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綠色氫為發(fā)電和運(yùn)輸提供了一種多功能、零排放的燃料。大規(guī)模采用綠色氫將大大有助于全球能源從化石燃料向碳中和能源的轉(zhuǎn)變，但其較高成本的生產(chǎn)阻礙了這一轉(zhuǎn)變。本文將探討用綠色氫替代天然氣的可能性，這是一項(xiàng)重要但具有挑戰(zhàn)性的舉措，可以加速可持續(xù)發(fā)展。

綠色氫氣生產(chǎn)涉及使用可再生能源發(fā)電的水電解。 電解將水分子分解成氫氣和氧氣，捕獲并儲(chǔ)存氫氣用作燃料。 可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)生的電力使這個(gè)過(guò)程完全沒(méi)有碳排放。

為什么需要替代天然氣？

天然氣主要由甲烷組成，在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。與汽油的 21% 份額和煤炭的 25% 份額相當(dāng)，天然氣占全球溫室氣體排放量的 19%。

大約三分之一的溫室氣體 (GHG) 排放來(lái)自使用天然氣為我們的房屋供暖。必須解決這一問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)，即到 2035 年將溫室氣體排放量減少 75%，到 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零排放。

綠色氫替代天然氣面臨的障礙

1.生產(chǎn)成本

綠色氫氣的價(jià)格大約是天然氣的四到五倍。 除了綠色氫氣生產(chǎn)的高成本之外，為未來(lái)數(shù)以千計(jì)的獨(dú)立加氫站建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施也面臨著一些挑戰(zhàn)。

一個(gè)新的氫氣管道網(wǎng)絡(luò)需要大量的前期資本支出，而氫氣的特性在管道組件的設(shè)計(jì)中提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。 氫氣的單位體積能量密度低于所有其他燃料，因此儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)较狞c(diǎn)的成本更高。

利用綠色氫使重工業(yè)脫碳將需要大量電力。滿(mǎn)足這一需求的唯一方法是加快可再生能源的生產(chǎn)。這將帶來(lái)重大的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，例如優(yōu)先考慮 H2 管道和輸電線(xiàn)路。該天然氣行業(yè)的擴(kuò)張將產(chǎn)生重大的監(jiān)管影響。 為了確保氫基礎(chǔ)設(shè)施的快速擴(kuò)張，允許貨幣化，制定關(guān)稅結(jié)構(gòu)以鼓勵(lì)推遲資本支出，并確保系統(tǒng)范圍的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃是必要的。

2. 壓縮氫氣

壓縮氣體以經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸；這是氫分配的主要問(wèn)題。壓縮與天然氣相同數(shù)量的氫氣需要大約三倍的能量。

這種三倍的壓縮增加成本很高，并且需要用更大的單元和三倍的吸入排量更換每臺(tái)壓縮機(jī)。

3.管道泄漏和反應(yīng)性

與天然氣相比，氫氣具有不同的品質(zhì)；因此，混合到當(dāng)前管道系統(tǒng)中的氫燃料量是有限的。由于氫是宇宙中最小和最輕的分子，它很容易從管道和旨在運(yùn)輸較大甲烷（天然氣）分子的氣體網(wǎng)絡(luò)的其他部分泄漏出來(lái)。

氫與不同金屬的反應(yīng)不同。因此，它可以削弱和腐蝕高壓氣體輸送系統(tǒng)中常見(jiàn)的鋼制管道。

4.化石燃料的過(guò)時(shí)性

通過(guò)切換到 H2，許多化石燃料資產(chǎn)將變得過(guò)時(shí)。有必要通過(guò)各種財(cái)務(wù)激勵(lì)措施重新利用這些大量表現(xiàn)不佳的資產(chǎn)，以防止有害的副作用。

利用天然氣生產(chǎn)氫氣

藍(lán)色氫氣是通過(guò)甲烷（天然氣）的蒸汽重整產(chǎn)生的。然后在碳捕獲技術(shù)的幫助下捕獲并儲(chǔ)存在此過(guò)程中釋放的一氧化碳。它不是一種完全碳中和的燃料，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中沒(méi)有捕獲所有的碳排放。

綠色氫的最新發(fā)展

在過(guò)去三年中，綠色氫項(xiàng)目增長(zhǎng)了五倍，并且計(jì)劃到 2030 年有幾個(gè)項(xiàng)目，估計(jì)有 5000 億美元的融資和補(bǔ)貼。

氫經(jīng)濟(jì)在日本、加拿大和歐盟都有官方路線(xiàn)圖。 美國(guó)能源部的氫氣噴射計(jì)劃旨在到 2030 年達(dá)到 1 美元/公斤。 考慮到國(guó)家 2060 年的凈零排放目標(biāo)，中國(guó)的國(guó)有企業(yè)已經(jīng)推出了具有 100 吉瓦電解槽的大型綠色氫氣項(xiàng)目。

在德國(guó)，正在測(cè)試氫能系統(tǒng)作為家庭供暖中天然氣的部分替代品，世界上最大的電解生產(chǎn)設(shè)施正在建設(shè)中。 在英國(guó)，科學(xué)家們正在努力在天然氣管道網(wǎng)絡(luò)中用 H2 代替甲烷。

H21 試點(diǎn)項(xiàng)目由位于英國(guó)利茲的 Northern Gas Networks 準(zhǔn)備。該項(xiàng)目的最終目標(biāo)是城市供暖系統(tǒng)從天然氣到氫氣的完全能源轉(zhuǎn)換。

綠色氫能的未來(lái)

氫氣在發(fā)電廠和工業(yè)中有著悠久的歷史。

自 19 世紀(jì)初以來(lái)，這種氣體已被用于汽車(chē)、飛艇和航天器燃料電池。 全球經(jīng)濟(jì)的脫碳，一個(gè)無(wú)法持久的發(fā)展，將提升氫的重要性。 政府和行業(yè)必須共同努力，為投資者鋪平道路。

用于安全運(yùn)輸和儲(chǔ)存大量氫燃料以及確定各種氫供應(yīng)對(duì)環(huán)境影響的通用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將改善國(guó)際貿(mào)易。 盡管綠色氫的成本仍然太高，無(wú)法與傳統(tǒng)的氫和其他燃料來(lái)源競(jìng)爭(zhēng)，但由于投資者寄希望于氫價(jià)格下降的機(jī)會(huì)，過(guò)去一年涉及氫的項(xiàng)目數(shù)量有所增加。 如果氫的生產(chǎn)成本到 2030 年降低 50%，正如世界氫能理事會(huì)所預(yù)期的那樣，它可能成為一種必不可少的清潔能源，從而帶來(lái)更可持續(xù)的未來(lái)。

原標(biāo)題：綠色氫能替代天然氣嗎？