01 導(dǎo)讀氫能，一直以來被廣泛的認(rèn)為是一種“清潔能源”，在我們的印象里，它的化學(xué)組成決定了燃燒產(chǎn)物僅僅是水，它一直以來被認(rèn)為是人類能源變革性發(fā)展之路上的所謂“終極之巔”。盡管當(dāng)下的發(fā)展之路依舊不平坦，例如，前不久的氫能燃料電池汽車的停產(chǎn)，以及氫氣安全性的顧慮，但我們依舊樂觀的認(rèn)為，氫能是解決溫室氣體排放導(dǎo)致全球變暖的一把鑰匙。不過，氫能與傳統(tǒng)能源的一大區(qū)別是它不能被孤立的開采，只能通過化學(xué)過程轉(zhuǎn)化而來，既然涉及到轉(zhuǎn)化，就不能孤立的將其視為一種“獨立性能源”。然而，關(guān)于氫能全生命周期對環(huán)境的影響，似乎很少有科學(xué)研究的報道。近日，來自美國康奈爾和斯坦福大學(xué)的兩位學(xué)者，發(fā)表了首篇經(jīng)過同行評議的有關(guān)氫能全生命周期“碳排放”的成果(How green is blue hydrogen? Energy Sci Eng.2021)，文章發(fā)表后得到了百家國外媒體的關(guān)注，并在社交媒體被轉(zhuǎn)發(fā)破千次，這源于該研究的主要發(fā)現(xiàn)：藍(lán)氫的溫室氣體排放量比燒天然氣或用煤取暖大20%以上，比燃燒柴油取暖大60%左右比燒煤還污染的氫？沒聽錯吧！

02 藍(lán)氫更綠還是更灰？1.氫代言當(dāng)前，氫氣主要用于工業(yè)煉油和氮肥生產(chǎn)中，很少用于能源，因為相對于化石燃料而言，氫氣價格昂貴。然而，正如《紐約時報》的報道所說，我們正把氫作為應(yīng)對氣候變化的“代言人”。例如，氫氣不僅可用于難以脫碳的經(jīng)濟部門，如卡車和飛機的長途運輸，還可用于取暖和做飯，將氫氣與天然氣混合并通過現(xiàn)有的管道輸送給家庭和企業(yè)。這么一來，氫似乎已經(jīng)成為了解決我們各自應(yīng)用場景的能源新氣象，難道它真的就人畜無害了？2.多色氫我們使用的絕大多數(shù)氫氣 (96%) 來自化石燃料，通常采用天然氣的蒸汽甲烷重整 (SMR) 以及煤氣化來獲取。其中，SMR 約占全球氫氣產(chǎn)量的近75%，通常稱之為“灰氫”（以與煤氣化制成的“棕氫”對比），灰氫的生產(chǎn)占全球天然氣消費總量的 6%。此外，氫氣也可以通過電解水產(chǎn)生，當(dāng)這種電力由清潔的可再生能源（例如水、風(fēng)或太陽能）產(chǎn)生時，此時的氫被稱為“綠氫”。由于灰氫的溫室氣體排放量高，因此，現(xiàn)在廣泛推薦使用“藍(lán)氫”，那么，藍(lán)氫是什么？其實就是在灰氫的生成中增加了可以捕獲和儲存二氧化碳的設(shè)備與工藝。截至 2021 年，全球只有兩家商業(yè)化的規(guī)模化生產(chǎn)藍(lán)氫的設(shè)施，一家由殼牌在加拿大運營，另一家由Air Products在美國運營。通常情況，人們認(rèn)為藍(lán)氫為具有近零或低的溫室氣體排放量（What Colour is Your Hydrogen? A Power TechnologyJargon-Buster. London, UK: Power Technology; 2020）。然而，并非所有的二氧化碳排放都可以被捕獲，并且在藍(lán)氫的生產(chǎn)過程中會排放一些二氧化碳。3.被忽視的它不過，我們忽視了另一種溫室氣體的排放，那就是生產(chǎn)藍(lán)氫所需的天然氣相關(guān)的甲烷排放。甲烷是一種強大的溫室氣體，它作為變暖劑的作用比二氧化碳強 100 倍以上，并且在20 年內(nèi)所引起的變暖效應(yīng)是二氧化碳的86 倍。據(jù)估計，近幾十年來發(fā)生的全球凈變暖中約有 25% 是由甲烷引起的。在聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署指出，到 2030 年，全球所有來源的甲烷排放量需要減少 40%-45%，以實現(xiàn)將全球溫度上升限制在 1.5°C 的最低成本途徑。在大氣中，甲烷的壽命(~12年)要比二氧化碳(＞50年)短，因此，甲烷含量的控制能在短期內(nèi)見效，而二氧化碳的減排則需要長期才能顯現(xiàn)。4.藍(lán)氫的碳排放

圖1比較灰氫、藍(lán)氫（SMR 過程中捕獲二氧化碳）、藍(lán)氫（SMR 過程+運行SMR設(shè)備產(chǎn)生廢氣均進(jìn)行碳捕獲），天然氣燃燒產(chǎn)熱，柴油燃燒產(chǎn)熱，煤燃燒產(chǎn)熱的二氧化碳當(dāng)量（甲烷泄漏率設(shè)定為3.5%）。(DOI: 10.1002/ese3.956)圖1的數(shù)據(jù)清晰的表明：1）與任何化石燃料相比，灰氫和藍(lán)氫（無論是否對廢氣進(jìn)行碳捕獲處理）的二氧化碳和甲烷總排放量都更大；2）甲烷排放是造成這種情況的主要因素，灰氫和藍(lán)氫的甲烷排放量比任何化石燃料都要多；3）與煤或柴油相比，灰氫或藍(lán)氫的二氧化碳排放量更少；4）灰氫的二氧化碳排放量比天然氣稍大。此外，研究還發(fā)現(xiàn)二氧化碳捕獲屬于能源密集型，捕獲更多的二氧化碳需要更多的能量，如果這種能量來自天然氣，那么二氧化碳和逸散性甲烷排放量的增加將抵消大量由于碳捕獲而減少的二氧化碳排放。5.藍(lán)氫是真夢想？藍(lán)氫產(chǎn)生的部分排放是天然氣作為 SMR 工藝的甲烷原料來源的提取、加工和使用過程中固有的。逸散性甲烷排放以及生產(chǎn)、加工和運輸轉(zhuǎn)化為氫氣的天然氣所需的能源導(dǎo)致的上游二氧化碳排放是不可避免的。因此，溫室氣體的排放量仍然很高，而且還會大量消耗可再生電力，這是一種機會成本。與直接使用天然氣加熱相比，使用由天然氣驅(qū)動的藍(lán)氫沒有優(yōu)勢。藍(lán)氫遠(yuǎn)非低排放，其排放量與用于加熱的天然氣一樣大或更大。與天然氣相比，藍(lán)氫的二氧化碳排放量略有減少，但更多的逸散甲烷排放量彌補了這一點。此外，這項研究的分析是關(guān)于藍(lán)氫的理想情況。即，假設(shè)捕獲的二氧化碳可以無限期地儲存數(shù)十年和數(shù)百年。事實上，在商用領(lǐng)域，還沒有從碳捕獲中儲存二氧化碳的經(jīng)驗，目前捕獲的大部分二氧化碳用于提高石油采收率并釋放回大氣。此外，也沒有考慮運輸和儲存捕獲的二氧化碳的能源成本和相關(guān)的溫室氣體排放。盡管如此，即使沒有這些考量，藍(lán)氫也會對氣候產(chǎn)生巨大的影響。正如這項研究的作者Howarth所說的那樣“藍(lán)氫聽起來不錯，聽起來現(xiàn)代，聽起來像是通往我們能源未來的道路。但它不是。”03 氫能的未來之路取代藍(lán)氫的偽善面具，最終還得更低碳的氫來出手。9月13日，科技部關(guān)于發(fā)布國家重點研發(fā)計劃 “氫能技術(shù)”重點專項2021年度定向項目申報指南的通知下發(fā)，該專項計劃由14位專家編制完成。據(jù)申報指南顯示，2021 年擬在“ 氫進(jìn)萬家” 綜合示范技術(shù)方向，啟動 1 個定向項目， 擬安排國撥經(jīng)費 1.5 億元。主要課題為氫能動力及供能關(guān)鍵技術(shù)集成及在高速、 港口、 園區(qū)典型場景的應(yīng)用示范（示范應(yīng)用），其中包括了適應(yīng)多場景的氫能動力系統(tǒng)、高速公路零碳?xì)淠芊?wù)區(qū)、低碳?xì)淠芨劭凇⒌吞細(xì)淠芄I(yè)園區(qū)、氫能高速公路等考核指標(biāo)。其中，有關(guān)“氫”的部分指標(biāo)值得關(guān)注：研發(fā)光伏—電解制氫—氫熱電聯(lián)供耦合的微網(wǎng)集成系統(tǒng)、低碳?xì)淠芄I(yè)園區(qū)替代天然氣供熱、 燃料電池?zé)犭娐?lián)供的氫氣使用量不低于 1 萬噸、 低碳?xì)淠軕?yīng)用過程中 CO2減排不少于 10 萬噸。低碳?xì)湓趪鴥?nèi)正開始布局，靜待花開，結(jié)出碩果！