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氢能作为一种清洁、高效、可持续性能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能的应用场景非常多样化，主要包括传统化工生产领域、氢燃料电动汽车和分布式发电等领域，但氢能经济的发展也面临一系列困难和问题。10月8日，英国《经济学家》杂志刊发文章《创造新型氢能经济是项艰巨任务》（Creating the New Hydrogen Economy Is a Massive Undertaking），对此进行了分析。  原文 ：《氢能经济：一个沉重的飞轮》 编译 | 熊一舟 图片 | 网络 氢能需求与日俱增 从全球来看，氢产业规模相当小，但非常重要。全球每年生产9000万吨氢，收入超过1500亿美元。这一过程消耗了世界上6%的天然气和2%的煤炭，排放了超过8亿吨的二氧化碳，该行业的排放量与德国整个国家的排放量持平。 早在气候变化成为问题之前，氢能就有了支持者。氢的能量密度非常高：燃烧一公斤氢提供的能量是燃烧一公斤天然气的2.6倍。氢在空气中燃烧时不会产生硫酸盐或一氧化碳，而化石燃料通过这些物质破坏了室内外的空气质量。燃料电池是一种利用氢和氧之间的反应产生电力的设备，当氢被用于燃料电池时只会产生水。氢可以通过电解或煤来制造，因此被认为可以将消费者从石油生产商的“暴政”中解放出来。由于这一优势，在20世纪70年代的石油危机之后，政府对氢的兴趣首次大幅上升。 除了在炼油厂加工石油和生产用于塑料的甲醇外，至关重要的是，氢还被用于生产世界上几乎所有的工业氨。氨是人工化肥的主要成分，而人工化肥对世界农作物产量意义十分重大。如果没有它，农业生产率将大幅下降，数亿人将面临饥饿。  绿色政策规划者认为，未来的氢产业将以另一种方式变得举足轻重：作为一种部分经济行业脱碳的手段，氢产业是独一无二的，它能使各国实现稳定气候的既定目标。但要实现这一重要目标，整个行业的一切都必须改变。氢产业不能再保持小规模了。投资银行摩根斯坦利估计，如果政府认真对待他们的绿色承诺，随着氢应用的增长，今天的市场可能会增长5倍多，到2050年超过5亿吨。 生产清洁氢将很有可能实现。目前从化石燃料中提取碳的方法可以与分离释放出二氧化碳并将其储存在地下的技术相结合，这是一种被称为碳捕获与储存（CCS）的方法。或者，化石燃料可以被完全从这一过程中剔除。可再生能源或其他清洁能源产生的电力可以用来撕裂水分子，从而释放其组成部分的氢和氧，这一过程被称为电解。 快速降低这些技术成本的一种方法是将碳价格提高到足够高的水平，让当前的行业采用这些技术。这看起来极不可能。在这种情况下，政府正试图通过产业政策和补贴来刺激对清洁氢的需求。欧盟的氢战略所指出：“从2030年到2050年，可再生氢技术应该达到成熟，并大规模部署，以覆盖所有难以脱碳的行业。”迫使该行业成熟到允许这种部署的水平，在截至2030年的10年里，将在全球吸收1000亿至1500亿美元的公共资金。 据行业联盟氢理事会估计，全球大约有350个大型项目正在进行中，以开发清洁的氢生产、分发设施和工厂，这些项目将利用氢来进行目前使用化石燃料的生产过程。从现在到2030年，这些项目将获得5000亿美元的公共和私人投资。  氢能应用范围日益广泛 使用氢能并不是平衡电力过剩和高需求地区的电力使用时间和地点的唯一方法。大型互联电网帮助很大，电池存储和智能电网技术也能在必要时减少负载。但对于能够处理季节与季节甚至年与年差异的长期存储而言，氢看起来比任何竞争对手都要好。 日本三菱集团的美国分公司正在犹他州进行一个有趣的项目，该项目将利用当地可再生能源生产氢，将其储存在附近的盐洞中，并将其作为燃料为一个巨大的涡轮机提供动力，产生清洁电力，而该电力最终将抵达洛杉矶。长期来看，纯氢可能来自遥远的地方。意大利斯纳姆公司是世界上最大的管道运营商之一，其老板马可·阿维拉（Marco Alverà）最近写了一本关于氢的书，他相信可以通过混合使用现有的和新的管道将绿色氢气从突尼斯运到巴伐利亚。澳大利亚和智利希望通过船运出口利用当地丰富的太阳能生产的氢能。 另一个氢能明显比可再生电力有优势的市场是钢铁。炼焦煤是当今炼钢不可或缺的一部分，而炼钢产生的温室气体约占总量的8%。另一种被称为直接还原的方法是用氢来做目前熔炉中碳所做的大部分化学工作。欧洲钢铁巨头阿塞洛-米塔尔（Arcelor Mittal）最近承诺投资100亿美元削减温室气体排放，并将氢作为实现这一目标的一种途径。 化学反应器、水泥窑和玻璃制造等工业过程也需要高温，而电力并不总是能轻易满足这一要求。在最近一份关于氢能经济的报告中，国际能源署指出，氢已经可以在某些工艺中直接取代天然气。氨水有时也可以作为一种简单的替代品。  当谈到航空和航运时，氢的作用是一个激烈争论的问题。对于短途旅行，电池可能足够了。使用燃料电池的飞机可能会给电池带来不小的冲击。一年前，人们在英国完成了首架商用飞机燃料电池驱动的飞行。挪威和美国西海岸的渡轮运营商正在试验由氢燃料电池提供动力的短途渡轮。欧洲飞机制造商空中客车正全力支持氢燃料。该公司老板劳美·法里（Laume Faury）对其优点大加赞赏：“氢的能量密度是煤油的三倍……（它）是为航空制造的。” 以重量为基础，这是正确的。但从体积上看不是。在室温和常压下，氢是宇宙中密度最小的气体。尽管按重量计算，它所携带的能量可能是煤油的3倍，但按体积计算，它所携带的能量却要少3000倍。因此，空客的美国竞争对手波音公司更加谨慎也就不足为奇了。在长途旅行中，飞机可能最终使用以氢为基础的清洁氨（许多大型船舶也可能这样做），或者更有可能使用合成碳氢化合物。在航空领域，这些合成燃料必须能够与先进的生物燃料竞争，后者是显而易见的替代品。  前景可观VS.启动困难 美国的康明斯（Cummins）公司几十年来以其传统发动机而闻名，现在又在氢能上下了大赌注，它收购了生产电解槽、燃料电池和氢罐的公司。该公司首席执行官汤姆·莱恩巴格（Tom Linebarger）表示，他非常有信心，到2030年，氢燃料卡车的总成本将与柴油卡车“持平”。他说，客户担心电池汽车的可靠性。“如果我是一家分销公司，有使用氢燃料电池的汽车，我就不需要依赖电网。” 在公路上如此，在铁路上也是如此。除中国外最大的铁路制造商法国阿尔斯通已经在德国运营氢动力列车。与柴油火车相比，这些高速运转的机车不会对当地空气产生污染，噪音也很小，而且乘坐起来和传统的电动火车一样平稳。该公司认为，到2035年，欧洲将有5000辆柴油列车退役，其中许多将被氢燃料列车取代。到2030年，氢燃料列车将占到尚未电气化列车的十分之一。 波士顿咨询集团（BCG）估计，到2030年，即使没有碳定价，氢燃料也能在价格上与其他列车燃料相比具有竞争力。该公司看到的另一个早期大市场是建筑设备和其他应用领域。波士顿咨询集团预计，重型卡车、船舶和化工应用将紧随其后，预计到2050年，与氢相关的机械和零部件市场规模将达到每年2000亿美元。  值得注意的是，这一切只有在供求同步增长的情况下才有意义。一种没有刺激供应的“照常经营”方式，将导致企业在现有的污染技术上加倍下注，尤其是在工业应用领域，因为应用新技术要更新老化的资本设备。但刺激供给将会产生阻力，无论是来自其他领域的在职者，还是来自财政部门，除非氢能需求明显地随供给而增长，并提供给人们想要的东西。 麦肯锡公司的伯纳德·赫德（Bernd Heid）先生将其与可再生能源产业相比较，后者可以接入现有电网，他将氢经济比作一个沉重的飞轮：“让它旋转需要更多的时间，但一旦它开始运转，就会真正运转起来。”他还补充说，旋转飞轮是一件棘手的事情。即使只是让它失去一点平衡，你也会冒着它被撕裂的风险。 文章为社会科学报“思想工坊”融媒体原创出品，原载于社会科学报第1783期第7版，文中内容仅代表作者观点，不代表本报立场。 |
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