彭博新能源財經創(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。
20世紀70年代和80年代石油危機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：“石器時代并不是因為缺乏石頭而結束的，石油時代將在世界石油枯竭之前結束”，他當時所想到的不是可再生能源和電動汽車，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；它既能產生熱量，也能發(fā)電；它可以生產、儲存、運輸和使用，不會產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，或者與有機化學物或金屬氫化物結合。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備有許多活動部件需要維護；它能使金屬變脆；它可能泄漏并發(fā)生爆炸。
一點歷史
盡管有這些明顯的缺點，氫仍然像以其魅力控制著技術樂觀主義者的想象力。這種樂觀至少可以追溯到1970年，當時密歇根大學的核物理學家勞倫斯W瓊斯（Lawrence W Jones）發(fā)表了一篇題為《液態(tài)氫燃料經濟性》的論文。他在論文中指出：“必須認真考慮使用液氫作為陸空運輸碳氫燃料的長期替代品，作為21世紀碳氫化合物的合理替代品?！?
20世紀70年代中期，日本將氫氣列為其“陽光計劃”的五個重點領域之一，其總預算相當于今天的24億美元，旨在確定在第一次石油危機后為這個資源貧乏的國家提供能源的方式（其他領域包括太陽能、地熱、煤氣化/液化）。
上世紀80年代油價暴跌時，氫能對公眾想象力的控制力消失了，但在2000年前后的技術泡沫中又轟然回升。從1997年9月到2000年3月，作為氫燃料電池的旗艦企業(yè)，巴拉德動力系統公司的股價猛增了1000%。未來學研究者杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）在《氫經濟》（The Hydrogen Economy）中推崇全球氫能網絡，“數百萬終端用戶將把他們的燃料電池連接到地方、地區(qū)和國家的氫能網絡中，創(chuàng)造一種新的分散式能源生產形式”。就連《經濟學人》雜志也認為：“由于氫氣可以通過地理分布的方式由任何地方的生產商生產，因此，任何一個歐佩克（OPEC）卡特爾或其未來繼承者都無法操縱供應或價格，我們永遠不會再有一場能源戰(zhàn)爭了?！?
可悲的是，就在里夫金的書在2002年底上架時，氫能夢想已經開始破滅——巴拉德的股票從峰值已經下跌了96%。很快噩夢就開始了：在接下來的10年里，巴拉德的股價將再跌93%，然后在2012年觸及最低點。
歐盟綠色協議與氫戰(zhàn)略
現在氫能又來了。歐盟的綠色協議，目標是到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月同時發(fā)布的兩個文件：歐盟能源系統整合戰(zhàn)略和氣候中性的氫戰(zhàn)略。這些計劃相當詳細地規(guī)定了“綠氫”的生產和分配的全面計劃，換句話說，利用可再生能源從水電解出的氫。
該計劃的建設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，需要在80-120GW新太陽能和風力發(fā)電上花費220-340億歐元；然后，將110億歐元用于改造現有化石H2電廠的一半，并進行碳捕獲和儲存；650億歐元用于氫氣運輸、分配，儲存和加油站。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500GW。從這一點上講，歐洲所有國家記錄的最大峰值電力負荷為546GW。氫戰(zhàn)略可能會推動歐洲電力需求翻番，電力供應翻番，配電能力翻番，以及歐洲范圍的氫氣管網。高盛公司大膽預測，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，全球與氫有關的基礎設施投資總額為11萬億美元。
綠色氫的經濟性
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成本降低到1.1至2.4歐元/千克。這是合理的目標嗎？
綠色氫的成本由四個主要因素驅動：可再生電力成本；電廠運行的容量系數；電解槽成本；以及資本的成本。
當然，可再生電力的成本在世界各地持續(xù)暴跌。目前，最好地點、最好的風力發(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)模的擴大，我們肯定會看到電解槽成本大幅度下降。但有這里有一個問題：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，中國領先的制造商已經以200美元/千瓦的價格供應設備。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氫氣的想法將變成海市蜃樓。對于一個島嶼電網來說，這可能是有意義的，但對于一個高度連接的、大陸規(guī)模的能源系統來說，這并不合理。綠氫會受到低成本、高容量的可再生電力的競爭。
藍氫怎么樣？
基于可再生能源的綠氫并不是零碳氫的唯一可能來源，還有“藍氫“——通過天然氣轉化或煤炭氣化產生，但二氧化碳排放被捕獲和封存。歐盟目前生產藍氫的成本為每公斤2歐元，到2030年藍色氫成本可能會高于綠氫成本。歐盟的氫能戰(zhàn)略以 110億歐元用于改造現有一半的化石燃料發(fā)電廠生產藍氫，但德國特別敵視藍色氫能，宣稱“只有在可再生能源基礎上生產的氫（綠氫）才是長期可持續(xù)的”。
對藍氫的保留態(tài)度通常有兩個合理的理由，還有一個不太合理的理由。第一個理由是，通常只有90%的二氧化碳被捕獲；這一比例可以增加，但只會增加成本。第二個理由是碳排放：無論在哪里開采天然氣，都會有一定的泄漏損失，而甲烷（天然氣的主要成分）是一種強大的溫室氣體。第三個理由，有人不支持藍色氫氣，因為它的生產將有利于石油和天然氣公司，這是許多激進的環(huán)保主義者無法接受的。
會有綠天鵝嗎？
真正的零碳氫也可以通過熱解過程產生，通過熱解過程，天然氣通過熔融的堿或金屬，產生副產品炭黑。這種“綠松石氫”工藝可以由清潔能源驅動，看起來經濟上很有前途，不過，就像藍色氫一樣，它受到環(huán)保主義者的反對，因為它不能消除天然氣泄漏損失排放的風險，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，但在產生零碳氫方面仍有潛在的吸引力。與可再生能源相比，核能在工業(yè)生產過程中有兩大優(yōu)勢：一是它全天候運行，二是產生可利用的廢熱。這些優(yōu)勢是否足以應對可能持續(xù)存在的核能平準化成本劣勢，以及核電不可避免的伴隨風險，仍有待檢驗。
最后一個值得一提的零碳氫概念是 “熱氫”。在大多數氫電解計劃中，副產品氧沒有價值。但在熱氫概念中，氧燃料混合物被用來驅動一臺Allam循環(huán)發(fā)電機，產生電力和熱量，并在除去水之后輸送二氧化碳，隨時可供使用或儲存，其成本遠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，產生氫氣和在此過程中消耗的氧氣。
運輸成本
根據彭博新能源財經關于氫氣運輸和配送的最新報告，在歐洲各地分通過管道運氫，每公斤增加7至50歐分，但最高可達7歐元（具體取決于體積和距離），而綠氫目標成本為每公斤1.1至2.4歐元。在沒有管道的地方，長距離大量運輸氫的最可行的載體似乎是氨，包括轉化，存儲等在內的總運輸成本也可能是生產氫的成本的三倍。9月，沙特阿美公司和日本能源經濟研究所合作，從沙特阿拉伯向日本發(fā)送了世界上第一批藍色氨氣（天然氣制氨并捕獲并儲存了二氧化碳），將其用于產生零碳發(fā)電，但很難有經濟競爭性。
結論
到2030年，綠氫（可再生能源制氫）能與藍氫（天然氣制氫加碳捕獲）競爭嗎？是的，可能。到2050年，會有大量的綠色氫上市，但大部分可能是從生產成本更低的地方進口的。即使是在歐洲生產的綠氫，也可能不會使用歐洲的電解槽，當然也不會完全使用歐洲的可再生能源。
