氢能是什么？为何需要氢能？各类型有何不同？

绿氢制备能耗大、成本高，制氢所需的可再生能源并不是免费资源。

氢能是什么？ 氢是宇宙中最常见的化学元素，虽然无色无臭无味， 却是构成所有维持人类生命的事物的主要物质，我们 喝的水、为我们送来温暖的太阳，甚至于人体本身。 但是，氢尽管经常被称为“宇宙的基本构成要素”， 却很少以自由状态（气态）的形式出现。恰恰在这种 状态下，它让能源系统深度脱碳的力量。

为何需要氢能？ 氢不但构成了浩瀚的宇宙，而且在地球上发挥着 重大 作用。第一，作为高效能量载体，氢可以储存能量。 第二，氢可以燃烧，或转化为电燃料(e-fuel)，这是一 种不使用化石燃料生产的合成燃料，可以作为甲醇或 煤油等传统化石燃料的低排放替代品。如果制备和使 用得当，氢能对环境的影响会很小，从而在推动绿色 转型方面具有很大潜力。 在钢铁、水泥、长途航空等很多行业，能源强度非常 高，这些行业同完全实现电气化、使用可再生能源驱 动还有很大距离。面对迫在眉睫的气候危机，我们必 须探索一切可能。在高强度、高温作业的直接电气化 技术尚未开发完成的阶段，通过采用绿氢实现间接电 气化，可以更早启动脱碳进程。由于绿氢燃烧不排放 温室气体，氢能在这些行业是替代化石燃料的良好选 择，如果使用得当且有节制，可以有力推动这些行业 脱碳。

如果用可再生电力制备绿氢，那么随着未来电网大规 模消纳可再生电力，制氢过程还能成为稳定电网的 利器。可再生能源的供需两端都有波动，且峰谷时间 往往并不同步。如在晴空万里太阳能丰富时，或在风 力充足之时，我们家中的电灯和炉灶却不在使用，光 伏电站和风电场所发电力则无法笑纳，这时政府则需 要向新能源电厂支付巨额停产补偿费用（请见第15页 的“欧盟和英国的能源系统灵活性”案例）。但是， 如能用富余能源制氢，不论是用作储能，还是直接用作燃料，都不但可以避免弃风弃光和电网波动，而且 还能催生兼具高能效和盈利性的氢能经济。氢能固然 好处很多，但恐难成为解决气候危机的灵丹妙药。如 下文所述，对于达到全球气候目标，提高能效、直接 电气化、经济地推广绿氢都很重要。

氢能各不相同。 制氢存在多种方式。但是，当前并没有公认的标准能 够根 据不同的制氢方式来为氢能分类。因此，难以 核定每 种制氢方式的排放值。下图中描述了四种常见 的 制氢方式。此外，白氢、青氢、紫氢等方式不太常 见，或者尚且处于开发早期阶段，所以不在本文讨论 之列。

绿氢通过将水分解为氢和氧的电解水工艺进行制备。 只有当电力来自于可再生能源时，才能称作“绿 氢”13。每制备1千克绿氢，碳排放可在0.5-6.6千 克14,15之间，是未来低排放氢能最有前景的来源 之。 灰氢利用天然气、煤炭等化石燃料，通常通过蒸汽甲 烷重整或煤气化工艺制备。灰氢目前占到全球制 氢量的95%，其制备过程会排放大量二氧化碳， 每制备1千克灰氢，碳排放高达10-26千克16，因 此灰氢并非绿色转型的适宜选择17。

蓝氢制备工艺与灰氢相同，但是配套碳捕集和 封存（CCS），捕集率可以达到85-95%，剩余 5-15%的排放率18。蓝氢被认为是低排放氢能， 制备每千克蓝氢会产生1.5-6.3千克的碳排放19， 所以相比不是最清洁的选择。与绿氢一样，粉氢也采用电解水工艺制备，但 是利用的是核电。制备每千克粉氢的碳排放可 以低至0.1-0.3千克20。核电备受争议，容易引发 多重政治考量。