氢主要用于制造化肥等化学品和炼油厂。当今世界上大多数氢气都是由天然气或煤制成的，这种方法与大量二氧化碳排放有关。因此，发达国家转而寻求“绿色氢”——利用太阳能和风能等可再生能源发电。能源专家罗德·克朗普顿和布鲁斯·杨解释了绿色氢的潜在好处和挑战。

氢的用途是什么?

2021年，全球氢需求达到9400万吨，所含能量约等于占全球最终能源消耗的2.5%．只有0.1%目前全球的氢生产是绿色的，但大规模的扩张计划。

绿色氢的新应用也被设想。

Liebreich的分类是绿色氢潜在市场的一个有用指标。

由于使用绿色氢的目标实际上是减少二氧化碳，所以首先应该瞄准那些能产生最大排放量减少的应用。Liebreich的梯子显示了它们。最上面一行的应用(绿色)是对有价值的绿色氢的有效利用。

但目前生产绿色氢的成本要比生产不清洁氢的成本高得多。用它来生产1.8亿吨全球每年生产化肥所需的氨将对粮食价格产生严重的连锁反应。

因此，很难看出这种转变将如何发生。

绿色氢是如何产生的?

绿色氢是由水产生的。利用可再生(“绿色”)电力，电解器将水中的氢和氧分离(H₂O)。这个过程被称为电解。

绿色制氢不排放二氧化碳，但目前可再生电力基础设施的建设使用的是化石燃料，而化石燃料会排放二氧化碳。

传统上，氢是由煤(“黑氢”)和天然气(“黑氢”)等不可再生能源制成的。灰色的氢”)。当这些方法与碳捕获和储存相结合时，产生的氢被称为“蓝氢”。

绿色氢面临哪些挑战?

虽然可再生能源发电的成本虽然电解的成本一直在下降，但在商业上仍然没有竞争力。

今天，绿色氢在工厂门口的能源当量成本估计在250美元到400美元/桶石油之间国际可再生能源机构．预测了未来的成本削减，但这是不确定的。目前的石油价格约为每桶100美元，远远低于使用绿色氢取代传统石油产品的成本。

运输氢气的成本也必须考虑在内。

不幸的是，氢的物理特性不利于低成本的氢运输。它比油基液体燃料、液化石油气或液化天然气更具挑战性。氢的海洋运输必须在非常低的温度(-253℃)下进行。汽油或柴油不需要昂贵的冷藏:它是在环境空气温度下运输的。

而且氢气所携带的能量只有一升汽油的25%，这使得运输和储存等量的能量更加昂贵。

人们已经研究了运输氢气的替代方法。由于氨₃(NH₃)比氢₃更容易运输，也更便宜，国际可再生能源机构(International Renewable Energy Agency)建议将氢“储存”在氨中，以便运输。但这需要额外的设备来将氢放入氨中，并在目的地将其剥离。这些过程增加了约2.50- 4.20美元/公斤的成本(相当于每桶石油123- 207美元)该机构．

氢比传统的化石燃料更难处理。与传统的碳氢化合物不同，它是一种无色、无味、无臭的气体。这使得泄漏检测更加困难，并增加了火灾或爆炸的风险。氢火是肉眼看不见的。

历史上，氢气一直被控制在工厂周边，并由受过训练的人员管理。将氢广泛引入社会将需要新的措施和技能，包括保险、材料处理、消防和灾害管理。

第一个大型氢能项目可能建在哪里?

建设第一千兆瓦规模的绿色氢项目在沙特阿拉伯已经开始了。许多开创性项目将建在南半球，主要是在发展中国家。这是因为它们的人口密度较低，有更好的可再生能源(太阳能和风能)来产生必要的电力。

虽然这听起来对发展中国家来说是积极的，但开发大型氢能项目存在很大的风险。首先，“铁律”大型声明:“超出预算，超出时间，低于福利，一次又一次”。项目所有者承担项目执行风险。

风险还包括汇率风险、位置偏远、开拓性技术和缺乏技能。未来的东道国将不得不在这些风险与改善投资、就业和国际收支的诱惑之间进行平衡。明智的做法是，从客户国那里获得担保，以避免在全球北方向清洁能源转型之际，出现南方补贴北方的不公平局面。

南非现在有一个“氢的路线图“经过多年的政府资助。能源公司Sasol和汽车制造商丰田正在讨论一个“氢谷，是浓缩氢制造和应用产业的地理走廊。南非政府和沙索正在讨论在西海岸建立一个新的港口Boegoebaai用于制造和出口绿色氢气。在纳尔逊曼德拉湾，Hive Hydrogen计划投资46亿美元绿色氨厂．

纳米比亚也有很大的计划100亿美元的绿色氢项目。

未来降低绿色氢成本的关键主要在于与大规模生产和电解规模相关的技术改进和成本降低。在较小程度上，运输和处理成本的增量减少。

杆克朗普顿，威特沃特斯兰德大学威特兹商学院非洲能源领导中心客座教授

布鲁斯·道格拉斯·杨威特沃特斯兰德大学非洲能源领导中心高级讲师