海上风 清洁氢 共迎零碳未来！

要实现净零碳的目标，不能仅依靠可再生电力。某些行业难以脱碳——尤其是交通、建筑、工业和农业等能源密集型行业。这些能源使用部门需要新颖的解决方案来补充清洁、可再生的电力。

这就是氢的用武之地。氢是宇宙中最简单、最丰富的元素。它存在于水和所有生物中，但在地球上很少以气体的形式存在——它必须与其他元素分开。可以使用风能和太阳能等可再生能源生产氢气，这些能源不会排放导致气候变化的温室气体。特别是海上风能是一种有吸引力的能源，因为它允许在海上生产氢气并送回岸上，而非电子——从而缓解拥挤的电网。简而言之，氢也许是未来多个能源部门实现零碳排放的关键选择。

以能源制氢气

氢在自然界中不会自由存在，因为它很容易与其他元素发生反应并与之结合。由于这个特性，氢需要从现有分子中分离产生。这一过程需要能源，而能源可以来自各种渠道，包括可再生能源（风能、太阳能、水能、生物质能和地热能）、核能和化石燃料（例如天然气和煤炭——具有碳捕集与封存功能）。

天然气是目前用于生产氢气的主要燃料来源。虽然它目前是成本最低的选择之一，但使用天然气会向大气中释放二氧化碳。天然气工业使用碳捕集与封存来捕获天然气产生的温室气体，但该技术尚未得到广泛应用。 

或者，也可以通过电解水来生产氢气，例如利用风能或核能等清洁能源产生的电流将水分子分解为氧气和氢气。当电解的电力来自可再生能源时，不会有碳排放。虽然许多可再生能源可用于制氢，但全球各国政府和能源公司都更为青睐海上风能制氢，特别是工业部门的脱碳。目前在全球范围内已经有多个项目处于提议或早期开发阶段。

以氢气储能源

除了消除碳排放外，氢还可以提供储存多余可再生能源的功能，否则这些能源将被浪费掉。如今，当能源供应超过需求时，电网运营商偶尔会要求可再生能源发电商减舍可再生电力，因为没有足够的存储容量。随着电网中可再生能源数量的增加，这些挑战只会增加。

电池存储可以提供帮助，但仅依靠电池来解决季节性和长期存储需求并不划算。所以，与其浪费风能和其他可再生能源生产的额外资源，不如将其转化为氢气——氢气可以储存起来，在需要时通过燃料电池或氢气驱动涡轮机转化回电能。

氢的用途

目前，氢有多种工业用途，包括炼油、氨生产、甲醇生产和钢铁生产。清洁氢可以显著减少这些行业的碳足迹。DOE 的 H2@Scale 计划正在调研氢对不同应用的各类影响，包括难以使用其他方法脱碳的重型应用。例如重型卡车、铁路运输、海上应用以及数据中心的备用电源。

挑战尚存

尽管清洁氢可能成为未来重要的能源之一，但仍然存在局限性。由于目前生产成本更高，来自可再生能源的氢气占年产氢气的 1% 不到，而来自天然气的氢气占 95%。为了减少氢气产业的碳足迹并实现规模化，美国能源部于 2021 年 6 月 7 日宣布了 Hydrogen Shot，目标是在 1 个十年内将清洁氢的成本降低 80%，达到每 1 公斤 1 美元（“1 1 1”）。

由于氢气与其他气体燃料类似，易燃且能量密度低（即占用更多物理空间），因此储存和运输也是一个挑战。氢气的散装运输将需要继续研发加压、冷却、运输管道和本地制氢等技术以供直接使用。由于转化过程，来自可再生能源的氢目前效率较低，在电解过程中会损失一些能量。然而，应对这一挑战并提高电能转换效率的研究工作和示范工作正在进行中。 

风能制氢展望

虽然仅占当今能源结构的一小部分，但风能生产的氢可能会成为全球零碳未来的关键组成部分。DOE 的氢与燃料电池技术办公室正在进行的研究显示，氢的产量有增长为目前 5 倍的潜力。随着海上风能和其他可再生能源的增长，生产和储存清洁氢的机会也将增加。清洁氢可以帮助人类满足未来的能源需求。