中国能源资讯网虽然在今天的大多数市场，使用低碳的氢气并不是一个可行的经济选项，但由氢来支撑世界的能源供应脱碳的车轮已经启动，这是一个需要时间的过程，但如果我们想要在本世纪中叶实现碳中和就必须要这么做。本文展望了氢经济如何在美国以及全球发展。
这可能并不是氢的黄金时代，但它的时代肯定已经到来。以美国为例，2021年通过的《基础设施投资和就业法案》（Infrastructure Investment and Jobs Act）为清洁氢能拨款95亿美元，而次年的《通货膨胀抑制法案》(Inflation Reduction Act, IRA)则制定了额外的政策和激励措施。
其他国家也在推动低碳的氢和其他清洁燃料。例如，欧盟有几个支持氢的项目，如清洁氢伙伴关系和欧洲清洁氢联盟。同样，中国计划在2035年之前让5万辆氢燃料电池汽车上路。此外，中国将把氢用于能源储存、发电和工业。总体而言，全球有25个国家已经启动了国家层面的氢计划。
宇宙中最丰富元素的力量
这一切的背后是一个简单的评估。首先，绿色氢，以及其他清洁燃料，如生物乙醇、生物柴油和氨，将是世界经济能源转型的关键成功因素。它们对于迄今仍严重依赖化石燃料的经济脱碳是必要的，进而对应对气候变化至关重要。与此同时，氢是确保未来几年各国能源安全的重要构成要素。虽然氢需要广泛的基础设施才能大量浓缩成纯氢，但它也是世界上储量最丰富的元素，几乎无处不在。
然而，总的来说，氢经济将如何在美国和其他地方实现?更具体地说，我们怎么能指望绿氢使经济的各个部分脱碳，比如交通运输、重工业，尤其是发电?
新的燃气轮机必须准备好燃烧氢气
说到氢的现状，有个好消息。虽然大多数新能源发电都是使用可再生能源建造的，但我们仍然需要天然气发电厂在没有风和太阳的时候提供可调度的能源。然而，尽管天然气是一种低碳燃料，但它并非没有碳。因此，氢气是发电厂天然气的无碳替代品。
为了适应这种转变，任何新的天然气发电厂都需要氢燃料燃气轮机，能够燃烧氢混合物，并最终达到100%的无排放能源。能够纯氢运行的工业燃气轮机，如西门子的SGT-800和SGT-400，已经成功在望。此外，西门子等原装设备制造商也宣布，他们正在努力使所有燃气轮机从2030年开始能够100%烧氢。
建设氢基础设施
尽管如此，单独氢燃气轮机并不能构成整个氢经济，缺乏的是基础设施，更具体地说，是氢气的生产能力。由于这种设施的稀缺性，氢气价格仍然很高。同样，大部分地区也缺乏足够的氢气管道、运输能力和储存设施。而当公司在努力建设必要的基础设施时，另一个障碍就存在了——在美国和其他国家，许可程序既漫长又困难。
但这并不意味着该行业处于闲置状态，相反，几乎全球各地正在建设开创性的氢基础设施。例如，在美国，现有的氢基础设施将得到扩大，这包括建立6到10个清洁氢中心，由联邦政府提供高达70亿美元的支持。这一扩张的一部分包括对现有的美国墨西哥湾沿岸氢网络的工作，这是世界上最大的氢网络之一，从德克萨斯州的自由港到路易斯安那州的查尔斯湖，横跨约300英里。
其他现有的氢基础设施也存在，比如德国萨克森-安哈尔特州的化学三角。其他项目也在筹备中，比如比荷卢经济联盟和英国的氢谷。世界各国政府也在考虑将现有的天然气管道改造为氢气运输管道，液化天然气(LNG)终端也是如此。但是，所有这些项目的关键是钢铁、化肥、交通和电力等行业的大规模氢气承购商。
基础设施赋能
建设基础设施的目标之一是使不容易电气化的重化石燃料行业进入减碳流程，包括钢铁和水泥等难以减排的行业产生的热量，例如，Salcos项目的目标是在绿色氢的帮助下几乎消除天然气的使用。
另一个应用领域是化学工业中化石原料的替代，例如使用绿氢生产甲醇。最后，绿氢还可以用来生产各种合成燃料，如电子煤油、电子甲醇和电子汽油，这将支持航空、航运和重型公路运输业的脱碳。智利Haru Oni就是一个例子，它是世界上第一个集成工业规模的氢气工厂，用于生产合成的气候中性燃料。所有这些都吸引了那些公开承诺到本世纪中叶实现碳中和的公司，比如通用汽车、Cemex(一家水泥制造商)和霍尼韦尔，这只是众多公司中的一小部分。
展望未来:发电厂
工业市场在商业上具有较低的氢盈亏平衡价格，因此这些行业应该首先实现氢的使用。但是，由于监管部门要求电力部门完全脱碳的压力，发电厂中氢的使用也应该会增加，这将使传统燃料因二氧化碳排放的惩罚而变得更加昂贵。一些国家也承诺在2050年前实现碳中和。例如，瑞典和德国的目标是到2045年。与此同时，七国集团(G7)主要工业国家承诺到2035年实现电力行业的脱碳。
虽然美国打算到2050年实现总体净零排放，但它也设定了到2035年实现无碳污染电力的目标。此外，美国环境保护署（EPA）提出了一项新的排放法规，到2038年，将在电力部门实施近100%的低碳氢共燃。与此相一致的是，西门子能源公司已经注意到，人们对能够燃烧100%氢气的工业和重型燃气轮机的兴趣在增加。
为氢燃料发电厂打开大门
这种对电力部门脱碳的推动为氢燃料燃气发电厂奠定了基础。如今，可再生能源满足了越来越多的全球电力需求。此外，许多国家仍将核能视为基本负荷电力的重要来源。然而，当可再生能源输出减弱或需求高峰时，燃气发电厂可以用于承担剩余负荷。
这些发电厂目前使用的天然气应该被视为向绿氢等清洁燃料过渡的气体。事实上，在未来10到15年，天然气需求在全球能源需求中的份额预计将增加，使其成为唯一呈上升趋势的化石燃料。考虑到燃气轮机的生命周期，为这种转变做好准备，开始安装新的氢燃料燃气轮机，或者修改现有的燃气轮机使其成为氢燃料燃气轮机是有意义的。一旦低碳的氢能够以合理的成本大规模使用，它们就可以迅速进行改造。
氢的颜色差别
值得注意的是，并非所有的氢都如出一辙。氢按照不同的颜色分类，从蓝色到黄色到粉红色再到绿松石色，这取决于产生的路径。目前，90%以上的氢气是通过传统的工艺手段从天然气与其他燃料中得到，蒸汽重整(灰色)、褐煤(棕色)或沥青煤的煤气化(黑色)，这些过程的碳浓度最高。
下一步是从天然气中生产蓝氢，其中产生的大部分二氧化碳被捕获并封存在地下含水层、枯竭的油气田或用于工业。最后，绿氢是在零二氧化碳排放的情况下生产的，比如使用100%可再生能源发电的电解。
根据国际能源署的特别报告《2050年净零排放:全球能源行业路线图》，蓝色和绿色氢是未来，它们将在相当长的一段时间内共存。到2050年，预计大约一半的氢气生产将来自对化石燃料的改造(碳捕获和储存，蓝色)，一半来自可再生能源(绿色)，随着时间的推移，绿色氢气将变得更具竞争力。
氢的推进计划
很明显，氢气不仅可以用于工业用途，也可以用于天然气发电厂。虽然从纯粹的商业角度来看，氢能的广泛采用预计不会在这十年内发生，但像IRA这样的监管措施和法案将有助于在未来几年内实现积极的商业案例。
因此，氢再电气化的基础工作已经奠定，这并不奇怪。还有一些规模较小的示范和试点项目，比如位于法国维埃纳河畔萨亚尔(Saillat-sur-Vienne)一家造纸厂的工业发电厂Hyflexpower，它已经成功地测试了共燃氢。2023年初，西门子能源公司的一台大型SGT6-6000G燃气轮机，经过轻微修改，也在美国的一家发电厂使用38%的氢混合燃料运行，使其成为世界上最大的实现这一比例混合的燃气轮机。2023年7月在奥地利的多瑙城热电厂，进行了第一次混合15vol%氢气的试运行，下一阶段，试验将使氢气含量翻倍，达到掺氢比例30vol%。
这需要时间，但必须加快进程
最后，虽然我们在这十年取得的成就还不够，但今天的进展对最终成功采用氢燃料至关重要。我们需要耐心。今天，我们既不应该对现状感到惊讶，也不应该感到沮丧。我们刚刚开始利用氢来降低排放密集型经济的碳排放。正如石油基础设施的建设需要几十年的时间一样，氢基础设施也需要时间。然而，我们必须加快其发展。
