绿氢
绿氢（英语：Green hydrogen，可简写为GH2或GH2）由再生电力将水进行电解而得。[1][2]生产绿氢所造成的温室气体排放数量显著低于生产灰氢（grey hydrogen）的，灰氢产自化石燃料，且在过程中并未进行碳捕集与封存（CCS）以将二氧化碳移除。[3]
生产绿氢的目的主要是希望能因此将全球升温限制在1.5°C之内（相对于第一次工业革命之前的全球平均气温），降低使用灰氢以减少对化石燃料的依赖，并对特定经济部门、子部门和活动中提供更多的最终用途 - 此类最终用途在技术上很难透过其他方式（例如电气化）达成脱碳的目的，例如重工业（例如氢气可配合使用电力的高温制程、生产绿氨和有机化学原料及直接还原铁（又称海绵铁））、长途运输（例如航运、航空以及较小程度的重型卡车）和作为能源载体供长期储能之用。[4]
截至2021年，绿氢占全球氢气产量的比例低于0.04%。[5]主因是生产绿氢的成本远高于生产灰氢的。[6]例如于2018年，使用太阳能生产的电力来电解水，产生的氢气比透过碳氢化合物（化石燃料）生产的成本贵约25倍。[7]
定义
[编辑]最常见的绿氢定义[8]是使用再生电力进行水电解而产生的氢气。[1][2]本文采用此种定义。
精确的定义有时会添加其他更为详尽的描述。由总部设于瑞士日内瓦非营利组织 - 绿氢组织（Green Hydrogen Organnization）制定的绿氢标准（Green Hydrogen Standard）为"利用100%，或接近100%再生能源电解水产生的氢气，过程中的温室气体排放几乎为零。"[9][10]
对绿氢更广泛、较少使用的定义[8]还包括透过各种其他方法生产的氢气，而这些方法只产生相对较低的温室气体排放，符合某种永续性标准。例如此类生产方式采用的是核能或生物质原料。[8][11][12]
电解
[编辑]使用再生能源产生的电力为将水电解，产生氢气，这是种净零排放的生产方式。
生物炭辅助
[编辑]所谓生物炭辅助水电解（简称BAWE）是透过生物炭氧化反应（BOR）取代析氧反应（OER）来降低能耗。随著反应进行，电解质会溶解生物炭。 于2024年发布的一项研究报告称此种反应的效率是传统电解的6倍，工作电压低于1伏特，且不产生氧气，在100%法拉第效率下，每克催化剂产氢电流约为250mA/gcat（电解电流 (mA) / 催化剂质量 (g)，传统电解约为50mA/gcat）。这个过程可用小型太阳能或风能发电方式驱动。[13]
使用牛粪制成生物炭的工作电压仅为0.5伏特，优于使用甘蔗渣、大麻废料和废纸等材料的。近5%的生物炭和太阳能被转化为氢气。但透过热烈解生产生物炭仍会造成温室气体排放。[13]
用途
[编辑]
绿氢有可能在能源系统脱碳方面发挥重要作用，企图直接使用电力以取代化石燃料则存在挑战和限制。
氢燃料可产生高热，符合生产钢铁、水泥、玻璃和化学品工业生产所需，因此可配合炼钢电弧炉等技术一起应用，而促进工业脱碳。[15]然而氢气可在生产氨和有机化学品的原料方面发挥更大的作用。[4]例如氢气在炼钢过程中可作为清洁能源载体，也可作为替代焦炭的低碳催化剂。[16]
为交通运输脱碳，可透过使用氨和甲醇等氢衍生合成燃料以及燃料电池技术，在航运、航空以及较小程度的重型卡车中找到发挥的机会。[4]氢气较电池具有优越的能量密度（锂电池：0.15-0.25千瓦时（kWh），氢气：39.6千瓦时）。[17]对于轻型汽车（包括乘用车），氢气远落后于其他新能源车使用的动力，特别是与纯电动车相比，推测氢气在未来可能不会于此发挥重大作用。[18]
绿氢也可供长期电网储能[19][20]和长期季节性储能用途。[21]也被研究作为短期储能（取代电池）的用途。[22]
市场
[编辑]截至2022年，全球氢市场的估值为1,550亿美元（其中绿氢的估值约为42亿美元（2.7%）），预计在2023年至2030年期间的平均复合年增长率 (CAGR) 为9.3%。[23]由于目前绿氢生产成本高，仅占整体氢气生产数量一小部分。[24]全球于2020年生产氢气的大部分皆产自化石燃料（99%由碳基原料产生）。[25]由电解生产者尚不足总量的0.1%，[26]而其中只有一部分是用再生电力来生产。
目前使用绿氢的主要限制因素就是较高的生产成本。许多人认为当成本达到2美元/公斤时是一可能的临界点，让绿氢能与灰氢竞争。[27][28][29]最便宜的是利用超额永续能源所生产的电力，若不加以利用，可能必须走上限制发电一途，此情况对于能配合低功率和间歇式电源的电解槽营运有利（例如质子交换膜电解槽）。[30]（p. 5）
水电解的成本在2010年到2022年期间已下降60%，[31]预计到2030年和2050年期间，绿氢的生产成本将大幅下降，[30]（p. 26） 主要是因再生能源发电成本持续下降的缘故。[32][33]（p. 28）高盛集团在2022年俄罗斯入侵乌克兰之前发布的分析报告指出，"欧洲天然气和碳价格处于历史高位，这种独特现象已导致该地部分地区的绿氢成本与灰氢成本价格趋于一致"，并预计全球到2030年生产绿氢与生产灰氢的成本将将可比拟，如果对灰氢征收全球碳税，实现的时间会更为提前。[34]
截至2021年，估计的绿氢投资将包含121吉瓦电解槽装置容量，涵盖136个处于规划和开发阶段的项目，总计到2030年的投入金额将超过5,000亿美元。[35][36]如果建成后，将占2030年全球氢气产量的10%。[35]高盛集团称到2050年，此类市场的价值每年将超过1兆美元。[37]一位能源市场分析师在2021年初表示到2031年，拥有廉价再生能源的国家中生产绿氢的成本将下降70%。[38]
项目
[编辑]澳大利亚
[编辑]澳洲政府于2020年快速批准在西澳洲的皮尔布拉地区建造世界上最大的再生能源出口设施的计画。 一批能源公司于2021年宣布预备投资20亿澳元在新南威尔斯州建设"氢谷"，以取代该地区的煤炭产业。.[39]
截至2022年7月，澳大利亚联邦政府所属的澳洲再生能源机构 (ARENA) 已向35个氢计画投资8,800万澳元，囊扩大学研究和开发，及首次示范项目。ARENA于2022年预计将完成该国首批大规模电解设施建设中的两到三个，此举为1亿澳元氢气部署行动中的一部分。[40]
加拿大
[编辑]加拿大再生能源公司世界能源GH2（World Energy GH2）进行沙湾计画（Project Nujio'qonik ），目的是成为加拿大首个商业绿氢/绿氨生产商，利用该国纽芬兰与拉布拉多省西海岸拥有的3吉瓦风能以生产电力（Project Nujio'qonik中的Nujio'qonik为当地原住民米克马克人语，义为那里有沙子吹来），设立地点位于圣乔治湾 ）。该计画自2022年6月起即根据纽芬兰与拉布拉多省政府制定的监管指南启动环境评估。[41]
智利
[编辑]智利计画到2050年将完全使用清洁能源（包括绿氢）。欧盟的区域混合融资工具 - 拉丁美洲和加勒比海投资基金（ Latin America and Caribbean Investment Facility (LACIF) ）对该国提供1,650万欧元赠款，欧洲投资银行和德国复兴信贷银行预备将分别提供高达1亿欧元的资金来资助生产绿氢。[42][43]
中国
[编辑]迄2022年，中国是全球氢市场的领导者，产量达到3,300万吨（占全球产量的三分之一），[44]主要产自化石燃料。该国有多家公司结盟，在2021年拟定计划在未来六年内将氢燃料产量增加50倍。[45]
中国石化的目标是到2025年生产50万吨绿氢。[46]风能发电产生的氢气可为内蒙古自治区等依赖煤碳为燃料的地区提供具有成本效益的替代方案。[47]为筹备2022年第二十四届冬季奥林匹克运动会，一座被称为"全球最大"的氢气电解槽开始运营，用于生产燃料电池车辆在比赛期间所使用的氢气。该电解槽的电力由陆上风力发电厂提供。[48]
埃及
[编辑]埃及与产业中的国际开发商签署有7份谅解备忘录，为绿氢和再生技术领域展开400亿美元的投资。时任该国计划和经济发展部长哈拉·海勒米·艾勒赛德称，位于苏伊士运河经济区的项目在初始试点阶段将投资约120亿美元，随后将进一步投资290亿美元。[49]
德国
[编辑]德国已投资90亿欧元，将在2030年建造5吉瓦的电解槽产能。[50]
印度
[编辑]信实工业宣布将利用约3吉瓦的太阳能生产40万吨氢气。[51]阿达尼集团创办人高塔姆·阿达尼宣布将投资700亿美元成为全球最大的再生能源公司，并生产全球最便宜的氢气。 [52]印度电力部表示该国计划在2030年将累计生产500万吨绿氢。[53]
总部位于阿萨姆邦东部杜利亚詹的国营印度石油公司于2022年4月建立印度首座99.99%纯绿氢试点工厂，设立此座工厂符合国家目标，即"让印度准备好试生产氢气及将其应用于各种领域"，并同时"持续研发降低氢气生产、储存和运输成本的方法"。 [54]
该国于2024年1月核准一近412,000吨/年产能的绿氢能计画，预计在2026年底开始投产。[55]
日本
[编辑]日本于2023年宣布预定在15年内斥资210亿美元以补贴国内的清洁氢气输送。[56]
茅利塔尼亚
[编辑]茅利塔尼亚已启动两个主要绿氢计画。首个是与Chariot能源公司合作，这个NOUR专案到2030年将成为全球最大的氢能专案之一（产能达10吉瓦）。[57]第二个是AMAN项目（与澳洲CWP Renewables公司合作），包括12吉瓦风电产能和18吉瓦太阳能发电产能，每年生产170万吨绿氢或1,000万吨绿氨，供当地及出口之用。
纳米比亚
[编辑]纳米比亚由德国支持，[58]启动一绿氢生产计画 - 耗资100亿美元以建造总产能为7吉瓦的风电厂和太阳光电厂。目标是到2030年生产200万吨绿氨和氢衍生物，预定可为该国创造15,000个就业机会，其中3,000个是永久性的。[59]
阿曼
[编辑]阿曼国营石油/天然气公司、香港能源公司及科威特能源投资公司宣布在阿曼投资300亿美元的项目，将建造世界上最大的氢气生产设施之一。工程将于2028年开始。[60]
葡萄牙
[编辑]葡萄牙于2021年宣布，计划在2023年建造第一座太阳能发电厂，用其电力生产氢气。[61]总部位于里斯本的化石能源公司Galp Energia宣布在2025年之前建造一座电解槽，生产氢气供其拥有的炼油厂使用。[62]
沙乌地阿拉伯
[编辑]沙乌地阿拉伯于2021年宣布将在该国西北角启动的新未来城计画中投资50亿美元，建造一每年有120万吨绿氨产能的工厂，将于2025年开始投产。[63]
新加坡
[编辑]新加坡开始兴建一座600百万瓦的氢能发电厂，预计将于2026年上半年完工。[64]
西班牙
[编辑]有三十家公司于2021年2月共同宣布在西班牙建立一生产氢气基地的前瞻性计画。该计画预定到2030年将提供93吉瓦的太阳能电力和67吉瓦的水电解能力。[65]
阿拉伯联合大公国
[编辑]阿拉伯联合大公国于2021年在该国杜拜举行的2020年世界博览会中启动一个试点项目，这是中东和北非第一个"工业规模级"的太阳能供电生产绿氢设施。[66]
英国
[编辑]总部位于苏格兰奥克尼群岛的欧洲海洋能源中心（EMEC）于2017年8月利用当地的潮汐能发电生产氢气。这是世界上首次利用潮汐能产生的电力来生产氢气。[67]
有一提案于2021年3月提出，预备利用苏格兰的离岸风电厂生产电力，在克罗马蒂湾（Cromarty Firth）生产氢气，将当地造成一"绿氢中心"，为当地港口与酿酒厂提供清洁燃料。[68]
Equinor（之前为挪威国家石油公司） 于2021年6月宣布计划将该公司在英国的氢气产量增加两倍。[69]英国国家电网公司于2022年3月宣布一项目，将绿氢发电引入电网，并以水电解生产氢气供约300个家庭作为燃料。[70]
英国政府于2023年12月宣布将设立20亿英镑的基金来支持11个独立计画。时任能源部长克莱儿·库提尼殴宣布这笔资金将在15年内分段进行投资。第一轮投资称为HAR1。[71]瑞典国营能源公司Vattenfall计画于2025年利用于亚伯丁附近的测试用离岸风力发电生产绿氢。[72]
美国
[编辑]美国基础设施投资和就业法[73]于2021年11月生效，将拨款95亿美元于绿氢倡议。[74]美国能源部 (DOE) 于2021年计划在德克萨斯州进行首次氢网络示范。[75]该部此前曾试办过一个名为"加州氢能"的计画。德州被认为是绿氢计画的关键地区，因该州是美国国内最大的氢生产州，并拥有氢管道网络。[76]美国生物科技集团Solena Group子公司SGH2 Energy Global于2020年宣布将在洛杉矶附近透过等离子体气化工艺从塑胶和纸张废料中生产绿氢。[77]
时任纽约州州长安德鲁·古莫于2021年宣布投资2.9亿美元兴建绿氢燃料生产设施。[78]国家当局支持开发用于卡车的燃料电池的计划，以及将氢气混合到天然气输送网络的研究。[79]阿肯色州、路易斯安那州和俄克拉荷马州州长于2022年3月宣布在州际间创建氢能源中心。[80]伍德塞德石油宣布在俄克拉荷马州阿德莫尔建造绿氢生产基地的计画。 [81]2022年降低通胀法设立为期10年期的生产税收抵免，其中包括3.00美元/公斤的绿氢补贴。[82]
公私部门合作专案
[编辑]在一项包含有四间欧洲大学参与的能源研究计画 - HYFLEXPOWER Project - 中，来自私营企业的参与者之一西门子于2023年10月宣布已成功将一容量为1百万瓦电解槽产生的100%绿氢，完成驱动工业涡轮机的首度测试。这部涡轮机也可使用天然气以及任意比例的天然气和氢气混合物来运作。[83]
政府支持
[编辑]欧盟执行委员会于2020年通过一项专用氢战略。 [84]"欧洲绿氢加速中心"被赋予的任务是到2025年开发出每年价值1,000亿欧元的绿氢经济。[85]
联合国与永续能源智库RMI及多家公司于2020年12月共同组成绿氢加速联盟，目标是到2026年将绿氢的成本降低到每公斤2美元以下（相当于每百万瓦时50美元）。[86]
联合国工业发展组织（UNIDO）于2021年在奥地利、中国、德国和义大利政府支持下启动全球工业氢计画，[87]目标是加速绿氢在工业中的部署。
英国政府于2021年发布一政策文件"绿色工业革命十点计画" ，其中包括到2030年投资生产5吉瓦的低碳氢气。[88]计划中包括与业界合作完成必要的测试，以便到2023年能将高达20%的氢气混合到天然气配送网络中。英国商业、能源暨工业策略部 (BEIS) 于2022年提出的一份谘询报告指出，由于预计该国天然气的使用量将会减少，因此在管线中混入氢气的作用将会"有限且为时不长"。[89]
日本政府计划将整个国家转变为一 "氢气社会"。[90]然而要实现这个目标，将迫使日本需进口/生产3,600万吨液化氢。而当时的预计是到2030年（预计开始实现的年份）日本的商业进口氢的数量将比前述数量少100倍。日本已发布一份初步路线图，要求到2050年的氢其及相关燃料将提供10%的发电量，以及有相当的部分用于航运和钢铁制造等用途。[91]日本创建一条氢气公路，由135个政府补贴的氢气燃料站组成，并计划在2020年代末再增建1,000个。[92][93]
韩国自2021年11月宣布实施氢经济的第一份总体规划以来，已陆续出台一系列清洁氢能相关政策，其中包括：创建清洁氢生态系统计划、培育世界第一氢能产业战略、召开第五届氢经济委员会会议（2022年11月）。韩国政府希望能借此建立一个清洁、可持续的氢能生态系统，并使该国在全球氢能产业中占有领先地位。根据氢经济门户网站 (h2hub.or.kr) 的数据，该国于2022年氢能产业的总收入估计为12.5兆韩元（约相当于90亿美元），比2021年增长51%。同期，氢能产业的总投资估计为4.1兆韩元（约相当于29.7亿美元），比前一年增长418%。韩国于2023年12月宣布透过"洁净氢能认证制度运营计划"，正式实施该国的氢气认证制度。洁净氢能认证制度会衡量氢气生产和进口过程中的温室气体排放量，只要排放量低于某一设定值，便会授予"洁净氢能"认证，并提供行政和财务方面的支持。[94]
摩洛哥、突尼西亚、[95]埃及[96]和纳米比亚已提出将绿氢纳入其气候变化应对策略之内。纳米比亚正与荷兰和德国等欧洲国家合作进行可行性研究和经费筹措。[97]
欧盟于2021年7月公布欧洲气候中和氢战略。欧洲议会于2021年通过支持这项策略的动议。[98]战略分为三阶段。[99]从2020年到2024年，将现有氢气生产脱碳。2024年至2030年，将绿氢纳入能源系统。2030年至2050年，将大规模部署氢能。高盛集团预计氢气将于2050年占欧盟能源结构中的15%。[100]
6个欧盟成员国：德国、奥地利、法国、荷兰、比利时和卢森堡，要求立法支持氢能源所需经费。[101]许多成员国已经制定从其他国家进口氢气的计划（特别是从北非）。[102]这些计划将增加氢气产量，但也被批评为将欧洲内部必要的能源转型需求外包。[103]欧盟要求从2021年开始，会员国所制造的新燃气涡轮机必须能使用氢与天然气混合的气体。[104]
智利总统于2020年11月提出"绿色氢能国家战略"，希望该国"到2030年成为世界上最高效的绿色氢能生产国"。[105]该计划包括一称为HyEx的项目，利用太阳能生产的电力生产氢气，最终制成绿氨以取代进口的灰氨。绿氨将制成硝酸铵（爆炸混合物的成分之一），供该国采矿业所需。[106]
法规和标准
[编辑]欧盟对认证的再生氢的定义为由永续能源而来（但不包括生物质原料），要比其打算替代的化石燃料的排放量至少减少70%。[107]低碳氢的定义是要比利用化石燃料生产灰氢的排放量至少减少70%。[108]
英国仅提出一项低碳氢标准。其阈值温室气体排放强度为每百万焦耳排放20克二氧化碳当量，[109]透过再生能源电解水所生产的绿氢能轻易达成，但设定此水平是为允许和鼓励其他"低碳"氢的生产（主要是蓝氢）。[110]蓝氢在生产灰氢的同时附加CCS设施，但碳捕获率并未超过60%。[111]英国政府设定的"低碳"门槛，估计要达到85%的碳捕获率。[112]
在美国，计画中的绿氢生产税收抵免激励措施将与所生产的"清洁"氢气的排放强度挂钩，以更大程度降低温室气体强度。[113]
参见
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