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电源,新能源相关技术文章未来绿色氢燃料或具有经济竞争力，成填补清洁能源难题的关键
世界正越来越多地依靠绿色氢燃料，来填补清洁能源难题中的一些关键缺失。
美国总统候选人乔 · 拜登（Joe Biden）的气候计划要求开展一项研究计划，以生产一种清洁的天然气，这种天然气足够便宜，可在十年内为发电厂提供燃料。同样，日本、韩国、澳大利亚、新西兰和欧盟都发布了氢路线图，依靠它来加快电力、运输或工业部门的温室气体减排。与此同时，全球越来越多的公司正在建设规模越来越大的绿色氢发电厂，或探索其在生产钢铁、制造碳中性航空燃料或为服务器集群提供备用电源的潜力。
氢能源的吸引力显而易见。氢是宇宙中最丰富的元素，它可以为车辆提供燃料，为发电厂提供动力，并提供一种存储可再生能源的方式，而无需排放二氧化碳，从而导致气候变化或产生其他污染物（其来自汽车和卡车的唯一的副产品是水）。但是，尽管研究人员几十年来一直在鼓吹 “氢经济” 的前景，但它几乎没有减少人们对化石燃料的需求。
氢经济的宏伟愿景受到了阻碍，原因在于其清洁制造工艺的高昂成本，建造相应车辆、机器和管道所需的大规模投资，以及在电池等竞争能源储存替代品方面取得的进展。
那么，是什么让人们重燃对氢能源的兴趣呢？
一方面，其经济性正在迅速发生变化。我们可以通过简单地将水分解（在称为电解的过程中）直接生产氢，但是由于要消耗大量电力，这一过程已经非常昂贵。然而，随着太阳能和风能价格持续快速下降，这一方案变得可行。
与此同时，随着越来越多的国家对如何在未来几十年实现其积极的排放目标进行了难度计算，氢的作用似乎越来越重要。加州大学戴维斯分校可持续交通能源路径项目的负责人琼 · 奥格登（Joan Ogden）说，这是一个灵活的工具，可以帮助整顿一系列仍未找到可行和现成解决方案的部门，如航空、航运、化肥生产和电网长期储能。
可再生能源成本下降
但是，到目前为止，清洁氢的生产成本太昂贵了。最近的一篇论文发现，依靠太阳能来运行分解水的电解槽，其运行速度可以比天然气工艺高出六倍，这被称为蒸汽甲烷重整。
有很多能源专家认为，生产、储存和使用清洁版本氢的额外成本和复杂性，意味着它永远不会真正超越边缘化使用的情况。
但是，好消息是，电力本身在制氢成本中所占的比重很大，超过 60％甚至更高，且可再生能源的成本又在迅速下降。同时，随着制造商扩大生产规模，电解槽本身的成本预计将急剧下降，并且各个研究小组都在开发该技术的高级版本。
去年早些时候，《自然能源》上的一篇论文显示，如果市场趋势持续如此，绿色氢气十年内在工业规模上可能具有经济竞争力。同样，国际能源署（International Energy Agency）预测，到 2030 年，生产清洁氢气的成本将下降 30％。
一些地方或许可以负担得起绿色氢，因为在这些地方，过量的可再生发电将电力成本降低到几乎为零。摩根士丹利分析师上个月在一份研究报告中写道，在美国中西部和得克萨斯州的主要风力发电场附近设置绿色氢能设施，两年内可使燃料成本具有竞争力。
美国国家可再生能源实验室 6 月份进行的一项研究发现，到本世纪中叶，氢有可能成为电网上最经济实惠的长期储存技术。但是，随着稳定性弱的可再生能源（如太阳能和风能）成为主要的电力来源，公用事业公司将需要存储足够的能量，以使电网可靠地运转，可不只是几个小时，在某些特殊月份当太阳能或风能资源枯竭时，需要可以持续几天甚至几周的能量储备。
这项研究的合著者，该实验室的高级研究工程师约书亚 · 艾希曼（Joshua Eichman）表示，与其他存储技术相比，氢在这种情况下更具优势。为了延长电池可靠供电时间，你需要堆叠更多的电池，如此一来，其中每个昂贵组件的成本会成倍增加。他说，有了氢气，你只需建造一个更大的储气箱，或使用一个更深的地下洞穴。
使用氢气
为了使氢能完全替代碳排放燃料，需要大修基础设施，以进行分销、存储和使用氢能。我们须生产带有燃料电池的车辆和船只，这些燃料电池可以将氢转化为电能，并在港口和公路沿线设立加氢站。我们需要将燃料电池堆起来，或者建造或改造发电厂，直接利用燃料为电网供电。
所有这些将花费大量时间和金钱。
但是，还有另一种情况可以绕开或延迟许多此类基础设施的大动作。有了氢气后，将其与一氧化碳结合起来生产合成燃料，也可以为汽车、卡车、轮船和飞机提供动力。这样的工业过程已有一个世纪的历史，石油匮乏的国家已多次使用它来从煤炭或天然气中生产燃料。
总部位于不列颠哥伦比亚省斯阔米什的碳工程公司 Carbon Engineering 正在开发从空气中捕获二氧化碳的设施。该公司计划将其与氢结合来生产合成燃料。这种燃料将是碳中和的，即排放的二氧化碳量不超过该过程中被去除或产生的二氧化碳。
在去年底举行的食品法典会议上，Carbon Engineering 创始人兼哈佛大学教授大卫 · 基思（David Keith）表示，太阳能价格的下跌使他们能够在 2020 年代中期以每升 1 美元（约合每加仑 4 美元）的价格将 “气体燃料” 推向市场，且自此以后，价格将持续下降。
这里的关键信息是，可以通过即将开发的商品硬件很快做到这一点。基思认为，2030 年之后不久，每天大约有 100 万桶的气体可用于合成碳氢化合物，此后就不会再有明显的规模限制。
实际上，该过程提供了一种方法，可以将短暂波动的太阳能转换为可永久存储的燃料，这些燃料可以填充任何一台机器的油箱。基思说：“这是一条能量途径，用于解决间歇性问题，其解决方式是允许你为世界各地的高能量密度需求提供动力，允许你驾驶飞机飞越北大西洋。”
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