氫能源現在炒作非常厲害，中國在這方面尤其明顯，氫能源論壇幾乎每個月都有召開。但是大家談論的問題本質往往在於投資，科普效果不錯，學術效果含糊。許是本人魯笨或不認真，至少我參加了許多次氫能源會議，但長進並不大。真正把接近核心問題講清楚講明白的都去參加其他會議了。氫能源涉及三大問題，氫氣的製備，氫氣的存儲，氫氣的使用，這都知道。氫氣製備有三種情況，灰色是產碳的，藍色是消減碳的，綠色是不產碳的。氫氣的存儲有三種情況，固體存儲，液體存儲，高壓氣體存儲，各有優缺點。氫氣的使用有三種情況，能源轉化，工業原料和氫燃料電池。能源轉化主要是作為電能物理存儲載體，解決電能存儲困難，就是把暫時多餘以氫氣方式存儲起來，使用的時候再變成電，這是非常好的應用領域。工業原料有兩個方面，許多共同過程都需要氫氣材料，但用量並不大，最巨的是超高碳排放的大廠，本文提到的煉鋼廠就是典型，其實氫氣是代替碳做氧化鐵的還原劑，好處是不需要排放二氧化碳，是最重要的氫氣能源應用場景。主要是規模效應高，能在碳中和方面發揮真正的作用。爭議最大的是氫燃料電池在乘用車方面的應用。這種燃料電池車本質是一種電池，是用氫氣作為化學能載體的分體式電池。因此和其他材料電池如鋰電池是最直接的競爭對手。所以最大聲音的批評就來自傳統電池技術追隨者和利益者。
位於瑞典最北部的鋼鐵廠，日夜每時每刻，金屬都從一個90米高的巨大高爐底部的洞中湧出。同樣無情的是，一股二氧化碳從頂部噴出。 二氧化碳是高爐吞噬的煤的廢物。SSAB公司擁有這家工廠。SSAB公司的首席技術官Martin Pei說，每生產一噸鐵用來煉鋼，這個熔爐就會產生1.6噸二氧化碳。世界上有數百座類似的鼓風爐，其中大多數的排放量更大。再加上鋼鐵行業的其他能源密集型環節，我們就可以清楚地知道，鋼鐵製造造成了全球7%的溫室氣體排放，據一些人估計，這相當於全球所有乘用車的尾氣排放總和。
但在離Luleå熔爐幾百米遠的地方，有一個較小的煉鐵爐，碳污染少得多。這項試點技術用氫氣代替煤炭，只釋放水蒸氣。“這是煉鋼的新方法，有了它，我們原則上可以消除所有的二氧化碳，”裴說。
氫制鋼的路線並非完全無污染。將鐵轉化為鋼的其他步驟仍然會排放一些二氧化碳，且開採鐵礦石也需要消耗能量。儘管如此，去年，這個地方在瑞典大量的低碳電力的幫助下生產出了世界上第一個“綠色鋼鐵”，這些電力來自水力發電、核能和風能。該試點工廠屬於HYBRIT，這是SSAB於2016年與瑞典公用事業公司Vattenfall和國家礦業公司LKAB組建的合資企業。
讓鋼鐵生產變得綠色低碳，只是氫現在有望幫助世界經濟脫碳的方式之一。雖然有些人吹捧氫可以用作交通燃料，但它不太可能對交通或供暖產生太大影響，因為電池和電力已經為這些領域提供了更有效的低碳解決方案。相反，氫的最大貢獻將是清潔工業過程，從生產塑膠和化肥到精煉碳氫化合物。傳統上，這些行業被認為是更難脫碳的行業，較少受到媒體、投資者和政策制定者的關注。
氫也可能被用於能源生產。有朝一日，由氫製成的液體燃料可能為航空和航運提供動力。氫甚至可以幫助電網脫碳:多餘的太陽能或風能可以被轉移到製造氣體中，然後用於其他工業過程或僅僅用於儲存能量。通過這種方式，氫氣有望成為許多不同經濟部門之間的橋樑。
位於劍橋的麻省理工學院的化學工程師Dharik Mallapragada說:“氫在某種程度上是獨一無二的，因為它在生產和使用方式上具有多樣性。”
急於實現淨零排放目標的政策制定者已經開始大規模推廣氫燃料，尤其是在美國和歐盟。在某些情況下，他們補貼低碳氫燃料的價格。在另一些國家，為氫生產商或使用氫的行業提供稅收抵免。
部分原因是，對氫專案的投資正在經歷熱潮。布魯塞爾的一個工業組織氫理事會估計，到2030年，已經宣佈的數百個大型氫專案可能達到2400億美元的投資——儘管到目前為止，這些專案中只有十分之一是完全完成的。該委員會認為，到2050年，氫和氫技術的市場價值將達到每年2.5萬億美元。
分析人士現在預測，到本世紀中葉，全球氫氣產量將增長5到7倍。這應該有助於減少世界的碳足跡——但前提是氫氣本身是在不增加二氧化碳排放的情況下獲得的，就像在Luleå試點專案中所做的那樣。
之前就有關於氫的炒作。但這一次涉及的資金數量在許多專家看來表明，它真的會成功。分析人士表示，這一轉變不需要新的技術:它已經被嘗試和測試過，儘管科學進步將有助於加快這一轉變。
“氫革命正在發生——這次是真的，”洛基山研究所(RMI)的經濟學家Oleksiy Tatarenko說，該研究所是科羅拉多州博爾德市的一個可持續發展智庫。
從哪里開始呢?
制氫已經是一個規模龐大、污染嚴重的產業。國際能源署(IEA)估計，每年約有9400萬噸(Mt)的天然氣被生產出來。幾乎所有的能源都來自天然氣等化石燃料。天然氣中的甲烷(CH4)與氧氣反應生成氫分子和二氧化碳。後者被排放到大氣中——每年9億噸，或超過世界二氧化碳排放量的2%，相當於印尼和英國的年排放量總和。分析人士將這種污染氫稱為“灰色”。
世界上已經生產的氫氣主要用於基本工業的化學處理步驟。它與空氣中的氮混合，產生氨(NH3)，例如，化肥的一種成分。石化煉油廠使用氫從石油中去除硫，或將石油中較大的碳氫化合物分解為較小的碳氫化合物。在化學工業中，氫被用於製造大量的產品，比如甲醇(CH3OH)，而甲醇又被用於合成無數其他化學產品。
“在我們把氫定位為氣候變化的解決方案之前，我們首先必須把氫作為氣候變化的一個問題來處理，”能源顧問、倫敦Liebreich Associates的首席執行官邁克爾·裏布瑞奇(Michael Liebreich)在10月於荷蘭鹿特丹舉行的世界氫大會(World hydrogen Congress)上發表主題演講時說。
化石燃料制氫過程中釋放出的部分二氧化碳可以被捕獲並儲存在地下的深層地質水庫中。以這種方式脫碳的氫被稱為“藍色”。但批評藍色氫氣的人士指出，它並不能阻止所有的二氧化碳排放，而且製造藍色氫氣意味著繼續提取天然氣，這對環境也有不利影響。
另一種製造氫的方法幾乎是完全無碳的。這是一種有200年曆史的電解水技術:電解器通過在鍍催化劑的電極之間通電從水中提取氫氣。如果用於驅動這一過程的能源是可再生的，產生的產品被稱為綠色氫氣。綠色氫氣有可能實現零排放，或者至少接近零排放。
決定清潔氫轉換速度的一個關鍵因素將是電解槽的成本。國際能源署、彭博清潔能源分析機構和其他組織預測，因為電解液的生產線越來越自動化，而不是手工製造，電解槽成本可能會迅速下降，到2030年下降超過三分之二。
這就是為什麼分析家預測製造綠色氫氣的成本將從現在的每公斤5美元下降到未來的每公斤1美元，即使沒有稅收減免補貼。這將使其與灰色氫氣相競爭，後者的生產成本每公斤不到1美元。即便如此，多項研究預測，隨著需求的激增，未來幾十年，很大一部分氫需求將需要藍色氫來滿足。
這種轉變需要大量的可再生能源。如果電解效率達到100%，僅用綠色氫氣取代今天使用的灰色氫氣，每年就需要3000太瓦時(TWh)以上的可再生能源電力。在現實中，所需的電力更有可能超過4500太瓦時。這相當於美國一年的產量。更重要的是，國際能源署設想，在本世紀中葉實現淨零排放的情況下，清潔氫的年電力需求將上升到14800太瓦時。
儘管如此，清潔能源仍在以驚人的速度增長。例如，BloombergNEF預測，到2024年，全球預計將擁有每年生產近1太瓦光伏電池板的能力。僅這一能力就可以滿足目前每年電力需求的1 / 7。總體而言，到本世紀中葉，全球低排放電力供應將增加兩倍多
在所有的碳排放行業中，鋼鐵行業是最大的碳排放行業之一，而這也是氫氣可能產生最大影響的行業。裴說，人們多年來一直試圖在這個過程中使用氫氣，但一直無法擴大規模。但在2016年，就在大多數國家簽署了巴黎氣候協定，承諾將全球變暖控制在比工業化前水準高不到2攝氏度的時候，貝聿銘開始在SSAB帶頭進行氫研究。顯然，鋼鐵脫碳對瑞典實現其在巴黎的承諾至關重要。SSAB並不是瑞典主要的鋼鐵生產商，但它的二氧化碳排放量卻占了瑞典的10%。“所有人都知道，如果SSAB不能成功消除這些排放，瑞典就不會成功，”公司發言人米婭·威德爾(Mia Widell)說。
煉鋼最難的問題是要從鐵礦石中提取鐵——鐵礦石本質上是鐵銹，含有氧化形式的鐵。在高爐中，氧原子從鐵銹中剝離出來，留下液態鐵。為了做到這一點，礦石與焦炭(煤的衍生物)或木炭熔合在一起。這種燃料的主要功能實際上不是熔化礦石，而是從礦石中獲取氧原子，這是一種化學還原過程，其熱力學成本是熔化岩石的六倍多。這一過程導致了大量二氧化碳的釋放。