氢能已被使用了几个世纪：从 1783 年雅克·查尔斯 (Jacques Charles) 放飞巴黎上空的气球，到成为 ASML 巨型芯片打印机不可或缺的一部分。近几十年来，更宏大的氢能经济已近在眼前，但就像核聚变一样，氢能仍未实现。但现在人们普遍认为，氢能的时代可能已经到来，并伴随着纳税人的巨额资金。美国将提供 80 亿美元的补贴作为其基础设施法案的一部分，而澳大利亚等其他国家也正准备成为氢能出口国。虽然氢能可以在从化石燃料向能源转型的过程中发挥关键作用，但许多支持者更多的是出于信念而非工程学的考虑，我们可能会忽视氢能的几个重大缺点。这些挑战表明，最小分子的作用更为温和。
我们可能会忽视氢能的几个重大缺点
由于氢分子非常小，因此极难控制。它与周围较大的分子碰撞，吸收了不成比例的能量，穿过最小的开口，甚至穿过金属和塑料。这些排放量的测量很少，但估计为 1-10%。相比之下，天然气行业中甲烷（一种大得多的分子）的排放量估计为 1-3%。学术界之外对它知之甚少，但大气中的氢气是一种间接的温室气体。历史估计认为它比二氧化碳强六倍，但最近的一篇论文指出，这大大低估了氢气对气候的影响。显然，这需要更多的考虑，但将氢气的应用限制在难以脱碳的工业设施（如钢铁厂）周围的大型枢纽，而不是考虑向分布式用户铺设广泛的管道，似乎是明智的做法。当今的石油和天然气行业竭尽全力防止甲烷逸出。
对于小得多的氢分子它可能会做得更糟
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制造氢气有效地储存了用于制造氢气的其他来源的能量。为了表征其能源来源，氢被标记为不同的颜色。如果它是通过分解煤炭或天然气制成的，它被称为灰色氢。如果分解这些化石燃料产生的碳被捕获和埋藏（碳捕获和储存），氢被标记为蓝色。最后，真正的绿色氢将由可再生天然气或使用可再生能源发电来分解水分子（电解）制成。这将是气候中性的氢，其生产几乎不会产生二氧化碳排放。但绿色氢是否存在，尚有争议。考虑一个例子，大型风电场的产出用于生产氢气。这可能被认为是绿色氢。但是当你包括整个以化石燃料为主的能源系统时，故事就变得复杂了。将风能转化为氢气，必然意味着延长化石燃料工厂的寿命，从而推迟其退役。在可再生能源净盈余、大多数化石燃料发电机退役之前。
制造绿色氢只是推迟关闭化石发电厂我们说的并不是小批量
国际能源署报告称，从长远来看，目前提出的氢气生产能力将需要 475 吉瓦的风能和太阳能——约占全球目前产能的三分之一。制造绿色氢气只是推迟了关闭化石能源发电厂的时间。我们说的并不是小批量。不可避免的结论是，除非可再生能源过剩，不再需要替代化石能源，否则绿色氢气就不可能存在。这将使我们进入本世纪下半叶。在此之前，氢气将是事实上的灰色——或者可能是蓝色——对气候的影响大多是负面的。蓝色氢气的温室气体足迹比燃烧天然气或煤炭取暖高出 20% 以上。
比燃烧柴油取暖高出
显然，制造绿色氢气需要大量能源。随后燃烧氢气也是低效的，会导致进一步的损失。例如，电动汽车使用的电力将比用相同电量制造的绿色氢气驱动的汽车行驶的距离多三倍。然而，尽管目前制造任何颜色的氢气效率都很低，但随着时间的推移，情况会变得更好。而且可能存在难以脱碳的行业，这足以证明转换过程中的损失是合理的。但电动汽车也一直在变 给扫地机装上仿生机械足，「追觅科技」五款新品发布 最前线 得更智能，所以这是一场电池和氢气之间的竞赛。澳大利亚和其他国家正在寻求将液态氢运往世界各地，就像目前液化天然气 (LNG) 所做的那样。但运输液态氢的成本至少是每单位成本的五倍液化天然气的能源消耗量几乎是液化天然气的四倍，这是因为液化天然气每立方米的能量几乎是氢气的四倍，而液化氢气所需的电力是液化天然气所需电力的三倍。
液化氢气的单位能源运输成本至少是液化天然气的五倍
比液化和运输氢气更有效的可再生能源分配方式可能是通过低损耗高压直流 (HVDC) 电力线长距离利用可再生能源。中国已经修建了超过 30,000 公里的线路，将西部最偏远的风能和太阳能发电厂与广阔的东部工业中心地带连接起来。甚至正在探索更雄心勃勃的项目，例如将澳大利亚的可再生能源直接连接到新加坡，或将智利的太阳能直接连接到中国。氢气运输的低效 率将需要胜过长距离电力电缆，后者将越来越多地提供现成的、更节能的替代方案。埃隆·马斯克早在 2017 年就说过：“除了（讽刺的是）火箭，一切都将完全电动化。船舶是继汽车之后最容易解决的问题。”除了我们正在学习不要与马斯克对赌之外，初创公司 Fleetzero 已经在建造电池电动货船。2021 年，一家以色列公司推出了九座电动通勤飞机 Alice，易捷航空正与 Wright Electric 合作，在 2023 年前在所有 500 公里以内的航线上测试电动飞机。智利的硝酸盐矿已经接收了他们的第一批重型电动卡车。
由廉价的安第斯太阳能供电
这些例子表明，随着电池创新的不断推进，氢能支持者所吹 量子数 捧的利基市场有缩小或消失的趋势。经济学家非常了解成本降低模式，它们大致由安装基数的规模驱动。电池的经济生态系统包括笔记本电脑和手机。这个规模推动了创新，它比氢能的规模大得多。其更大的安装基数将导致成本更快降低，因此氢气不太可能在成本效益方面赶上电池。这就是我们在实践中看到的，一个又一个曾经被确定为氢气的应用都变成了电气化应用。
因此如果绿色氢气听起来好得令
人难以置信，那很可能就是假的。气候紧急情况无疑证明了对氢气研究的高度关注是合理的。提高电解槽效率和更好地测量氢气泄漏至关重要。在严格控制和集中的工业中心部署氢气作为试点项目是有用的。但我们应该对绿色氢气可能仍遥遥无期的可能性持开放态度。巨额公共补贴支出肯定为时过早。
在严格控制和集中的工业中心部署氢气作为试点项目是有用的
推迟氢气部署不需要付出代价。未来几十年，所有可再生能源都将需要取代化石发电厂、公路运输和其他应用。将这些产能用于效率较低的制氢，不会带来任何净气候效益，甚至可能对整个系统产生不利影响。
因此，解决办法应该是立即实现一切电气化，同时在集中的工业集群中实现一些有针对性的氢气部署。我们还应该对氢气进行进一步研究，特别是其排放和变暖影响。
