自1937年裝滿氫氣的飛艇興登堡號起火燃燒,發生悲劇以來,氫氣一直備受爭議。
推崇氫氣的人認為氫氣是低碳奇蹟,可以提供車輛和家用能源。他們希望氫氣經濟能改變能源版圖。懷疑論者指出,在氫氣缺陷暴露之後,從1970年代以來幾次氫氣投資都胎死腹中。
事實介在兩者之間。到2050年以前,氫技術或許可以削減當前溫室氣體排放量的十分之一。這看起來不是很多,然而考量到能源轉型的規模,這十分關鍵且有利可圖。
氫氣不像石油或煤炭,並非主流能源。最好將其視為類似於電的能量載體,以及像電池一樣的儲電方法。氫必須被「製造」出來。可再生能源與核能等低碳能源,可以用來將水 (H2O) 分離成氧氣與氫氣成分。這種作法又貴又低效,但成本正在下降。氫氣也可以由化石燃料製成,但除非與捕碳或隔離碳技術相結合,否則這種做法會排放大量汙染。與許多燃料相比,氫氣體積龐大且易燃。以熱力學來說,將初級能源轉換為氫氣,再將氫氣轉換為可用能源會導致能源浪費。
這些內容都對應了氫氣的棘手歷史。1970年代的石油危機催化了氫技術的研究,但並未走得夠遠。1980年代,蘇聯甚至駕駛過以氫氣為動力的客機,然而首飛只持續了21分鐘。
如今,氣候變遷正在引發另一波「氫」熱潮。超過350個大型項目正在進行中,且到2030年累計投資可達5000億美金。摩根士丹利銀行估計,2050年氫氣的年銷售額可達6000億美金。這個數字遠高於現在的1500億美金銷售額,這些銷售額主要來自工業過程,包括製造肥料等。印度很快會舉行氫氣拍賣會,智利則在為公共區域生產氫氣進行招標。包括英、法、德、日、韓在內的十幾個國家,都有自己的氫能計畫。
在興奮之餘,有必要搞清楚氫氣「能做」和「不能做」什麼。
日本和韓國公司想要銷售使用氫燃料電池的汽車,然而一般電池車的能源效率是兩倍。一些歐洲國家希望透過管道將氫氣輸入家庭,但熱泵更有效,而且有些管線無法安全的處理氣體。一些大型能源公司和石油商,想在無法有效捕碳的情況下使用天然氣製造氫氣,只是這樣就不能消除碳排放。
氫可以幫助利基市場,特別是透過電力難以實現,涉及複雜化學過程和高溫的市場。
鋼鐵公司的排放量約佔全球8%,依賴焦煤 (coking coal) 和高爐 (blast furnaces),風能無法取而代之,但氫能可以用稱為「直接還原」的過程實現。瑞典財團Hybrit在今年八月透過這種製造方式賣出了全球第一批綠色鋼材。
另一個利基市場是商業運輸,特別是針對超出電池可達距離的運輸。
氫卡車可以透過更快的加油速度、更大的載貨空間和更遠的載程,打敗電池卡車。美國公司康明司 (Cummins) 已經押注了氫能卡車。氫燃料也可以用於航空與海運,法商阿爾斯通 (Alstom) 正在歐洲軌道上運行氫動力鐵路機車 (locomotives)。
最後,氫可以做為大量儲存和運輸能量的材料。
當沒有風或天黑時,風能和太陽能等再生能源就會出問題。電池可以幫助解決,但如果將可再生能源轉化為氫氣,就可以更便宜地長期儲存,並依需要轉化為電能。美國猶他州的一家發電廠計畫將氫氣儲存在洞穴中,以供應加州用電。
缺乏運輸連結,晴朗又多風的地點,可以藉由氫氣的形式輸出清潔能源。澳洲、智利跟摩洛哥都希望向世界「輸出陽光」。
隨著大量資金投入氫氣製造,其用途可能會擴大。雖然大部分工作都是私企在做,然而政府也可以出一份力。
其中一項是打擊「漂綠」行為:由化石燃料在未經高品質捕碳下製造出的氫能源,對氣候變遷是沒有幫助的。氫氣製造過程中的排放量,需要制定新的規則來衡量,且鑒於氫氣涉及跨境交易,需要國際協議。
政府還應鼓勵不同的氫氣用戶聚集,盡量減少基礎設施的重複。這個情形已開始出現在英國亨伯賽德和荷蘭鹿特丹。總而言之,氫能固然有其侷限性,但仍可以在生產乾淨的能源上發揮重要作用。
(本文由「經濟學人」獨家授權轉載)
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