英國《自然》周刊網(wǎng)站近日發(fā)表了題為《氫氣革命如何能幫助拯救地球坠韩，又如何不能》的文章，作者是達(dá)維德·卡斯泰爾韋基炼列，文章編譯如下：

滾燙的鐵水流動著，永不停歇俭尖。在這個位于瑞典最北端的鋼鐵廠氢惋，無論白天黑夜稽犁，每時每刻鐵水都會從90米高的巨型高爐底部冒出焰望。同樣無休無止的是已亥，一串串二氧化碳從頂部噴出熊赖。

二氧化碳是高爐燃燒煤炭時排出的廢棄物陷猫。呂勒奧這家工廠屬于瑞典聯(lián)合鋼鐵公司撰绕。瑞典聯(lián)合鋼鐵公司首席技術(shù)官馬丁·裴(音)說在轮，每使用1噸鐵煉鋼，這座高爐就會排出1.6噸二氧化碳铣碴。世界上有成百上千座類似的高爐，其中大多數(shù)排放量更大塑业。再加上這一能源密集行業(yè)的其他舉措，不難看出煉鋼的溫室氣體排放量如何占到全球的7%低柑。部分估算顯示屁膝，這一數(shù)字相當(dāng)于全世界乘用車尾氣的總和。

但在距離呂勒奧的高爐僅幾百米處穷歹，有一座較小的高爐，其碳污染要少得多段直。這項(xiàng)先導(dǎo)技術(shù)用氫取代煤炭吃溅，只排出水蒸氣鸯檬。裴說：“這是煉鋼的新方法决侈，有了這種方法喧务，我們原則上可以消除所有的二氧化碳赖歌。”

從氫到鋼的過程并非完全無污染：將鐵轉(zhuǎn)化為鋼的其他步驟還會排放二氧化碳功茴，而且鐵礦石必須經(jīng)過開采得來。不過痊土，去年得益于氫的幫助，此處生產(chǎn)出世界上首批“綠鋼”赁酝。氫是利用瑞典豐富的低碳電力制造的，低碳電力包括水力發(fā)電酌呆、核能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電。該試點(diǎn)工廠屬于HYBRIT公司——2016年瑞典聯(lián)合鋼鐵公司忱脆、瑞典公用事業(yè)公司瓦滕法爾集團(tuán)和瑞典礦業(yè)公司LKAB成立的合資企業(yè)。

氫有望幫助世界經(jīng)濟(jì)脫碳默言，而綠色煉鋼只是其中的途徑之一。盡管有人鼓吹將氫用作運(yùn)輸燃料豺这，但它不大可能在運(yùn)輸或供暖領(lǐng)域產(chǎn)生太大影響歼虽，因?yàn)殡姵睾碗娏σ呀?jīng)提供了更高效的低碳解決方案景妻。氫的最大貢獻(xiàn)將是凈化工業(yè)流程而灸，從塑料和化肥的生產(chǎn)到碳?xì)浠衔锏奶釤挸蜕蕖ＭǔＵJ(rèn)為這些行業(yè)更難脫碳隔节，媒體、投資者和決策者的關(guān)注也相對較少官帘。

氫或許還能在能源生產(chǎn)中找到用武之地瞬雹。有朝一日刽虹，由氫制成的液體燃料能為空中旅行和運(yùn)輸提供動力酗捌。氫甚至有助于使電網(wǎng)脫碳：過剩的太陽能或風(fēng)能可以轉(zhuǎn)化為氫氣涌哲，用于其他工業(yè)流程或僅僅是能源儲存胖缤。這樣一來阀圾，氫有望成為很多經(jīng)濟(jì)部門之間的橋梁。

美國麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師達(dá)里克·馬拉布拉加達(dá)說：“氫之所以獨(dú)特初烘，是因?yàn)樗闹品ê陀猛径喾N多樣涡真。”

決策者急于實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)貌授，已經(jīng)開始大力推廣氫吟因，尤其是在美國和歐盟势嫁。在某些情況下产歧，是對低碳?xì)浣o予價格補(bǔ)貼;在另一些情況下水芍，是對氫生產(chǎn)商或使用氫的行業(yè)提供稅收抵免。

在一定程度上由于這個原因存裁，對氫項(xiàng)目的投資正在激增斋垫。位于布魯塞爾的行業(yè)組織氫能委員會估計，目前已宣布成百上千的大型氫項(xiàng)目瞭核，累積起來唉私，截至2030年绎蒙，投資可能達(dá)到2400億美元——盡管目前為止捻爷，這些項(xiàng)目中只有十分之一的協(xié)議完全敲定份企。該委員會認(rèn)為巡莹，到2050年司志，氫和氫技術(shù)市場每年的規(guī)模將達(dá)到2.5萬億美元。

分析人士目前預(yù)計骂远，到本世紀(jì)中葉，全球氫產(chǎn)量將增加4到6倍腰根。這應(yīng)該有助于減少世界的碳足跡——但前提是氫本身是在不增加二氧化碳排放的情況下獲得的，就像呂勒奧的試點(diǎn)工廠那樣额嘿。

此前瘸恼，氫曾受到大肆宣傳。但這次在很多專家看來册养，投入的資金數(shù)額意味著氫產(chǎn)業(yè)確實(shí)要騰飛了东帅。分析人士說，轉(zhuǎn)向氫并不需要新技術(shù)修梭，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)得到測試茴茁，不過科學(xué)進(jìn)步有助于加速這種轉(zhuǎn)型。

位于美國科羅拉多州博爾德的可持續(xù)研究智庫落基山研究所的經(jīng)濟(jì)學(xué)家阿列克謝·塔塔連科說：“氫革命正在發(fā)生——這次是真的纸级。”

制氫已經(jīng)成為具有一定規(guī)模瞧纹，而且會造成污染的產(chǎn)業(yè)。據(jù)國際能源署估算宴宠，每年生產(chǎn)的氫氣約有9400萬噸澳券，幾乎全部來自天然氣等化石燃料。天然氣中的甲烷與氧氣發(fā)生反應(yīng)碾危，變成氫分子和二氧化碳乎渊。二氧化碳隨后排放到大氣中，每年約有9億噸丛铅，占全球二氧化碳排放總量的2%以上崩蚀，相當(dāng)于印尼和英國年排放量的加和。分析人士將這種造成污染的氫稱為“灰”氫壤趴。

目前涎拉，世界生產(chǎn)的氫大多用于關(guān)鍵行業(yè)的化學(xué)加工步驟。例如的圆，氫與空氣中的氮混合鼓拧，能制成化肥的原料之一氨。石油化工冶煉廠使用氫去除石油中的硫，或?qū)⑹椭胁糠州^大的碳?xì)浠衔锓纸鉃檩^小的碳?xì)浠衔锛玖Ｔ诨瘜W(xué)工業(yè)中钮糖，氫能制成大量產(chǎn)品，如甲醇酌住，而甲醇又用來合成無數(shù)其他化學(xué)品店归。

英國利布雷克同仁公司的能源顧問兼首席執(zhí)行官邁克爾·利布雷克在荷蘭鹿特丹舉行的世界氫大會上發(fā)表主旨演講說：“我們首先得把氫作為氣候變化的問題來應(yīng)對，然后才能把它當(dāng)作氣候變化的解決方案酪我。”

利用化石燃料制氫而排放的二氧化碳中消痛，有的可能會經(jīng)捕捉后儲存在地下，埋在儲層深處都哭。用這種方式脫碳的氫被稱為“藍(lán)”氫肄满。但藍(lán)氫的批評者指出，這并不能阻止所有的二氧化碳排放质涛，而且生產(chǎn)藍(lán)氫意味著繼續(xù)開采天然氣拭兢，這本身就會對環(huán)境造成不利影響。

另一種制氫的方法幾乎完全不用碳胯炊。這種電解水技術(shù)已有200年歷史：通過在鍍有催化劑的電極間釋放電流孟掺，電解器能從水中提取氫。如果為這一過程提供動力的是可再生能源回东，那么由此產(chǎn)生的就叫作綠氫喂搬。綠氫可能實(shí)現(xiàn)零排放，或者至少接近零排放成吓。

轉(zhuǎn)換成清潔氫的速度能有多快熙拐，關(guān)鍵決定因素之一是電解器的成本。國際能源署切咸、清潔能源分析機(jī)構(gòu)彭博新能源財經(jīng)和其他機(jī)構(gòu)預(yù)測搏翎，制造電解器的生產(chǎn)線越來越自動化，而不再是手工生產(chǎn)玲崩，所以成本可能迅速下降——到2030年會降低超過三分之二吸辽。

這就是為什么分析人士預(yù)測，生產(chǎn)綠氫的成本會從現(xiàn)在的每千克5美元左右降至未來的每千克1美元——即使沒有減稅等補(bǔ)貼政策盟步。這會讓綠氫足以和灰氫競爭藏斩，灰氫的生產(chǎn)成本為每千克不到1美元(前提是沒有爆發(fā)戰(zhàn)爭推高天然氣價格，就像歐洲經(jīng)歷的那樣)却盘。即便如此狰域，多項(xiàng)研究預(yù)測，隨著需求激增黄橘，未來幾十年很大一部分氫需求將由藍(lán)氫來滿足兆览。

這種轉(zhuǎn)變將需要大量可再生能源屈溉。就算電解器的效率達(dá)到100%，每年通過可再生能源制備的電量也要超過3000太瓦時拓颓，才剛剛能把今天所用的灰氫替換成綠氫语婴。實(shí)際上描孟，所需電量很可能超過4500太瓦時驶睦，這相當(dāng)于美國一年的發(fā)電量。此外匿醒，國際能源署設(shè)想场航，考慮到本世紀(jì)中葉前實(shí)現(xiàn)凈零排放的情形，未來清潔氫每年的電力需求將增加到1.48萬太瓦時抢妈。

盡管如此呼笨，清潔能源正在以驚人的速度增長。例如栖俐，彭博新能源財經(jīng)預(yù)計肪吁，到2024年全世界的光伏發(fā)電能力將接近1太瓦，僅此一項(xiàng)就能滿足今天七分之一的年電力需求肥寺。國際能源署說获踏，整體上看，到本世紀(jì)中葉糯敢，全球低排放電力供應(yīng)將增加兩倍以上——盡管要實(shí)現(xiàn)2050年凈零排放目標(biāo)仍需更積極的擴(kuò)張行贤。

芬蘭拉彭蘭塔-拉赫蒂理工大學(xué)能源系統(tǒng)分析師克里斯蒂安·布雷耶說，從長遠(yuǎn)來看瞎弥，氫對減緩全球變暖的最大貢獻(xiàn)可能是成為電力播瓦、建筑、制造和運(yùn)輸?shù)雀鞣N活動之間的橋梁祝鞍，從而使所有活動共同完全脫碳的成本低于每個行業(yè)嘗試單獨(dú)脫碳的成本众琼。

這個相互關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是發(fā)電。在這方面椰弊，氫可能有助于解決可再生能源一個廣為人知的缺點(diǎn)：盡管數(shù)量充足嘁酿，但在時間和季節(jié)上分布不均，而且常常不可預(yù)測男应，這使得各地區(qū)很難作出長期規(guī)劃闹司。

研究人員要在模擬工作中試圖平衡未來電網(wǎng)的供需關(guān)系，比如沐飘，他們必須制定計劃：如果在歐洲寒冷游桩、黑暗的冬天，一周都沒有風(fēng)時要如何供電耐朴〗栉裕科研人員用德語命名了這一現(xiàn)象，可大致翻譯為“黑暗無風(fēng)期”。

電池將有助于平衡不同時間的供需關(guān)系铐刘。但有研究顯示陪每，一旦風(fēng)能和太陽能占電網(wǎng)總電量的比例超過80%，要讓電網(wǎng)以足夠韌性應(yīng)對“黑暗無風(fēng)期”就會極其昂貴镰吵。正在考慮的解決方案之一是額外建造足夠多的風(fēng)力發(fā)電機(jī)檩禾，使得電網(wǎng)足以挺過風(fēng)力最平靜的冬天，然后利用這些發(fā)電機(jī)在一年的大部分時間里制氫旁班。制出的氫可以賣給鋼鐵廠等工業(yè)客戶蔑誓，或當(dāng)作交通、運(yùn)輸和出口的液體燃料职菜。

在一年中特別嚴(yán)峻的時期誉梳，可以通過燃燒氫來再次發(fā)電，就像依靠天然氣運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)那樣兰险。但這樣做會造成非常大的浪費(fèi)：與制氫最初投入的電力相比骇俏，電網(wǎng)燃燒氫只能產(chǎn)出三分之一或更少的電力。

目前尚不清楚脚培，與建設(shè)核電站或擴(kuò)大使用地?zé)崮芟啾缺庇簦獮樽詈?0%的電力脫碳，這是否是性價比最高的方式蝴趾。聯(lián)合國國際可再生能源組織等機(jī)構(gòu)的分地區(qū)研究表明勋酿，最佳組合可能因國家而異。

雖然氫有各種各樣的可能用途愿味，但并不是所有問題的最佳解決方案博个。對乘用車來說，電池已經(jīng)基本贏得了競爭功偿，因?yàn)橄啾人奶帞y帶氫氣罐盆佣、還要將氫能轉(zhuǎn)換成電能，電池是效率更高械荷、成本更低的解決方案共耍。

使用氫并不劃算的另一個領(lǐng)域是為家庭供暖提供燃料。位于英國斯特拉思克萊德大學(xué)土木工程師麗貝卡·倫恩說吨瞎，如果是灰氫痹兜，也就是用天然氣制成的氫，那么只會加劇全球變暖颤诀。在英國國家工程政策中心近期發(fā)布的一項(xiàng)研究中字旭，包括她在內(nèi)的多人指出，將氫用于家庭取暖是有問題的崖叫。

即使是綠氫遗淳，也就是由可再生能源發(fā)電制成的氫拍柒，用這種電直接為住宅供暖的效率要高出最多5倍。比如止既，利用熱泵將熱能從室外吸進(jìn)室內(nèi)柔朽，其效能遠(yuǎn)高于100%。

英國帝國理工學(xué)院工程研究員妮萊·沙阿牽頭了國家工程政策中心的研究核瘤。沙阿說精杜，要想以最快速度減排，政策應(yīng)優(yōu)先放在改進(jìn)住宅隔熱揭轰，這能減少對取暖能源的需求筑渴，無論這種能源從何而來贰筹。

國際能源署預(yù)計少炎，到2030年，全球氫需求可能增長20%至30%前挡。目前尚在醞釀中的低碳?xì)漤?xiàng)目只夠滿足約四分之一的需求峡审。這表明氫擴(kuò)張計劃還不夠有雄心：要想讓世界在本世紀(jì)中葉達(dá)到凈零排放，2030年前氫產(chǎn)量需要達(dá)到約1.8億噸屎谆，其中半數(shù)應(yīng)為低排放氫拨聚。