钜大LARGE | 点击量：880次 | 2021年12月17日
氢能正在成为国家重点投资领域 为何要绿色氢气？
绿色氢最近经常出现在新闻中。当选总统拜登承诺将利用可再生能源生产比天然气成本更低的绿色氢气。美国能源部（DepartmentofEnergy）正投入高达1亿美元用于氢电池和燃料电池的研发。到2030年，欧盟将在绿色氢方面投资4300亿美元，以帮助实现其绿色协议的目标。智利、日本、德国、沙特阿拉伯和澳大利亚都在对绿色氢气进行重大投资。
那么，什么是绿色氢？简单地说，氢燃料是用可再生能源而不是化石燃料制造的。它有潜力为制造业、运输业等提供清洁能源，唯一的副产品是水。
绿色氢从何而来？
氢能用途非常广泛，因为它可以以气体或液体的形式使用，可以转换成电能或燃料，而且有许多生产氢能的方法。全球每年大约生产7000万公吨氢气，用于炼油、氨生产、钢铁制造、化学和化肥生产、食品加工、冶金等。
宇宙中的氢比任何其他元素都多据估计，大约90%的原子是氢。但是氢原子本身并不存在于自然界中。为了产生氢，它的原子需要与其他元素分离，这些元素与氢一起存在于水、植物或化石燃料中。这种脱钩的方式决定了氢能的可持续性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
目前使用的大部分氢气是通过一种叫做蒸汽甲烷重整的工艺生产的，这种工艺利用催化剂使甲烷和高温蒸汽发生反应，产生氢气、一氧化碳和少量二氧化碳。在随后的过程中，一氧化碳、蒸汽和催化剂发生反应，产生更多的氢气和二氧化碳。最后二氧化碳和杂质被去除，留下纯氢。其他化石燃料，如乙醇、丙烷、汽油和煤也可用于蒸汽重整制氢。这种以化石燃料为动力的生产方法每年产生灰色氢气和8.3亿吨二氧化碳排放量，相当于英国和印度尼西亚的排放量之和。
当蒸汽甲烷重整过程中产生的二氧化碳被捕获并储存在其他地方时，产生的氢气被称为蓝色氢气。
氢也可以通过电解水产生，只留下氧气作为副产品。电解利用电流在电解槽中将水分解成氢和氧。如果电力是由可再生能源产生的，比如太阳能或风能，那么产生的无污染氢就被称为绿色氢。可再生能源成本的迅速下降是人们对绿色氢气越来越感兴趣的原因之一。
为什么需要绿色氢气？
大多数专家都认为，绿色氢对于实现《巴黎协定》的目标至关重要，因为经济中有某些部分的排放很难消除。在美国，气候变暖排放的前三大来源来自交通、发电和工业。
能源效率、可再生能源和直接电气化可以减少电力生产和一部分运输的排放；但经济的最后15%左右，包括、航运、长途卡车运输以及混凝土和钢铁制造，很难脱碳，因为这些部门需要高能量密度燃料或高热量。绿色氢气可以满足这些需求。
绿色氢气的优点
氢是丰富的，它的供应几乎是无限的。它可以在生产或运输到其他地方的地方使用。与无法长时间储存大量电能的电池不同，氢可以从多余的可再生能源中产生，并大量储存很长时间。一磅一磅，氢所含的能量几乎是化石燃料的三倍，所以做功所需的能量更少。绿色氢的一个特别的优点是它可以在任何有水和电的地方产生，从而产生更多的电或热。
氢有许多用途。绿色氢气可以用于工业，可以储存在现有的燃气管道中，为家用电器提供动力。它可以运输可再生能源时，转化为载体，如氨，一个零碳燃料航运，例如。
氢还可以与燃料电池一起使用，为任何用电的东西提供动力，如电动汽车和电子设备。与电池不同的是，氢燃料电池不需要充电，只要有氢燃料就不会耗尽。
燃料电池的工作原理和电池一样：氢气被送入阳极，氧气被送入阴极；它们被催化剂和电解质膜分开，电解质膜只允许带正电荷的质子进入阴极。催化剂将氢的带负电电子分离，使带正电的质子通过电解液到达阴极。同时，电子通过外部电路传输，产生电能，电能在阴极与质子相遇，质子在阴极与氧气反应形成水。
氢被用来为氢燃料电池汽车提供动力。由于它的能源效率，氢燃料电池的效率是燃气内燃机的两到三倍。而燃料电池电动车的加油时间平均不到4分钟。
由于燃料电池可以独立于电网运行，因此可以在领域或灾区使用，并作为独立的发电机发电或供热。当它们固定在适当的位置时，就可以连接到电网以产生稳定可靠的电力。
绿色氢的挑战
它的易燃性和轻便性意味着氢和其他燃料一样，需要妥善处理。许多燃料是易燃的。与汽油、天然气和丙烷相比，氢气在空气中更易燃。然而，低浓度的氢与其他燃料具有相似的可燃性。由于氢的重量是汽油的57倍，它能迅速扩散到大气中，这是一个积极的安全特征。
因为氢的密度比汽油低得多，所以很难运输。它要么需要冷却到-253˚C才能液化，要么需要压缩到700倍大气压才能作为压缩气体输送。目前，氢气通过专用管道、低温液体罐车、运输气态氢的管拖车或铁路或驳船运输。
如今，1600英里长的氢气管道在美国各地输送气态氢，主要分布在化工厂和炼油厂使用氢气的地区，但这还不足以满足广泛使用氢气的需要。
天然气管道有时仅用于输送有限的氢气，因为氢气会使钢管和焊缝变脆，导致裂纹。当不到5%到10%的氢气与天然气混合时，氢气可以通过天然气基础设施安全地分配。为了分配纯氢，需要对天然气管道进行重大改造，以避免金属管道的潜在脆化，或者需要建造完全分离的氢气管道。
燃料电池技术一直受到燃料电池高成本的制约，因为昂贵的铂用于阳极和阴极，作为分解氢的催化剂。研究正在进行，以提高燃料电池的性能，并找到更有效和更便宜的材料。
燃料电池电动汽车面临的一个挑战是如何在车内储存足够的氢气，即5至13公斤的压缩氢气，以达到300英里的常规行驶里程。
燃料电池电动车市场也受到加油站稀缺的阻碍。截至8月，美国只有46个加氢站，其中43个在加州；加氢成本约为每磅8美元，而加州的每加仑汽油价格为3.18美元。
一切都归结为成本
绿色氢面临的各种障碍实际上可以减少到一个：成本。哥伦比亚大学全球能源政策中心高级研究学者胡里奥·弗里德曼认为，绿色氢唯一真正的挑战是它的价格。他说，每年生产7000万吨氢气，并通过管道运送到美国各地，这一事实表明，分配和使用氢气的技术问题“简单明了，而且相当清楚”。
问题是，目前绿色氢气的成本是美国天然气的三倍，生产绿色氢气的成本比生产灰色或蓝色氢气的成本要高得多，因为电解很贵，尽管随着制造规模的扩大，电解槽的价格正在下降。最近的一项研究显示，目前，灰色氢气每公斤价格约为1.50欧元（约合1.84美元），蓝色每公斤价格为2至3欧元，绿色每公斤价格为3.50至6欧元。
Friedmann详细介绍了降低绿色氢价格的三个关键策略，以便更多人购买：
1、支持新的氢气生产和使用的创新。他指出，国会刚刚通过的刺激法案提供这种支持，将有助于在未来几年削减燃料电池和绿色制氢的成本。
2、对氢的价格支持，如投资税收抵免或生产税收抵免，类似于为风能和太阳能建立的税收抵免，有助于推动其价格下跌。
3、限制排放的监管标准。例如，现在使用的氨有一半用于化肥生产。”弗里德曼说：“如果我们说‘我们有一个低碳氨的排放标准’，那么人们就会开始使用低碳氢来制造氨，而现在他们没有，因为它的成本更高。”但如果你有一个规定，说你必须这样做，那么它就更容易做到。”另一个监管选择是，政府可以决定采购绿色氢，并要求所有燃料都必须使用一定比例的绿色氢。
绿色氢的未来
麦肯锡的一项研究估计，到2030年，美国氢经济可能创造1400亿美元，并支持70万个就业岗位。
弗里德曼认为，在未来五到十年内，尤其是在欧洲和日本，将大量使用绿色氢气。然而，他认为，无论是管道基础设施还是输电线路，现有基础设施的限制都将很快达到，因为制造绿色氢气需要的电力容量将比我们现在的电力容量高出大约300%。他说：“我们将在电解槽制造、电力基础设施、港口制造和运输能力、工业改造速度等方面达到极限。我们没有人力资本，也没有基础设施。做这些事情需要一段时间。”
许多专家预测，我们还需要10年才能看到绿色氢气的广泛应用；然而，弗里德曼坚持认为，这10年的预测是基于一些假设他说：“这是以大规模生产电解槽为前提的，这在世界上任何地方都没有发生过。它的前提是一系列尚未做出的政策调整，以支持市场。这是以这些市场推动的一系列基础设施变革为前提的。”
在美国和世界各地有许多绿色能源项目试图应对这些挑战，并促进氢的采用。这里有几个例子。
加州将在2023年前投资2.3亿美元用于氢气项目；全球最大的绿色氢气项目正在加州兰开斯特由能源公司SGH2建造。这个创新的工厂将利用废物气化，每年燃烧4.2万吨再生废纸来生产绿色氢气。因为它不使用电解和可再生能源，它的氢气将与灰色氢气具有成本竞争力。
一个新的西方国家氢能联盟，由重型氢和燃料电池行业的领导者组成，正在推动在13个西方国家开发和部署燃料电池技术和基础设施。
欧洲氢工业，一个促进氢的领先协会，正在开发一种从农作物和森林残渣的生物质气化生产纯氢的工艺。由于生物质在生长过程中吸收大气中的二氧化碳，该协会坚持认为，生物质产生的净碳排放量相对较少。
由比尔·盖茨（BillGates）共同创立的突破能源公司（BreakthroughEnergy）正在投资一家新的绿色氢研发企业，名为欧洲绿色氢加速中心（EuropeangreenhydrogenAccelerationCenter）。它的目的是缩小目前化石燃料技术和绿色氢气之间的价格差距。突破能源公司还投资了ZeroAvia，一家开发氢燃料的公司。
去年12月，联合国发起了绿色氢弹射器倡议，召集了全球最大的7家绿色氢项目开发商，目标是到2027年将绿色氢的成本降至每公斤2美元以下，并将绿色氢的产量提高50倍。
归根结底，绿色氢能否实现其承诺和潜力，取决于汽车制造商、加油站开发商、能源公司和政府在未来几年愿意对其进行多少投资。
但由于对全球变暖置之不理不是一种选择，绿色氢有很大的潜力，弗里德曼对其未来持乐观态度。绿色氢是令人兴奋的，他说这是令人兴奋的，因为我们可以在每个领域使用它。这是令人兴奋的，因为它解决了问题工业和重型运输中最困难的部分。很有趣，因为成本正在下降。有很多方法可以制造零碳氢，蓝色和绿色。我们甚至可以用生物氢制造负碳氢。二十年前，我们还没有足够的技术和财力去做这件事。现在我们做到了。
