氫能源能否在綠色能源領域占一席之地？

地球正義組織最近發布了一份報告，題為《氫氣的可再生未來》。該組織是一個非營利的環境法律組織，專注于保護健康，保護野生動物并推廣清潔能源。

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報告詳細闡述了氫是一種潛在的清潔能源，同時解釋了“綠色氫”和從化石燃料中產生的氫之間的區別。這份長達41頁的文件可以幫助政策決策者了解綠色氫的真正潛力，并避免化石燃料公司開展的氫運動背后的營銷陷阱。此外，報告還討論了綠色氫最有前途的應用。

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雖然氫具有綠色能源的潛力，但現實卻恰恰相反。該報告提到，今天，大多數氫的生產都不是通過環境友好的過程進行的，而且會大大加劇氣候變化。石油和天然氣公司是最大的氫氣生產商：氫氣是通過天然氣的蒸汽甲烷重整(SMR)獲得的，這個過程污染嚴重。全球99.8%的氫氣生產都不是綠色的，并產生了大量的空氣污染。此外，SMR排放有害污染物，如氮氧化物、一氧化碳和揮發性有機化合物。煉油廠附近的社區主要受到這些污染物的影響。

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化石燃料工業不僅是氫的生產者，也是氫的主要消費者(約60%的氫需求來自原油精煉廠)；在這里，氫被用來降低柴油的硫含量。第二大氫消費者是農業(約占30%)，被用作化肥的原料。剩下的10%用于其他化學過程，如甲醇生產。

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化石燃料公司聯合起來，爭取對氫生產的政策支持。他們不僅將其推廣為家庭應用(供暖、烹飪)的綠色解決方案，還將其推廣為交通運輸的解決方案。然而，值得注意的是，這些公司一直在使用相同的制氫工藝，這與綠色環保相距甚遠。

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氫作為脫碳工具

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如果政策制定者明白什么是綠色氫，那么氫就有可能成為一種脫碳工具。關鍵問題是:氫是如何產生的？今天，唯一不對環境產生負面影響的綠色制氫方法是完全可再生電能供電的電解。在這個過程中，氫從水分子中分離出來。國際能源署將“綠色氫”定義為利用可再生能源發電產生的氫。

使用可再生能源是至關重要的，因為電解是一個高度能源密集型的過程，使用任何其他可用能源將比SMR制氫過程產生更多的二氧化碳排放。

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該報告進一步警告決策者關于從生物甲烷或生物質中產生的氫，這也被稱為是一種“綠色”的方法。雖然生物質本應由有機廢物產生，但實際情況卻大不相同（這種生產方法只能提供所需生物量的一小部分)。通常，生物質是由木材或農作物生產的，目的是使其成為一種能源。生物質不是一種碳中性能源，并對溫室氣體排放有顯著貢獻。

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下圖說明了不同的制氫方法造成的碳排放。

綠色氫的生產能力

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目前，歐洲在應用該技術生產綠色氫氣方面處于領先地位。歐盟委員會的目標是，到2024年部署6千兆瓦、到2030年部署40千兆瓦的可再生氫電解槽。這將需要大規模的生產能力，而歐洲必須將其綠色氫項目增加一倍才能實現這一目標。最終目標是到2030年將電解設備的成本減半，因為目前電解設備的成本非常高。

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綠色氫的局限性

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綠色氫氣的第一個局限性是電能轉化為氫氣的過程中能效低下。由可再生能源供電的電解會造成巨大的能源損失——在20% 到40%之間。因此，氫是一種比可再生電力更昂貴的能源。此外，以氫為動力的設備比電設備效率低，氫的儲存和運輸也存在困難，而且氫生產需要水等環境挑戰。

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氫燃燒還會產生有害健康的污染。雖然氫燃料電池只釋放水蒸氣，但有很多應用場景只涉及氫氣燃燒，這時會釋放氮氧化物，它會損害人的心臟和呼吸功能。

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綠色氫的應用

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該報告討論了氫在家庭(供暖、烹飪)、工業和交通等不同應用中是否是一種有效的解決方案。

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分析認為，在家庭中，氫不能成為家用電器的第一選擇。因為存在氫氣泄漏的安全風險，而且氫氣也是一種溫室氣體。在家庭中更有效的解決方案是使用直接由可再生能源供電的電器。

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在交通領域，電動汽車比氫動力汽車更節能、更實惠。報告的合著者稱：“氫并不是營銷上所說的銀彈。更糟糕的是，由于化石燃料公司的氫炒作泛濫，可能會從電動汽車等解決方案中吸走資源，從而推遲清潔能源的轉型。在未來，綠色氫可能幫助我們將可再生能源帶到能源系統中最困難的角落，但它無法取代今天快速實現大部分經濟的電氣化?！?/p>

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雖然如此，綠色氫在無法實現電氣化的脫碳領域可以成為解決方案。關于氫的應用，可以分為以下三方面:

• 在綠色氫為有效解決方案的領域；

• 應謹慎探索綠色氫的行業；

• 在那些綠色氫不是有效解決方案的領域。

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如前所述，化石燃料工業產生大量的氫，這對氣候有重大影響。這可能是綠色氫成為減少排放解決方案最重要的領域。此外，綠色氫的使用不需要新技術。氫氣可以通過專用管道運輸，并儲存在目前使用的基礎設施中。值得注意的是，綠色氫替代化石氫的潛力不應被用作煉油廠和化肥廠擴張的借口。

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在許多領域，綠色氫可以作為一種脫碳工具，但由于一些缺點或技術的缺乏，需要謹慎探索。第一個潛在行業是海運行業，因為該行業產生的溫室氣體占排放總量的3%以及硫氧化物和氮氧化物污染總量的15%。由于電池容量有限還需要充電，目前還不是長途海運的解決方案。綠色氫被認為是一種潛在解決方案，因為它的儲存更簡單，能量密度更高。更環保的方法是在燃料電池中使用氫，但這項技術仍需改進。

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航空業也是污染的重要貢獻者之一，占全球二氧化碳排放量的2%左右。與海事一樣，在這種應用中使用電池也有局限性。有人提議使用綠色氫或其衍生氫液體燃料來脫碳。目前已有幾個試點項目，但技術還有待改進。

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高熱工業過程，如不能使用電脫碳的鋼鐵生產，可以使用綠色氫作為解決方案。這將是在鐵礦石還原過程中或在需要高溫熱量的過程中燃燒煤炭的替代方案。然而，這個行業需要一種低成本的加熱解決方案，這一點對綠色氫來說是一項挑戰。

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綠色氫與燃料電池結合，在可再生電力的長期存儲方面具有良好的潛力。燃料電池可以作為可逆的存儲解決方案，在需要的時候將綠色氫轉化為電力。

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燃料電池技術具有高效率，并且已經商用化。然而，與燃燒渦輪機相比，燃料電池的能量密度較低。它們對60兆瓦的小型發電廠有效；對于更高規模，燃料電池技術還需要改進以提高成本效益。

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總結

綜上所述，從化石燃料轉向可再生能源是減少排放的最有效方式。在不能直接使用可再生能源發電的部門，綠色氫可能會成為一個有效的解決方案。