几十年来，政府和工业界一直将氢视为寻求清洁能源的一种可能改变游戏规则的工具。早在克林顿政府执政初期，能源观察家和公共政策专家就对氢的优点赞不绝口，甚至有人开玩笑说氢是未来的能源，“而且永远都是”。
尽管近年来风能和太阳能已经变得普遍，但氢气一直受到高成本和其他挑战的阻碍。但这种燃料可能最终会迎来属于自己的时刻。在麻省理工学院能源倡议春季研讨会上——题为“氢在脱碳能源系统中的作用”——专家们讨论了氢的生产路线、氢消费市场、强大的氢基础设施的路径，以及实现“氢的未来”所需的政策变化。
在一个名为“大规模生产低碳氢气的选择”的小组讨论中，四名专家介绍了利用氢气脱碳的现有和计划工作。
“比赛开始了”
Huyen N. Dinh是美国国家可再生能源实验室(NREL)的高级科学家和小组经理，是由美国能源部(DOE)几个国家实验室组成的联盟HydroGEN的主任，该联盟加速了创新和先进的水分解材料和技术的研究和开发，用于清洁、可持续和低成本的制氢。
在过去的14年里，Dinh一直致力于NREL的燃料电池和氢气生产。“我们认为21世纪20年代是氢燃料的十年，”她说。Dinh认为，这种能源载体将在未来几年占据一席之地，他指出了围绕这种燃料的几项国内和国际活动，并引用了氢理事会的一份报告，该报告预测了氢的未来影响——包括到2050年的3000万个工作岗位和2.5万亿美元的全球收入。
“现在是使用氢的时候了，全球竞赛已经开始，”她说。
Dinh还解释了氢能项目的参数。氢能项目是美国能源部“能源地球项目”的第一个项目，旨在加速在可负担和可靠的清洁能源解决方案方面取得突破。目前氢燃料的生产成本约为每公斤5美元，氢Shot的既定目标是在十年内将成本降低80%，至每公斤1美元。
“氢Shot”计划将获得95亿美元的资金，用于美国不同地区的至少四个清洁氢枢纽，以及去年两党基础设施法中广泛的研发、制造和回收。尽管如此，Dinh指出，太阳能和风能花了40多年时间才具有成本竞争力，现在工业界、政府、国家实验室和学术领袖都希望在更短的时间内实现类似的氢燃料成本降低。她说，在短期内，利益相关者需要利用当今的可再生能源和核能，通过电解(用电分解水)来提高制氢的效率、耐久性和可承受性。她说，从长远来看，重点可能会转向更直接地通过热或太阳能分解水。
“时间很短，竞争很激烈，协调一致的努力对国内竞争力至关重要。”Dinh说。
跨越大陆的氢
挪威国际能源公司Equinor负责国际商业开发、勘探和生产的首席工程师Wambui Mutoru表示，氢是该公司到2050年实现碳中和目标的重要组成部分。该公司与合作伙伴合作，有几个氢项目正在进行中，Mutoru介绍了该公司在英格兰北部的氢到亨伯项目。目前，亨伯地区排放的二氧化碳比英国其他任何工业集群都多——实际上，比第二大碳排放国多50%。
“我们的目标是部署世界上第一个大规模氢价值链，以实现亨伯产业集群的脱碳。”Mutoru说。
该项目由三个部分组成:清洁氢气生产设施，陆上氢气和二氧化碳传输网络，以及海上二氧化碳运输和储存业务。Mutoru强调了碳捕获和储存在制氢中的重要性。她说，Equinor已经在海上捕获和封存了超过25年的碳，在此期间储存了超过2500万吨二氧化碳。
Mutoru还谈到了Equinor在美国阿巴拉契亚地区建立脱碳能源中心的努力，该地区覆盖俄亥俄州、西弗吉尼亚州和宾夕法尼亚州。她说，到2040年，该公司的目标是在该地区每年生产约150万吨清洁氢气——大致相当于680吉瓦的电力——同时储存3000万吨二氧化碳。
Mutoru承认，潜在的氢气生产商面临的最大挑战是目前缺乏可行的商业模式。“解决这一挑战需要跨行业合作，以及支持性的政策框架，这样氢气市场才能建立起来并长期持续下去。”她说。
面对障碍
陶氏化学公司执行外部战略和沟通主管格雷琴·拜尔指出，该公司已经通过多种方式生产氢气。首先，陶氏化学在德克萨斯州运营着世界上最大的乙烷裂解装置。乙烷裂解器加热乙烷，分解分子键形成乙烯，氢是这个过程的副产品之一。拜尔还展示了1891年电解盐水专利的幻灯片，电解盐水也能产生氢。该公司仍在进行这种实践，但陶氏没有一种有效的方法来利用产生的氢作为自己的燃料。
“花点时间想想这个问题。”Baier说。“我们一直在讨论氢气生产及其成本，这基本上是免费的氢气。但要回收并为我们所用还是有很大的障碍。环境显然正在发生变化，我们确实为此制定了计划，但我认为这给这里的行业带来了一些挑战。”
然而，拜尔表示，随着陶氏化学试图在2050年前实现脱碳，氢预计将在该公司的未来发挥重要作用。她说，该公司计划优化氢的分配和生产，改造用于氢燃料的涡轮机，并购买清洁氢。陶氏化学预计，到2040年，其60%以上的工厂将可用于氢燃料。
拜尔指出，氢燃料不是“灵丹妙药”，而是未来几十年工业界试图减少或消除碳排放的众多潜在贡献者之一。“氢扮演着重要的角色，但它不是唯一的答案，”她说。
“这是真的”
科琳·赖特(Colleen Wright)是Constellation公司战略副总裁，该公司最近从Exelon Corporation分离出来。(Exelon现在拥有前公司受监管的公用事业公司，如联邦爱迪生公司(Commonwealth Edison)和巴尔的摩燃气电力公司(Baltimore Gas and Electric)，而Constellation则拥有该公司颇具竞争力的发电和供应业务。)赖特强调了核能制氢的优势，她说，这些优势包括优越的经济效益、低门槛的实施和可扩展性。
“目前世界上四分之一的排放来自难以脱碳的部门——工业部门、钢铁制造、重型运输、航空。”她说。“这些都是非常具有挑战性的脱碳行业，随着我们继续扩张和电气化，我们将需要更多的供应。我们还需要使用零排放的能源生产清洁的氢气。”
赖特补充说:“核电站的规模是唯一适合扩大氢气生产的规模。”她提到了Constellation公司位于纽约州Nine Mile Point的基地，该基地获得了美国能源部的一项试点项目的资助，将在该基地安装一个质子交换膜电解槽。
“我们很高兴看到氢气从(研发)对话走向商业对话。”她说。“我们一直称它有点像‘中学舞会’。每个人都围成一圈，等着看谁愿意冒这个险。但这是真实的。我们不是在边缘跳舞。有很多人都是大玩家，他们愿意在今天的游戏中投入自己的精力。”
来源:https://www.nrel.gov/