氢有可能成为未来清洁能源系统中的重要能源载体，补充电力，但如果要发挥这一作用，它必须首先克服强大的技术障碍。

“根据国际能源署（IEA）最近的一份报告，氢气从未像国际能源署最近报告的那样，在电池和可再生能源等其他低碳能源技术方面取得了令人印象深刻的进展，因此从未享受到如此多的国际和跨行业利益。

在20世纪70年代的石油危机，20世纪90年代的气候问题以及对2000年代石油峰值的担忧之后，政策制定者对氢气产生了浓厚的兴趣- 只有当油价下跌并且环境政策转向其他更多的时候才会再次关注有前景的技术

但根据国际能源机构的说法，这次可能会有所不同，因为氢可能是实现政策制定者根据气候协议制定的深度脱碳目标所需的工具包的重要组成部分。

一些政府宣布，到本世纪中叶将净排放量减少到接近零的计划已经成为人们关注电力不是首选能源载体并且排放难以减少的行业。

这些行业包括航空，航运，钢铁生产，化学品制造，高温工业热，长途公路运输和建筑物供热。

计划中的双重过渡（将交付的能源系统转变为电力，并使发电脱碳）可能在这些地区不起作用。

根据IEA（“氢的未来：抓住今天的机遇”，IEA，2019年6月），氢可能是这些应用中至少一些应用中更好的能量载体。

氢可以带来其他好处，包括解决空气污染和促进清洁能源转型，同时减少对与化石燃料密切相关的工人和社区的干扰。

如果与氢捕获，利用和储存技术相结合，氢系统可以保护石油，天然气和煤炭工业中至少一些生产，运输和就业的未来作用。

生产

全球纯氢产量约为每年7000万吨，另外还有4500万吨氢气作为混合气体的一部分生产。

纯氢主要用于炼油和氨的生产，主要用于肥料，而混合气体用于甲醇和钢铁生产。纯氢尚未普遍用作燃料。

氢可以通过电解直接从水中产生，但是目前使用的几乎所有氢都是由蒸汽甲烷重整或煤气化产生的。

电解是将太阳能，风能和其他可再生能源的过剩电力转化为零排放的氢气的理想途径。

相比之下，蒸汽甲烷重整和煤气化都是能量密集型过程，这会产生大量的二氧化碳（CO2）。

纯氢产量目前占全球天然气使用量的6％，占全球煤炭使用量的2％。

生产每年约有8.3亿吨二氧化碳排放量，相当于印度尼西亚和英国的总排放量。

清洁能源

在未来的清洁能源系统中，氢和电可以是互补的能量载体，因为电可以很容易地转化为氢并再次返回。

因此，氢可以通过提供随时间储存能量并长距离运输的方法来帮助解决间歇性可再生发电的问题。

“由于氢气可以储存和用于各个领域，将电能转化为氢能有助于在时间和地理上匹配可变能源供需，”IEA写道。

“如果没有氢气，基于电力的脱碳能源系统将更加基于流动。基于流动的能源系统必须实时，远距离匹配需求和供应，并且容易受到供应中断的影响。”

由于许多不同的利益集团有这么多的潜在利益，难怪氢气已经吸引了广泛的联盟的支持。

政治使氢成为其他反对利益集团之间的完美桥梁，包括化石燃料生产商和可再生能源产业，环保活动家和石油输出国。

但是，如果氢能够实现这一潜力，就需要克服生产，分配和储存方面的严峻技术问题。

挑战

氢是一种丰富但非常活泼的元素，在自然界中不具有化学游离性，并且通常与氧或碳原子结合。

“要从天然化合物中获取氢，需要能量消耗，”弗吉尼亚联邦大学化学工程教授，2009年发表的一项主要研究的编辑Ram Gupta写道。

因此，必须将氢气视为能量载体 -储存和传输来自能源的能源

氢分子小，重，与其他元素高度反应，非常易燃，燃烧更热火焰比天然气（甲烷）。

安全问题需要特别小心地处理，因为氢气容易泄漏并且很容易被点燃以产生爆炸 - 尽管它也比空气密度低，因此可以快速扩散，这有助于降低爆炸风险。

氢的反应性带来了更大的挑战，因为它会渗透钢，导致氢致裂纹和氢脆，这两种情况都会导致管道失效，除非使用昂贵的特种钢。

然而，与传统燃料（如天然气或汽油）相比，最大的挑战与氢的能量密度非常低有关。

按质量计，氢气具有任何燃料的最高能量含量。以重量计，一公斤氢气的能量几乎是一公斤汽油的三倍。

但就量而言，氢气比其他燃料含有更少的能量。如果氢气作为气体储存，则需要一个约为汽油罐体积3000倍的储罐，以容纳相同的能量。

因此，使用纯氢仅在压缩或甚至液化以增加其能量密度时才是实用的。

但即使在最高能量密度的液体形式中，立方米的氢气仅含有四分之一的能量作为立方米的汽油。

压缩或液化比天然气昂贵得多，并且需要消耗更多的能量。

因此，低能量密度是在运输系统甚至一些固定应用中利用氢的主要障碍。

根据国际能源署的数据，仅有11,000辆氢动力汽车在路上行驶，还有2万辆仓库使用的叉车，加油更加简单。

CO2定价

生产氢气 - 电解和气化/蒸汽甲烷重整的双重途径是氢气吸引各种各样的利益集团和政府的主要原因。

国际能源署提出了几种实用的方法，可以在政府的支持下扩大氢气的使用范围，包括将低浓度的氢气混合到现有的天然气管道中。

但是，除非蒸汽甲烷重整和煤气化产生的氢气与碳捕获和储存技术相结合，否则它将增加而不是减少温室气体排放。

因此，氢燃料系统是大规模碳捕获，利用和存储技术未来可行性的赌博。

目前，鉴于该过程中的巨大能源成本，碳捕获和储存可能在没有显着的二氧化碳排放价格的情况下仍然不可行。

因此，未来氢能经济的最大障碍不是天然气储存和分配工程，而是排放定价政策。

如果可以解决政治排放定价问题，氢气是通往更清洁能源系统的一条可能途径 - 尽管它必须与其他可能更便宜和更便利的技术竞争。

如果排放定价问题仍未得到解决，氢气可能仍然过于昂贵而无法广泛使用。

以上是路透社市场分析师约翰•肯普（John Kemp）的社论评论。表达的观点是他自己的观点。

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