原文作者：Jake Whitehead & Peter Newman
半个世纪以来，氢被誉为可以为世界提供动力的清洁燃气，然而迄今为止，所谓的“氢经济”未能实现。随着全球经济对快速减少温室气体排放这项迫切需求的关注日益增加，过去五年又迎来一波氢热潮。虽然在理论上氢可以在许多应用领域发挥作用，但不幸的是，人们对氢有关键作用的应用领域缺乏关注和投资。
在我们最近发表在Sustainable Earth Reviews一文中，我们指出电气化已经超过了许多被夸大其词的氢应用。
如最近的 IPCC 报告所示，可再生能源和电池的成本迅速下降，这些技术为经济脱碳提供了廉价的选择。
尽管如此，在几乎没有零碳替代品的那些应用中，氢的战略性和智能使用仍然是必要的。
由于生产氢需要大量能源，因此必须战略性地、谨慎地使用氢...对氢项目的投资必须非常关注那些直接使用可再生能源无法解决的问题。
如果我们在应用氢时不具备战略性，那么我们可能实际支持了一种相对能耗高的技术，不仅将增加成本还可能危及到2050年净零排放目标的实现。
是时候让世界关注在氢的最大收益方向了。
为什么我们不能简单地将氢用于一切？
虽然氢确实是宇宙中最丰富的元素，但鲜少“唾手可得”。
这意味着它必须从水 (H2O) 或甲烷 (CH4) 等化石燃料中释放出来，然后压缩或液化以供运输和使用。这些步骤浪费了大量能源，在某些情况下还会产生碳排。
为了避免人类引起的气候变化可能带来的最严重后果，留给我们实现全球净零排放目标的时间仅剩下25年左右。
为实现这一目标，我们需要尽可能高效地使用可再生能源以最大限度地减少排放量，这一点十分重要。
由于生产氢需要大量能源，因此必须有策略地节制地使用它，以免迫使可再生能源生产大幅增加，甚至超过已需的空前水平，而直接使用可再生能源来脱碳则更具经济吸引力。
投资氢必须着重关注直接使用可再生能源无法解决的问题。
在电力所“不及”之处战略性地使用氢
尽管电气化已成为全球大部分经济的最节能和最具成本效益的脱碳途径，在某些应用领域，电气化在可预见的未来仍将面临挑战。
正是这些应用中，由风能、太阳能和水能产生的可再生氢将尤为重要。
了解氢的优先应用领域的一种方法是将其放在一个谱系内，该谱系涵盖那些由于替代品有限而不得不使用氢的领域，到那些氢根本没有竞争力的领域。以下是氢应用的谱系：
从不可避免到缺乏竞争力的潜在氢应用范围示例。© Whitehead et al. (2023)
可再生氢在以下方面发挥着关键作用：
• 生产用于化肥的可再生氨
• 生钢的制造以及其他矿物（包括关键矿物）的加工
• 作为化学原料
• 在国际航运中以氨或其他氢基合成燃料的形式存在
• 使用合成喷气燃料的航空业
这些应用没有其他可能的脱碳选择，其中一些应用，如肥料和绿色钢铁，正在示范项目中吸引大量投资。
它们在现在的开发阶段都造价高昂，因此其主流应用可能还需要几十年的时间。
同时，一些利益相关者继续为建立大规模氢能基础设施或者使用标有不同颜色的氢进行游说，而除绿氢外其他类型的氢都依赖于化石燃料，因此不足够可持续。
当考虑氢用于陆路运输时，这一点尤为明显。
短期内将氢广泛地应用于公路运输中（如汽车、卡车）几乎不可能实现。氢燃料汽车消耗的能源比纯电动汽车多两到四倍。
这是物理定律导致的，无法通过技术改进来解决。
因此，氢燃料汽车将意味着更高的消费者成本、更高的重要可再生能源消耗，以及更大的土地空间来容纳所需的大量可再生能源发电。
货运卡车和火车被认为是氢能最有效的使用方式，但蓄电池电动卡车和火车已经开始在一些领域取代柴油电动卡车和火车。
在当前阶段，为未来的氢燃料卡车和火车等氢燃料车辆建立基础设施是浪费金钱和资源的行为。
如果在未来几十年内氢燃料电池车及其配套基础设施能够找到突破性的方法大幅降低成本，那么或许值得考虑。但在此之前，不切实际。
我们不能将可再生氢以及可再生能源浪费在电气化已经可行或将在不久的将来可行的应用上。相反，我们必须专注于那些没有其它替代品的应用上。
为了实现这一目标，世界各国需要签署一个氢能的战略路线图，并放弃那些像陆地交通这样已经不可行或实际上氢已经无法与之竞争的应用。
关于在住宅供暖和烹饪的天然气管道中使用氢气我们也提出相似论点。
改变运输网络以容纳非常小比例的氢气存在严重问题。事实上，基于可再生电力的热泵和感应炉灶可以立即用作非常具有成本效益的替代方案。
那么，我们可以采取什么措施来推动氢在未来经济中可能发挥关键作用的进展呢？
氢应用的战略路径
政策制定者和工业界在优先考虑氢的战略应用方面可以发挥关键作用。
我们提出了一个清晰的路线图，以支持加速可再生氢生产，最终降低可再生氢生产成本以促进采用 - 见下图：
加速全球氢需求的拟议路线图。 © Whitehead et al. (2023)
这份循证路线图清楚地概述了政策制定者和行业应遵循的四个关键步骤，以最大限度地发挥氢的减排潜力。
第一步：将需要对可再生能源发电进行大量投资，以支持全球经济的脱碳，包括可再生氢的生产。
第二步：为了帮助扩大可再生氢的生产规模，政策制定者和工业界应首先优先考虑将现有的化石氢用户转变为使用可再生氢。
第三：我们必须支持那些尚不具有竞争力但在实现净零排放过程中不可避免的氢应用的研发。
第四步：虽然现在对氢是否会在某些应用中（例如长途卡车运输和住宅供暖）发挥作用定论为时尚早，但政策制定者和行业应继续监测事态发展，但不要在短期内优先考虑这些应用。
为此类应用补贴基础设施很可能会浪费金钱，而这些（补贴）是已经证明行之有效的应用所需要的。
只有采用这种战略方法，才有可能明确全球经济对向氢能过渡所能负担的程度。
现实点
可再生氢是一种稀缺且宝贵的资源。
加速可再生氢的增长对于实现经济中不可避免的特定部分的净零碳排至关重要，但各国必须遵循战略路线图。
只有这样，才能真正实现氢经济（至少在一定程度上），同时使可再生能源集中应用于其商业上已经证明成功的领域。
Jake Whitehead & Peter Newman
Jake Whitehead 拥有交通科学和交通工程两个博士学位。他是公认的可持续交通政策和工程领域的国际专家，在澳大利亚和欧洲的行业、政府和学术界拥有超过 15 年的工作经验。
彼得·纽曼 (Peter Newman) 是科廷大学可持续发展教授，也是Sustainable Earth Reviews的主编。彼得在可持续城市和脱碳政策方面撰写了 23 本书和 400 多篇论文。
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Striking the right balance: the role of hydrogen in a net zero economy
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