未知多焉知少系列——氫能竟然有多種顏色？

《論語·先進篇》，孔子學生季路問他關於如何事鬼神，孔子回答：“未能事人，焉能事鬼”。季路再問道：“敢問死。”孔子說：“未知生，焉知死？”

同理可得，“未知多，焉知少”。

——引子

11月14日，氫動力車亮相日本，在日本超級耐力賽岡山站上，豐田汽車掌門人豐田章男駕駛著氫動力卡羅拉與馬自達常務董事前田育男上演了一場賽車大戰，在耗時三小時的比賽中，這輛由氫能源驅動的卡羅拉沒有出現任何故障。然而，作為鋰電池電動車的先行者，特斯拉執行長馬斯克曾公開表示，燃料電池應該被叫做“智商稅”。持同樣觀點的還有大眾汽車執行長赫伯特·迪斯。他曾斷言：“你不會看到任何氫氣在汽車上的應用，甚至10年內都不會。”這真是鋰電新能源汽車還未站穩腳跟，氫動力車已來叫板，燃油車雖然危機四伏，但並不妨礙其在一旁拍手看熱鬧。當然，對於大國來說，依然採取了“都要”的策略。11月18日上午，搭載濰柴燃料電池全系列的商用車，在山東淄博全國首座高速公路加氫站亮相，成為該服務區第一批氫氣快速加註的車輛。這也印證了我國“燃料電池汽車應用路徑上優先發展商用車，與純電差異化發展的”佈局。

國家發改委高技術司近日組織召開了系列座談會，圍繞氫能製備、儲存、運輸、加註以及終端利用等全產業鏈，分析研判產業發展形勢，深入探討氫能產業合理佈局。氫能源概念再次引來市場一片關注。股市相關概念股票也是應聲而起，好不歡樂。

在“雙碳”目標指引下，我國氫能產業發展正步入快車道。專家稱，國家層面關於氫能產業發展的頂層設計將出臺。中國氫能聯盟預計，到2025年，我國氫能產業產值將達到1萬億元，氫能在我國終端能源體系中佔比超過10%，產業鏈年產值達到12萬億元，產業前景巨大。而且據瞭解，2022年北京冬奧會與冬殘奧會比賽期間，延慶、張家口將投入700餘輛氫燃料大巴車提供交通服務保障。河北首座中石化加氫站已於今年9月在張家口建設完成。

公開資料顯示，截至目前，我國累計建成超過130座加氫站，根據我國《節能與新能源汽車技術路線圖 2。0》規劃，預計到 2025 年和 2035 年，我國加氫站數量分別達到 1000 座和 5000 座。

氫能是助推能源體系深度脫碳重要切入點。2018年至今，包括日本、韓國、澳大利亞、英國、法國在內的諸多國家釋出了氫能領域最新規劃。日本明確提出，到2025年將全面普及氫能交通，擴大氫能在發電、工業和家庭中的應用，到2030年，氫能使用成本將不高於傳統能源。歐盟2020年7月釋出的《歐盟氫能戰略》提出了歐洲構建“氫能生態系統2050年戰略路線圖”，2030年前的目標是迅速減少氫氣生產過程中的碳排放，開發其他形式的低碳氫，以支援向可再生能源制氫過渡。作為能源技術革命的重要方向，氫燃料電池汽車得到了日本、韓國、歐洲、美國、中國等國家的高度重視。截至2020年底，全球氫燃料電池汽車保有量為32535輛，同比增長38%

中國在氫能關鍵技術研發方面表現較活躍。中國最早的氫能發展部署是將氫燃料電池汽車列為新能源汽車發展方向之一。但由於制氫技術和氫燃料電池的高成本以及加氫站的佈局等問題制約產業發展，與純電動汽車和混合動力汽車相比，氫燃料電池汽車還處於示範運營階段。與此相呼應，中國在制氫、儲氫、加氫等關鍵環節的研究活躍度也排在新能源領域前列。

氫能作為一種清潔的可再生能源，受到青睞那是水到渠成的事。氫是宇宙中最為豐富的元素，氫能則是由氫元素在物理與化學變化過程中釋放的能量。作為能源，氫能有著極具競爭力的優勢。首先，是生態友好。與傳統的化石燃料不同，氫氣和氧氣可以透過燃燒產生熱能，也可以透過燃料電池轉化成電能。而在氫轉化為電和熱的過程中，只產生水，並不產生溫室氣體或細粉塵。其次，是利用高效。氫氣不僅來源廣泛，還具有導熱良好、清潔無毒和單位質量熱量高等優點。相同質量下的氫所含熱量約是汽油的3倍，是石油化工重要原料和航天火箭動力燃料。並且，其儲運方式靈活便利。與化石燃料不同，氫能是二次能源，可以透過分解天然氣、石油、煤和水來製造。而除了氣態，氫氣還能以液態或固態氫化物出現。在-263℃液化時，氫的體積會減少到原來的1/800，在高壓罐中壓縮後，便於儲存和運輸。

那麼，我們經常聽到一些行業中人談到氫能源的時候，會提到灰氫、藍氫以及綠氫這三種“顏色”的氫能，是氫能真的有著不同的顏色嗎？

非也。

雖然氫能是清潔的可再生能源，在釋放能量的過程中沒有碳排放，但目前生產氫能的過程卻並不是百分之百“零碳”。氫元素在地球上主要以化合物的形式存在於水和化石燃料中，而氫能作為一種二次能源，需要透過制氫技術進行“提取”。目前，現有制氫技術大多依賴化石能源，無法避免碳排放。而根據氫能生產來源和生產過程中的排放情況，人們將氫能分別命名為灰氫、藍氫、綠氫。

灰氫，是透過化石燃料（例如石油、天然氣、煤炭等）燃燒產生的氫氣，在生產過程中會有二氧化碳等排放。通常，氫原子本身並不存在於自然界中。氫傾向於依附在化學化合物（例如水分子）、碳水化合物（糖、生物質）以及碳氫化合物（石油、天然氣、沼氣）等物質中的氧和碳原子。為了將氫從這些化合物中分離，我們需要用到能源。例如，需要提供電能以透過電解將水分子裂解而將氫與水分離。如果我們使用的電力由化石燃料產生（存在碳排放），那麼經由這個過程產生的氫氣就是“髒的”，我們將其稱之為灰氫。灰氫的生產十分常見，因為這種制氫方法相對廉價，操作方法簡便，而且所需的裝置較少，佔用空間也較小。灰氫最大優勢就在於成本。煤制氫成本在6-10元/每公斤。但灰氫的碳排放嚴重，煤炭製備1公斤氫氣約產生11公斤二氧化碳。目前，市面上絕大多數氫氣是灰氫，約佔當今全球氫氣產量的95％左右。

藍氫，是將天然氣透過蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整製成。雖然天然氣也屬於化石燃料，在生產藍氫時也會產生溫室氣體，但由於使用了碳捕捉、利用與儲存（CCUS）等先進技術，溫室氣體被捕獲，減輕了對地球環境的影響，實現了低排放生產。世界能源理事會發布的《氫能—工業催化劑（加速世界經濟在2030年前實現低碳目標）》認為：藍氫可以減少排放，推動建立氫能經濟。透過捕獲和儲存製造過程中排放的二氧化碳而獲得藍色氫氣提供了一種更快的減少排放的方法。藍氫氣不是綠色氫氣的替代品，而是一種必要的技術過渡，可以加速社會向綠色氫氣“的過渡。2021年3月18日，英國石油（BP）前公佈英國最大的氫能計劃，在英格蘭東北部提賽德興建“藍氫”工廠H2Teesside，目標在2030年前生產1GW氫氣。

綠氫，是透過使用再生能源（例如太陽能、風能、核能等）製造的氫氣，在制氫過程中將基本上不會產生溫室氣體。例如透過可再生能源發電進行電解水制氫，在生產綠氫的過程中，完全沒有碳排放。綠氫是氫能利用的理想形態，但受到目前技術及製造成本的限制，如綠氫的電解水制氫成本在19-20元/公斤，綠氫實現大規模應用還需要時間。

我國發展“綠氫”具備良好的資源稟賦，我國有著可觀的地熱、生物質、海洋能、風電和光伏資源以及固體廢棄物的資源化利用，隨著近年來技術的進步，可再生能源的發電成本越來越具有競爭力，與此同時，我國擁有強大的基礎設施建設能力，為發展“綠氫”提供了得天獨厚的優勢。我國已是世界第一大制氫大國，2020年我國氫能產量已突破2500萬噸，在消費端，氫能源消費量也超過了2500萬噸，其中用於工業的氫能佔比多達99%，客戶多為各類電子企業、有色金屬深加工企業等，應用在交通的氫能佔比不足1%。但當前我國的氫能源主要是灰氫，煤制氫佔比約62%、天然氣制氫佔19%，電解水制氫僅佔1%，工業副產佔18%。作為對比，全球平均氫氣有48%來源於天然氣、30%來自於副產氫，18%才來源於煤炭。顯而易見，我國制氫結構需要最佳化，藍氫和綠氫的比重亟待提高。而且，目前我國氫能產業尚處於市場匯入階段，根據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》預測，在中國氫能市場發展初期（2020-2025年），氫氣年均需求約2200萬噸，作為燃料增量有限，工業副產製氫因成本較低，具接近消費市場，將成為有效供氫主體；在氫能市場發展中期（2030年左右），氫氣年均需求約為3500萬噸，煤制氫配合CCS技術，可再生能源電解水制氫將成為有效供氫主體；在氫能市場發展遠期（2050年左右），氫氣年均需求約為6000萬噸，中國能源結構從傳統化石能源為主轉向以可再生能源為主的多元格局。我國氫能產業任重道遠。

回到今天的題目上，我們發現，其實，氫能並沒有那麼多種顏色，也沒有多種顏色的氫能，氫能只有一種。正如這世間，本沒有多少顏色，只不過著色的人多了，便有了形形色色。

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