王欣（致遠智庫創始主任）
俄烏戰爭依然繼續，期待開戰後的第二個月能出現和平的曙光。戰爭在眼前，疫情還在繼續，但人類共同的、更大的未來挑戰是全球氣候變化的問題（此事僅少量人仍有異議）。近期有歐洲朋友談起傳統發電廠改造和氫氣製造的事，所以找了幾篇文章學習了一下，順勢編譯、綜合成此文和大家分享。本人是能源問題的門外漢，不當之處請指教。
從家用電力和取暖到汽車中燃料，我們所依賴的所有能源都會向大氣中釋放有害的二氧化碳。現在人類認識到了二氧化碳是導致全球氣候變暖的原因，而全球變暖對人類帶來的影響是巨大的、不可逆的和不可知的。
去年開始的全球「雙碳」大行動，主要特徵是採取更清潔能源（如核能、水電、天然氣），以新能源（如太陽能、風能、氫能）替代原有的化石能源和石油。在實現氣候目標的過程中，人類需要同時使用多種科學技術解決方案，而氫有可能終結我們對化石燃料的依賴。
關鍵影響領域
在運輸領域。通過氫燃料電池卡車和汽車，以及在航運和航空中使用氫基燃料作為一種儲存和運輸可再生能源的方式，這將支持在沒有豐富可再生資源的地方實現24/7可再生能源
煉油和化肥生產。根據國際能源署（IEA）的《氫氣的未來》（the Future of Hydrogen）報告，自1975年以來，工業用氫氣的需求增加了兩倍多，目前幾乎完全由化石燃料供應。利用「灰色」（來自天然氣）和「棕色和黑色」（來自煤炭）氫氣的生產每年產生8.3億噸二氧化碳，約占溫室氣體排放量的3%。為了減少這些排放，包括美國、加拿大、英國、荷蘭和澳大利亞在內的許多國家目前都在大力投資藍色氫氣技術。從長遠來看，使用綠色氫氣將大大進一步減少這些排放。
在二氧化碳排放量高的行業。鋼鐵和水泥，這些行業目前消耗大量煤炭，相關運輸也產生大量二氧化碳。
氫能否成為人類脫碳的解決方案
理論上講，用電將水（H2O）分解成氫和氧，氫不會產生任何污染物，可用於發電、運輸和加熱脫碳。技術上，產生綠色氫能的動力可利用風能和太陽能，使用氫能的唯一排放物是水，這就可能使氫氣作為對抗氣候變化的有效方式，幫助我們結束對化石燃料的依賴，幫助我們改變鋼鐵和水泥等重污染行業，並以氫燃料電池卡車和汽車等形式進入我們的日常生活，向淨零世界過渡。
此外，還可以通過使用藍色氫氣實現大幅減排。藍色氫氣由天然氣製成，而且在生產過程中會捕獲二氧化碳。
新的嘗試在進行
最近些年氫能曾被大肆宣傳為未來的燃料（日本尤為推崇），但這次可能真的會有所不同。在2050年實現淨零排放的全球勢頭中，許多國家和地區政策目標正在趨於一致，氫氣是解決可再生燃料和電氣化難題的重要組成部分。
技術的進步使電解質的成本比以前低，風能、太陽能和水力發電的可用性也大大提高，這意味著「綠氫」的誕生，這樣就有了一種與其他氫不同的真正無碳燃料。另外一個選擇，氫與可再生燃料和電氣化一起，是解決難題的重要組成部分。
雀巢公司在全球可再生柴油和可持續航空燃料處於領先地位（可參考https://www.ximeiapp.com/article/2215439），具體試驗了淨零排放的具體項目，但實現更有效的管理、技術和財務風險還需要時間，但雀巢認為這些風險可以通過逐步實施技術和支持行業擴大規模來降低。
雀巢正在波爾沃的一個煉油廠開發其第一個具有工業規模的可再生氫設施，為該煉油廠提供綠色氫氣，使該煉油廠的氫氣生產的很大一部分是可持續的。可持續氫氣和碳回收（SHARC）項目涉及水電解技術可生產綠色氫氣，從現有氫氣生產中捕獲碳，並永久儲存捕獲的二氧化碳。該項目將在運營的前10年內減少400多萬噸的二氧化碳排放量。雀巢還用固體氧化物電解（SOEC）技術在它的鹿特丹煉油廠建立世界上最大的高效蒸汽電解示範工廠，以展示和探索該技術的未來潛力。
代際轉換
人類對能源的需求不斷增長，即使人類以後更注意節能，專業分析結算預測，2050年人類的能源需求依然會比今天高30-40%。看起來這是巨大規模的增長，但實際上在過去30年中，全球能源需求翻了一番多，人類也為滿足能源需要做出了史無前例的轉變。
在過去十年裡，全球在再生能源部分投入了超過2萬億美元的資金。再生能源越來越便宜，但人類從化石燃料中獲得的能源份額幾乎沒有變化。自1980年以來，人類能源消耗大大增加，可再生能源在一次能源結構中的比例從不到1%上升到今天的略高於1%。相比之下，化石燃料在一次能源結構中所占比例仍然高達81%。
人類需要以更快的速度擴大現有低碳技術，否則人口增長規模和對能源的需要增速還會繼續超過可再生能源的增長，那麼化石燃料將繼續占主導地位。國際能源署（IEA）強調，在26個低碳創新領域中，只有三個領域（太陽能光伏和陸上風能、儲能和電動汽車）是成熟的、具有商業價值。但這些在滿足人類需要方面還遠遠不夠，還不能夠在減碳方面發揮更大的作用。
現有的成熟的新能源技術不能給我們提供足夠多的能源，從現有的三個技術領域不能再擠出有足夠多的資源。例如太陽能光伏和陸上風能都有間歇性的問題，因此需要與儲能或其他形式的發電結合使用。
用於儲能和電動汽車的高能量密度電池則有能力不足的問題，即生產這些電池所需的原材料供應是否能夠跟上其快速發展的步伐，也是一個挑戰。根據BNEF的數據，預計石墨需求量將從2015年的每年僅1.3萬噸飆升至2030年的85.2萬噸，鋰、鈷和錳的產量將需要100倍以上。這已經給供應鏈和價格，以及供應商、從事這些資源開發的人們（工作條件往往比較糟糕）形成了很大壓力。
氫的潛力
達沃斯世界經濟論壇（World Economic Forum）最近發表的白皮書提出，要以顯著加快可持續能源創新來滿足未來人類能源的需要的同時，繼續完成「雙碳」的目標。它所指的就是氫。
目前氫能用得最多的在運輸行業，因為電動汽車的行駛里程和充電時間對此行業還不適用（目前大約行駛距離是250公里，充電時間需要一個小時）。使用氫氣的燃料電池電動汽車可以避免這些問題，續航里程更長，換料時間更快，而且也很簡單。
氫氣也可以用來給家庭供暖，既可以與天然氣混合使用，也可以自行燃燒。現有的天然氣基礎設施就可用於輸送，避免了更多的基礎設施方面的投資成本。
而且氫氣產生以後，可以作為短期和長期的能源儲存。專家建議，可利用過剩的可再生能源（如在夜間颳風時產生的風能）產生的氫氣可以儲存在鹽穴或高壓罐中。最近，美國機械工程師學會（Institute of Mechanical Engineers）的一份報告呼籲設立更多的示範點和論壇，討論氫的長期儲存潛力。
技術方面的問題
大家公認氫能有幾種潛在用途，但在大規模使用之前，還需要進行更多的研究，尤其是在生產和安全方面。
目前，全球幾乎所有的氫氣（96%）都是通過重整甲烷（CH4）產生的，但這一過程最終會產生二氧化碳。為了可持續發展，這種生產方法需要與碳捕獲和儲存結合使用，而碳捕獲和儲存本身就需要進一步發展。
電解不會產生碳排放。然而，使用這種方法可以產生的氫氣量取決於可再生能源的成本和可用性。英國皇家學會（Royal Society）的一份報告表明，電解氫可能更適合車輛加油和離網部署，而不是大規模集中制氫。
使用氫氣的安全性問題也需要解決。英國國家物理實驗室（National Physical Laboratory）的一份報告指出，在運輸氫氣和燃燒加熱時存在兩個優先安全問題。當氫氣燃燒時，人看不到火焰，所以需要有一種方法來檢測它是否點燃；氫氣將在高壓下運輸和儲存，因此我們需要找到一種與氫氣一起工作的加臭劑，以便人們能夠檢測泄漏。
曙光已現
探索、開發氫能的積極性和努力正在快速進展，但還需要更多的行動。
氫所帶來的研究挑戰並非某個國家或公司所獨有，因此在開發和試驗技術方面的合作至關重要。企業和政府似乎都認識到了這一點。去年，在達沃斯舉行的世界經濟論壇上成立了氫能理事會，這是一個由跨國公司組成的組織，它們「對氫能有著共同的願景和抱負，以促進能源轉型」。今年早些時候，各國政府還同意就這一主題展開合作，在使命創新夥伴關係下啟動了一個新主題，重點是讓氫技術更接近市場。
氫不是萬能藥，但太陽能光伏、海上風電或電池儲能也不是萬能藥。如果要成功脫碳，我們需要多種多樣的技術。氫很可能就是其中之一。
氫能泡沫會破裂嗎？
目前確實有很多關於氫的討論，氫能相關行業也炒得很熱，也自然有擔心泡沫問題。
但就如其它行業發展的過程一樣，人們總是向一個新興的產業不斷注入資本，結果是發現哪些成功有效，哪些失敗。所以，泡沫也是發展、鞏固一個行業的必要條件
有專家說，氫是實現淨零排放的解決方案相當重要的一部分，綠色氫在這裡是一個更可持續的未來解決方案的一部分。這並不意味著完全以氫為基礎的經濟，但氫在許多領域都扮演著合理的角色。雀巢創新性的SARC項目就將會有力地幫助芬蘭和歐盟達成氣候目標。
前景
氫作為可持續航空燃料的組成部分，在長途貨運、航空和航運方面有著更明顯的優勢。雖然電池的續航里程和重量限制會造成問題，但許多人希望通過將氫與捕獲的二氧化碳排放物中的碳結合，製造出一種可持續的航空燃料（SAF）。這種被稱為e-SAF的燃料作為當前基於生物的可持續航空燃料的補充替代品，可以投入現有的飛機，幾乎不需要重新設計，因為它的化學成分與現有的航空燃料相同。Power-to-X（P2X, 一系列使用剩餘電力的電力轉換、儲能和再轉換路徑）和從氫氣和捕獲的二氧化碳中提取的液體可以顯著增加低排放飛機的航程。
市場上已經有氫燃料電池驅動的汽車，比如豐田Mirai和現代ix35。但高價格和缺乏氫燃料加油站阻礙了氫燃料的廣泛使用——全世界只有550個，其中近一半在日本和德國。隨著歐盟計劃制定法規，要求成員國在主要運輸路線沿線建設加氫站，從而促進氫在道路運輸中的使用，這種情況將發生改變。
儘管電池汽車的數量已迅速增加，但1100萬輛電池電動汽車與目前道路上超過10億輛汽油和柴油汽車相比，這一數字仍然很低。
另一個應用是使用綠色氫氣儲存可再生能源，並將其運到世界各地。澳大利亞沙漠陽光充足，但如何將太陽能輸送到數千公里外的城市呢？答案可能是利用這種可再生的電力來製造氫氣，然後通過管道將氫氣作為氣體輸送，或通過船舶以液體形式輸送。氫氣還可以解決風能和太陽能發電量可變的問題，使發電商在供過於求的情況下將多餘的可再生電力儲存在氫氣中。
雙碳目標並不輕鬆，同事尚須努力
轉向清潔能源是應對氣候變化的關鍵，但在過去五年中，能源轉型進步不大。雖然單位GDP能耗在逐步下降，但能源消耗和生產占全球排放量的三分之二，全球能源系統的81%仍以化石燃料為基礎，與30年前的比例依然相同。
世界需要有效的政策、私人企業和公共事業單位合作，以建立一個更包容、可持續、負擔得起和安全的全球能源體系。
世界經濟論壇能源轉型指數（對115個經濟體在能源安全和獲取與環境可持續性和可承受性之間的平衡程度進行排名）顯示，能源轉型面臨的最大挑戰是包括美國、中國、印度和俄羅斯在內的全球最大排放國缺乏準備，在準備度方面得分最高的10個國家只占全球年排放量的2.6%。
世界需要達沃斯論壇等國際平台討論、推動全球能源系統的未來，例如新能源系統效率、創新，如何鼓勵和支持創新能源投資、技術和解決方案，搭建例如全球電池聯盟這樣的平台。