近日，《麻省理工科技評論》在杭州餘杭未來科技城發佈2021“十大突破性技術”榜單，一個新名詞“綠色氫能”躍入眼簾。今年是該榜單誕生第20年。
【五彩氫能如何分】
什麼是氫能？氫是原子序數為1的化學元素，其通常的單質形態是氫氣，常温常壓下為氣態，超低温高壓下為液態。氫能燃燒時只產生水，具有清潔高效、可儲能、可運輸、應用場景豐富等特點，被視為“人類的終極能源”。
根據不同的制氫過程，可將氫能劃分為三類。上海交通大學機械與動力工程學院副教授蔣昆介紹，灰色氫能是指傳統的甲烷重整熱化學反應，這個過程需要七八百攝氏度的反應條件，把甲烷和水蒸氣進行催化反應，釋放出氫氣。這一過程因為反應温度高，並且需要消耗大量的水蒸氣來使甲烷充分反應，整個過程能耗非常高；同時這也是個碳排放的過程。不過，這是目前工業中最成熟的制氫過程。
藍色氫能，是在灰色氫能的基礎上，進行碳捕集和碳封存。這是一個過渡性質的製備技術。
綠色氫能，則是目前最有前景、最環保的技術。蔣昆介紹，綠色氫能利用可持續性能源如風能和太陽能作為輸入能量來電解水，把水中的氫元素提煉出來，實現可持續電能向氫氣中化學能的轉化。綠色氫能最大的特點是，整個過程沒有碳排放，優勢則是能量來源於可再生能源。也就是説，綠色氫能是綠色的碳中性能源，是可再生風能和太陽能的擴充，有可能成為未來低碳化的核心燃料。
【助力“碳中和”】
國際能源署預測，到2050年，氫能可提供全球能源需求的10%以上。
蔣昆介紹，目前通過水電解生產出綠色氫能，其生產成本是灰色氫能的三倍左右。隨着風能和太陽能成本的不斷下降、以及綠色氫能規模經濟效應的出現，氫能的生產成本也有望迎來大幅降低。
未來，綠色氫能還可用來儲存可再生能源生產的電能，當風力減弱、雲層遮擋太陽或用電量需求增加時，這些能量可以重新轉化為電能並輸入電網。也就是説，白天利用富裕可再生能源來進行電解水，產生氫氣；晚上，把氫能轉化為電能，輸送到電網中。整個過程中，氫是一個儲能介質。
廣義的氫能，還能將氫能和水泥廠等排放的二氧化碳發生反應，製備成容易保存的液態碳氫燃料，從而實現碳減排的過程。一方面，運用燃料電池的方法使用氫氣，利用水電解的逆反應，通過氫氣和氧氣反應來生成水並輸出電能，同時不產生氮氧化物。另一方面，通過把氫和碳結合起來，能生產比氫更容易處理的液態碳氫燃料。這類可再生合成燃料更為清潔，有望替代汽油或柴油。
【國際上頻頻探索】
在全世界範圍內，綠色氫能的開發正在如火如荼進行中，許多人認為，這是可以終結化石燃料統治和減緩全球變暖軌跡的一種能源。
擁有世界上最便宜的風能和太陽能的中東，正努力成為綠色氫能的主要參與者。沙特阿拉伯正在紅海沙漠上建造一座未來主義的城市，名為Neom。這座耗資5000億美元、擁有飛行出租車和機器人家政服務的城市正從頭開始建造，並將成為100萬人口的家園。這座城市的能源供給正是來自“綠色氫能”。一家大型美國氣體公司宣佈，作為Neom的一部分，它一直在沙特阿拉伯建造一座綠色氫能工廠，由遍佈在沙漠中的風電和太陽能發電項目提供的約4吉瓦電力驅動。
歐洲的能源產品價格高昂，並且嚴重依賴於俄羅斯的天然氣，歐洲正在通過為電解工廠和其他制氫基礎設施的建設提供資金，來擁抱綠色氫能。德國已將其清潔能源刺激資金的最大份額分配給綠色氫能。一些國際專家表示，儘管風能和太陽能可以為家庭和電動汽車提供電力，但綠色氫能可能是水泥和鋼鐵業等能源密集型行業，以及部分難以實現電氣化的交通運輸行業的理想能源。
在日本福島附近，福島氫能研究工場的綠色氫能設施每小時可產生多達1200標準立方米的氫氣，它將為車輛和固定地點的燃料電池供電。
澳大利亞一個能源財團剛剛宣佈計劃在皮爾巴拉建設一個名為“亞洲可再生能源中心”的項目，該項目將使用1743台大型風力渦輪機和30平方英里的太陽能電池板來運營一個26吉瓦的電解工廠，該工廠將產生綠色氫氣，並將其輸送到新加坡。
欄目主編：徐瑞哲 文字編輯：李蕾 題圖來源：圖蟲 圖片編輯：徐佳敏
來源：作者：李蕾