研究人员表示要实现绿氢经济 要全面考虑氢气的基础设施问题

应对气候变化不仅需要一个清洁的电网，还需要一种清洁的燃料，以减少工业热量、长途重型运输和长时间能源储存的排放。8月11日发表在《焦耳》(Joule)杂志上的一篇评论文章指出，氢及其衍生物可能是这种燃料，但美国清洁的氢经济需要一个全面的战略和10年计划。该评论建议，仔细考虑未来的氢气基础设施，包括生产、运输、储存、使用和经济可行性，将是成功地使清洁氢气在社会规模上可行的努力的关键。

美国能源部启动了雄心勃勃的HydrogenEarthshot计划，该计划有一个技术无关的扩展目标，即在本十年结束前以每公斤1美元的价格生产不含温室气体的氢气，氢气的储存、使用和运输也需要类似的研发计划，并有技术经济的延伸目标。氢能地球行动对于创建氢能经济是必要的，但它是不够的。

全世界每年生产约7000万公吨的H2，美国贡献了全球产量的约七分之一。这些氢气大部分用于生产化肥和石化产品，而且几乎所有的H2都被认为是灰色氢气，其生产成本每公斤只有约1美元，但每公斤氢气大约有10公斤的二氧化碳包袱。

文章的主要作者ArunMajumdar说：氢能经济已经存在，但它涉及大量的温室气体排放。几乎所有的氢气都是以甲烷为基础的。清洁的氢能经济今天并不存在。

对于清洁的氢能经济可能是什么样子，研究人员有很多丰富多彩的设想。例如，蓝色氢气涉及捕获二氧化碳和减少排放，从而产生温室气体输出较少的氢气。然而，目前它的成本比灰色氢气高出约50%，还不包括开发运输和储存不需要的二氧化碳所需的管道和封存系统的成本。

Majumdar及其同事写道：为了使蓝色氢气成为一个可行的选择，需要进行研究和开发，以降低二氧化碳捕获成本，并进一步提高捕获的完整性。

另一种形式的清洁氢气被称为绿色氢气，也吸引了科学家的注意。绿色氢气涉及使用电力和电解器来分裂水，没有任何温室气体的副产品。然而，它的成本为每公斤4至6美元，Majumdar及其同事认为，随着无碳电力和电解器成本的降低，这一价格可降至每公斤2美元以下。

通过甲烷热解实现的绿松石氢气，当甲烷被裂解以产生不含温室气体的氢气时，也在研究界引起了轰动。在这个过程中产生的固体碳副产品可以被出售，以帮助抵消成本，尽管Majumdar及其同事指出，以必要的规模生产的固体碳的数量将超过目前的需求，导致需要研发工作来开发其使用的新市场。

无论是蓝色、绿色还是绿松石色，无温室气体（实际上是无色的）氢气或其衍生物可用于运输、对捕获的二氧化碳进行化学还原、在高度依赖可再生能源的电网中进行长期能源储存、作为钢铁和冶金的化学还原剂，以及作为玻璃和水泥生产的高温工业热量。但是，为了使这些应用成为现实，氢气生产必须达到一定的成本基准--生产氨和石化产品或用作运输燃料或燃料电池的每公斤1美元。

研究人员还强调，美国将需要考虑如何开发和部署H2管道以进行运输，以及如何大规模地存储H2的成本效益。开发和选址新的管道基础设施通常是昂贵的，并涉及社会接受度的挑战。因此，探索不需要新的氢气管道基础设施的氢经济的替代方法很重要。相反，值得利用现有的基础设施来运输氢气的原料-电网用于运输水分离的电力，天然气管道用于运输热解的甲烷。

虽然已经对地质储存进行了一些系统的研究，但美国地质调查局应该负责进行一次全国性的调查，以确定有可能进行地下储氢的许多地点，同时还要考虑使用这些洞穴所需的基础设施成本。研究人员补充说。