太陽能成本持續下降，氫能源或在十年內具有經濟競爭力

詹姆斯·坦普爾

世界正越來越多地依靠綠色氫燃料，來填補清潔能源難題中的一些關鍵缺失。

美國總統候選人喬 ·拜登的氣候計劃要求開展一項研究計劃，以生產一種清潔的天然氣，這種天然氣足夠便宜，可在十年內為發電廠提供燃料。同樣，日本、韓國、澳大利亞、新西蘭和歐盟都發布了氫路線圖，依靠它來加快電力、運輸或工業部門的溫室氣體減排。與此同時，全球越來越多的公司正在建設規模越來越大的綠色氫發電廠，或探索其在生產鋼鐵、制造碳中性航空燃料或為服務器集群提供備用電源的潛力。

氫能源的吸引力顯而易見。氫是宇宙中最豐富的元素，它可以為車輛提供燃料，為發電廠提供動力，并提供一種存儲可再生能源的方式，而無需排放二氧化碳，從而導致氣候變化或產生其他污染物（其來自汽車和卡車的唯一的副產品是水）。但是，盡管研究人員幾十年來一直在鼓吹 “氫經濟” 的前景，但它幾乎沒有減少人們對化石燃料的需求。

氫經濟的宏偉愿景受到了阻礙，原因在于其清潔制造工藝的高昂成本，建造相應車輛、機器和管道所需的大規模投資，以及在電池等競爭能源儲存替代品方面取得的進展。

那么，是什么讓人們重燃對氫能源的興趣呢？

一方面，其經濟性正在迅速發生變化。我們可以通過簡單地將水分解（在稱為電解的過程中）直接生產氫，但是由于要消耗大量電力，這一過程已經非常昂貴。然而，隨著太陽能和風能價格持續快速下降，這一方案變得可行。

與此同時，隨著越來越多的國家對如何在未來幾十年實現其積極的排放目標進行了難度計算，氫的作用似乎越來越重要。加州大學戴維斯分校可持續交通能源路徑項目的負責人瓊 ·奧格登說，這是一個靈活的工具，可以幫助整頓一系列仍未找到可行和現成解決方案的部門，如航空、航運、化肥生產和電網長期儲能。

可再生能源成本下降

但是，到目前為止，清潔氫的生產成本太昂貴了。最近的一篇論文發現，依靠太陽能來運行分解水的電解槽，其運行速度可以比天然氣工藝高出六倍，這被稱為蒸汽甲烷重整。

有很多能源專家認為，生產、儲存和使用清潔版本氫的額外成本和復雜性，意味著它永遠不會真正超越邊緣化使用的情況。

但是，好消息是，電力本身在制氫成本中所占的比重很大，超過 60%甚至更高，且可再生能源的成本又在迅速下降。同時，隨著制造商擴大生產規模，電解槽本身的成本預計將急劇下降，并且各個研究小組都在開發該技術的高級版本。

去年早些時候，《自然能源》上的一篇論文顯示，如果市場趨勢持續如此，綠色氫氣十年內在工業規模上可能具有經濟競爭力。同樣，國際能源署預測，到 2030 年，生產清潔氫氣的成本將下降 30%。

一些地方或許可以負擔得起綠色氫，因為在這些地方，過量的可再生發電將電力成本降低到幾乎為零。摩根士丹利分析師在一份研究報告中寫道，在美國中西部和得克薩斯州的主要風力發電場附近設置綠色氫能設施，兩年內可使燃料成本具有競爭力。

美國國家可再生能源實驗室 6 月份進行的一項研究發現，到本世紀中葉，氫有可能成為電網上最經濟實惠的長期儲存技術。但是，隨著穩定性弱的可再生能源（如太陽能和風能）成為主要的電力來源，公用事業公司將需要存儲足夠的能量，以使電網可靠地運轉，可不只是幾個小時，在某些特殊月份當太陽能或風能資源枯竭時，需要可以持續幾天甚至幾周的能量儲備。

這項研究的合著者，該實驗室的高級研究工程師約書亞 ·艾希曼表示，與其他存儲技術相比，氫在這種情況下更具優勢。為了延長電池可靠供電時間，你需要堆疊更多的電池，如此一來，其中每個昂貴組件的成本會成倍增加。他說，有了氫氣，你只需建造一個更大的儲氣箱，或使用一個更深的地下洞穴。

使用氫氣

為了使氫能完全替代碳排放燃料，需要大修基礎設施，以進行分銷、存儲和使用氫能。我們須生產帶有燃料電池的車輛和船只，這些燃料電池可以將氫轉化為電能，并在港口和公路沿線設立加氫站。我們需要將燃料電池堆起來，或者建造或改造發電廠，直接利用燃料為電網供電。

所有這些將花費大量時間和金錢。但是，還有另一種情況可以繞開或延遲許多此類基礎設施的大動作。有了氫氣后，將其與一氧化碳結合起來生產合成燃料，也可以為汽車、卡車、輪船和飛機提供動力。這樣的工業過程已有一個世紀的歷史，石油匱乏的國家已多次使用它來從煤炭或天然氣中生產燃料。

總部位于不列顛哥倫比亞省斯闊米什的碳工程公司 Carbon Engineering 正在開發從空氣中捕獲二氧化碳的設施。該公司計劃將其與氫結合來生產合成燃料。這種燃料將是碳中和的，即排放的二氧化碳量不超過該過程中被去除或產生的二氧化碳。

在去年底舉行的食品法典會議上，Carbon Engineering 創始人兼哈佛大學教授大衛·基思表示，太陽能價格的下跌使他們能夠在 2020 年代中期以每升 1 美元（約合每加侖 4 美元）的價格將 “氣體燃料” 推向市場，且自此以后，價格將持續下降。

這里的關鍵信息是，可以通過即將開發的商品硬件很快做到這一點。基思認為，2030 年之后不久，每天大約有 100 萬桶的氣體可用于合成碳氫化合物，此后就不會再有明顯的規模限制。

實際上，該過程提供了一種方法，可以將短暫波動的太陽能轉換為可永久存儲的燃料，這些燃料可以填充任何一臺機器的油箱。基思說：“這是一條能量途徑，用于解決間歇性問題，其解決方式是允許你為世界各地的高能量密度需求提供動力，允許你駕駛飛機飛越北大西洋。”

（摘自美《深科技》）（編輯/華生）