隨著世界各國堅定減少碳排放的承諾，許多國家正在轉向一種未來不確定的新興解決方案：氫氣。氫氣被稱為氣候解決方案的“瑞士軍刀”，有可能在工業過程、交通、建筑和發電廠中取代化石燃料，而且燃燒時不會排放任何溫室氣體。

但是，建立一個無排放氫燃料世界的想法還有很長的路要走。目前，氫主要用于煉油廠和化肥生產。根據國際能源機構的數據，今天，世界上99%的氫氣供應來自天然氣和煤，其年排放量與英國和印度尼西亞的排放量相當。

擴大更清潔的氫氣生產方式和新的氫氣使用方式將需要在研發方面進行大量投資，并可能對碳進行補貼或定價，以使其與化石燃料具有競爭力。拜登政府正在沿著這條道路前進，目標是到2030年將清潔氫的成本降低80%。美國參議院在8月初通過的兩黨基礎設施法案撥款80億美元，用于創建四個“清潔氫中心”，以展示其在四種不同應用中的生產和使用。

但隨著氣候影響惡化的時鐘滴答作響，專家們正在爭論追求清潔氫氣的每一種可能用途是否明智。一些氣候倡導者擔心，對氫能的執著可能會使人們的注意力和資源從現有技術上轉移，而這些技術可以更快地減少排放。例如，天然氣公用事業公司表示，他們最終希望將清潔的氫氣輸送到人們的家中，為他們的加熱器和爐子提供動力，但現在市場上已經出現了可由可再生電力提供動力的電加熱和烹飪器具。

這是一場復雜的辯論，它更多地涉及政治、金錢和時間，而不是技術。為了應對這些爭論，理解清潔氫的核心挑戰很重要。與化石燃料不同，它不能從地球上挖出。無論它是如何制造的，都會有能量在這個過程中損失。

與目前使用天然氣或煤炭生產的氫氣不同，所謂的“綠色氫氣”是通過可再生電力將水分子分解為氫和氧而制成的。利用現有技術，這將導致初始能量損失20%至40%。這一損失推高了綠色氫的價格，使其更難與其他能源競爭。這也意味著，依賴綠色氫氣需要建設比我們可能需要的更多的風能和太陽能，但一些國家支持可再生能源的土地供應有限。

另一種可能性是將碳捕獲技術添加到現有的基于天然氣的氫氣生產中，以制造所謂的“藍色氫氣”，但這種方法需要額外的能量來運行碳捕獲和儲存設備。藍色氫的潛在氣候效益較弱，因為天然氣泄漏將強有力的溫室氣體甲烷排放到大氣中。這些泄漏必須大大減少，才能使藍色氫的排放量與“清潔”相當。

因此，我們使用清潔氫氣的最大限制是供應能力。除生產化肥外，人們普遍認為，清潔氫氣是減少經濟中許多“難以脫碳”部分排放的有力競爭者，而這些部分的活動很難用清潔電力提供動力。其中包括長途卡車運輸、航運、航空和煉鋼。同時生產化石燃料和可再生能源氫氣的法國氫氣公司法液空（Air Liquide）表示，大規模生產這些用途的氫氣將使新興市場得以崛起和繁榮。

氫能支持者的一個關鍵論點是，可以利用現有的化石燃料基礎設施，在某些情況下，公用事業公司正在重新利用現有的發電廠來使用氫能。在美國猶他州，一座舊煤電廠正在進行改造，以使用天然氣和清潔氫氣的混合物，目標是最終使用100%的清潔氫氣。紐約州正在長島現有的一家天然氣廠進行混合測試。但在短期內，將氫氣與天然氣混合不太可能顯著減少碳排放。商業上可行的發電廠技術目前可以燃燒高達30%的氫氣和70%的甲烷的混合物。根據2019年的一項同行評審研究，30%的氫氣混合只能減少燃燒天然氣的排放量約12%。

天然氣公用事業公司還提議將氫氣混合到輸送至家庭和建筑物的天然氣中。但美國的大部分管道系統無法輸送超過20%的氫氣，如果超過20%氫氣會損壞管道。更高的氫氣負荷將要求公用事業公司用不同的材料更換管道，這可能會將這些成本轉嫁給客戶。客戶還需要修改當前的設備或購買新設備。將綠色氫氣混合到天然氣系統中，無論是用于發電廠還是家庭，仍然非常值得——與其說是為了溫室氣體的減排，還不如說是為了創造太陽能和風能的新市場。

氫的批評者還有另一個擔憂，與效率、經濟甚至氣候變化無關。雖然在發電廠或鍋爐中燃燒氫氣不會排放溫室氣體，但確實會排放氮氧化物，這是一種對人類健康有害的污染物。然而，氫能批評者確實相信，清潔的氫氣可以通過另一種途徑支持電網：氫燃料電池。燃料電池通過化學反應而不是燃燒來發電，并且不會產生污染。燃料電池是比發電廠小得多的系統，可以通過陣列連接到電網，類似于電網規模的電池項目。

德國智庫Agora Energiewende的專家表示，燃料電池在至少十年內不太可能成為一種現實的選擇，因為燃料電池比傳統的基于燃燒的氫氣發電廠技術要昂貴得多。建造氫氣發電廠技術的公司正在努力降低氮氧化物的排放量，業內人士認為他們可以在十年內解決這一問題。

無論是發電廠還是燃料電池，氫氣都可像天然氣一樣大量儲存在地下，因此許多人將其視為在陽光和風力不足的季節提供清潔、長時間備用電力的關鍵工具。氫最具爭議的潛在用途是改造我們的管道系統，將氫氣輸送到家庭和建筑物中。由于低碳氫氣非常昂貴，這要么意味著向公用事業提供巨額補貼，要么將用戶費率提高至少五倍。在歐洲，與安裝氫氣鍋爐相比，安裝電動熱泵將在未來25年為客戶節省約23000至35000美元。

獨立能源分析師邁克爾·利布雷奇（Michael Liebreich）表示，家庭取暖是“氫文化戰爭中的第一線，對用氫取暖進行了大量游說。因為它將使用天然氣配送網絡，這是我們幾十年來建造的一項非常昂貴的資產，擁有它的公司不想放棄?！?在英國，一項由企業贊助的研究發現，利茲市的天然氣網絡可以以最小的成本向家庭運送低碳氫氣。蘇格蘭將是第一個向大約300戶家庭的網絡提供100%綠色氫氣的地區，參與者將獲得免費設備，試點將持續到2027年。在美國，紐約、馬薩諸塞、加利福尼亞和其他州的天然氣公用事業公司表示，清潔氫氣可以作為低碳混合燃料的一部分，它們可以在未來向客戶提供，以實現氣候目標。

利布雷奇曾將清潔氫氣的潛在用途按照經濟競爭性排列為“階梯”，他認為在建筑中使用氫氣的前景不大。但他也不認為政府花一些錢支持這類試驗有什么問題，因為人們從中可以學到很多東西。