碳將是極其昂貴和困難的。它提供了一種替代電氣化的方法——對一些人來說，電氣化甚至是不可行的——以及一種替代在個別工廠安裝碳捕捉裝置的方法。綠色或藍色的氫也可以幫助許多工業原料脫碳，如氨生產和正在研究的氫如何幫助鋼鐵生產脫碳的示范項目。將電力轉化為氫氣可以使用過剩的可再生能源，為可再生能源增加價值，創造更多的收入，避免這些能源的浪費。它也提高了氫作為電儲存介質的可能性。過剩的電力可以用來在需求低或價格低的時候產生氫氣，當需求或價格上漲時，這些存儲起來的氫氣可以重新轉化為電能。

那么，問題出在哪里呢?

看來氫可以解決我們所有的能源問題!事實上，在開始使用氫作為燃料來源之前，有許多問題需要考慮。首先，氫供應鏈需要大幅擴張，以滿足潛在的需求，包括生產、運輸和儲存。不幸的是，由于無法確定需求是否會隨之增長，這種擴張存在重大風險。

其次，每種制氫方法都存在一些問題。灰色氫不是低碳的，因此在脫碳的能源環境中幾乎沒有什么作用。藍氫需要CCS，盡管這是一項經過驗證的技術，但我們還沒有達到大規模經濟應用的階段。綠色氫是最昂貴的生產方法，需要非常低的電價和降低電解成本才能實現。熱解尚未被證明是一種可擴展的解決方案，與其他生產方法相比具有競爭力。盡管如此，如果氫是解決住宅供熱、工業供熱和重型交通行業脫碳難題的辦法，那么這些問題將需要被克服。Poyry的一項相關研究：“到2050年實現歐洲能源系統的脫碳”，將零碳氣體途徑與全電氣化途徑進行了比較，并考察了氫在熱力、電力和交通領域的潛在作用。在零碳排放的道路上，預計到2050年，這三個行業的氫需求將顯著增長，達到2,000TWh。從不同的制氫成本來看，研究發現甲烷改造制氫的成本始終低于電解制氫的成本。

這是因為到2050年，由數百萬輛電動汽車實現的電網靈活需求以及高水平互連，意味著缺少非常低的電價周期，否則就可以以低于成本的電力支持電解產氫。隨后，甲烷重整會成為氫生產的主要來源。然而，電解產氫在歐洲的一些地區會具有更高的份額，因為那些地區具有非常高的可再生電力滲透率和較小的系統靈活性。

氫在能源組合中的前景如何?

氫的潛力是顯而易見的，但實現這一潛力的途徑是不確定的。需要克服的障礙有很多，包括創建一個商業案例，接受CCS，公眾在家中接受氫以及證明氫是多么安全。如果這些障礙都能夠被克服，那么有一天我們就有可能真正用到儒勒·凡爾納筆下那“取之不盡的熱和光”。

本文作者：約翰•威廉姆斯(John Williams)，Poyry Management Consulting高級主管。

關于作者：約翰•威廉姆斯在能源行業有超過25年的工作經驗，專長于英國和愛爾蘭的天然氣運輸安排。約翰從2001年開始在Poyry的能源部門工作，在加入Poyry之前，他在Centrica和殼牌公司工作，負責全球天然氣市場和天然氣運輸。

(原文來自：可再生能源速遞 中國新能源網綜合)