近日，《麻省理工科技评论》在杭州余杭未来科技城发布2021“十大突破性技术”榜单，一个新名词“绿色氢能”跃入眼帘。今年是该榜单诞生第20年。
【五彩氢能如何分】
什么是氢能？氢是原子序数为1的化学元素，其通常的单质形态是氢气，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。氢能燃烧时只产生水，具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点，被视为“人类的终极能源”。
根据不同的制氢过程，可将氢能划分为三类。上海交通大学机械与动力工程学院副教授蒋昆介绍，灰色氢能是指传统的甲烷重整热化学反应，这个过程需要七八百摄氏度的反应条件，把甲烷和水蒸气进行催化反应，释放出氢气。这一过程因为反应温度高，并且需要消耗大量的水蒸气来使甲烷充分反应，整个过程能耗非常高；同时这也是个碳排放的过程。不过，这是目前工业中最成熟的制氢过程。
蓝色氢能，是在灰色氢能的基础上，进行碳捕集和碳封存。这是一个过渡性质的制备技术。
绿色氢能，则是目前最有前景、最环保的技术。蒋昆介绍，绿色氢能利用可持续性能源如风能和太阳能作为输入能量来电解水，把水中的氢元素提炼出来，实现可持续电能向氢气中化学能的转化。绿色氢能最大的特点是，整个过程没有碳排放，优势则是能量来源于可再生能源。也就是说，绿色氢能是绿色的碳中性能源，是可再生风能和太阳能的扩充，有可能成为未来低碳化的核心燃料。
【助力“碳中和”】
国际能源署预测，到2050年，氢能可提供全球能源需求的10%以上。
蒋昆介绍，目前通过水电解生产出绿色氢能，其生产成本是灰色氢能的三倍左右。随着风能和太阳能成本的不断下降、以及绿色氢能规模经济效应的出现，氢能的生产成本也有望迎来大幅降低。
未来，绿色氢能还可用来储存可再生能源生产的电能，当风力减弱、云层遮挡太阳或用电量需求增加时，这些能量可以重新转化为电能并输入电网。也就是说，白天利用富裕可再生能源来进行电解水，产生氢气；晚上，把氢能转化为电能，输送到电网中。整个过程中，氢是一个储能介质。
广义的氢能，还能将氢能和水泥厂等排放的二氧化碳发生反应，制备成容易保存的液态碳氢燃料，从而实现碳减排的过程。一方面，运用燃料电池的方法使用氢气，利用水电解的逆反应，通过氢气和氧气反应来生成水并输出电能，同时不产生氮氧化物。另一方面，通过把氢和碳结合起来，能生产比氢更容易处理的液态碳氢燃料。这类可再生合成燃料更为清洁，有望替代汽油或柴油。
【国际上频频探索】
在全世界范围内，绿色氢能的开发正在如火如荼进行中，许多人认为，这是可以终结化石燃料统治和减缓全球变暖轨迹的一种能源。
拥有世界上最便宜的风能和太阳能的中东，正努力成为绿色氢能的主要参与者。沙特阿拉伯正在红海沙漠上建造一座未来主义的城市，名为Neom。这座耗资5000亿美元、拥有飞行出租车和机器人家政服务的城市正从头开始建造，并将成为100万人口的家园。这座城市的能源供给正是来自“绿色氢能”。一家大型美国气体公司宣布，作为Neom的一部分，它一直在沙特阿拉伯建造一座绿色氢能工厂，由遍布在沙漠中的风电和太阳能发电项目提供的约4吉瓦电力驱动。
欧洲的能源产品价格高昂，并且严重依赖于俄罗斯的天然气，欧洲正在通过为电解工厂和其他制氢基础设施的建设提供资金，来拥抱绿色氢能。德国已将其清洁能源刺激资金的最大份额分配给绿色氢能。一些国际专家表示，尽管风能和太阳能可以为家庭和电动汽车提供电力，但绿色氢能可能是水泥和钢铁业等能源密集型行业，以及部分难以实现电气化的交通运输行业的理想能源。
在日本福岛附近，福岛氢能研究工场的绿色氢能设施每小时可产生多达1200标准立方米的氢气，它将为车辆和固定地点的燃料电池供电。
澳大利亚一个能源财团刚刚宣布计划在皮尔巴拉建设一个名为“亚洲可再生能源中心”的项目，该项目将使用1743台大型风力涡轮机和30平方英里的太阳能电池板来运营一个26吉瓦的电解工厂，该工厂将产生绿色氢气，并将其输送到新加坡。
栏目主编：徐瑞哲 文字编辑：李蕾 题图来源：图虫 图片编辑：徐佳敏
来源：作者：李蕾