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在經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，我們已經(jīng)有了經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)，可以替代化石燃料，但在有些領(lǐng)域，消除碳污染要困難得多。例如，鋼鐵、航運(yùn)、航空和卡車運(yùn)輸業(yè)占全球碳足跡的40%，按照目前的趨勢，它們將消耗兩倍于將全球變暖控制在1.5攝氏度以下所需的碳預(yù)算。
幸運(yùn)的是，“綠色”氫氣——利用可再生能源電解生產(chǎn)氫氣——為這些行業(yè)帶來了巨大的希望。通過各種各樣的應(yīng)用，這種微小的分子可以提供取代化石燃料所需的熱量、還原性、燃料和其他服務(wù)。事實(shí)上，考慮到讓這些“難以收縮”的行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的技術(shù)挑戰(zhàn)，如果不這樣做，就幾乎不可能實(shí)現(xiàn)2050年的凈零目標(biāo)。
除脫碳外，制氫還可用于其他目的。例如，在許多應(yīng)用中，氫能夠取代天然氣，這使得能源在一定程度上獨(dú)立，并減少了對從俄羅斯進(jìn)口的液化天然氣或管道的依賴。雖然太陽能和風(fēng)能等可再生能源受到電網(wǎng)覆蓋范圍的限制，但氫氣可以通過管道或船舶運(yùn)輸。這意味著它可能成為一種可出口的可再生能源，并最終取代石油成為全球主要的能源商品。
根據(jù)市場的不同，制造氫氣的方式也非常不同。在歐洲和東南亞，政治和市場激勵措施已經(jīng)與氫基礎(chǔ)設(shè)施的部署相一致。但在石油和天然氣出口大國，激勵措施往往是相互矛盾的。值得注意的是，在美國，天然氣滿足了氫能提供給其他市場的所有政治優(yōu)先事項(xiàng)。
氫的生產(chǎn)、儲存和運(yùn)輸是到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放的關(guān)鍵因素，這不僅對現(xiàn)有的能源公司，而且對投資者都是一個數(shù)萬億美元的機(jī)會。雖然氫目前比化石燃料等競爭對手更貴(按提供的單位能量計算)，但電解電池產(chǎn)量的增加正在降低成本。在接下來的十年里，我們可以預(yù)期氫在各種應(yīng)用中會達(dá)到相對于化石燃料的收支平衡點(diǎn)，在那之后，氫的生產(chǎn)就有了成本效益。
綠色氫氣對發(fā)展中國家特別有吸引力。可再生能源生產(chǎn)成本最低的國家和地區(qū)與人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)較低的國家和地區(qū)之間有很強(qiáng)的地理重疊。因此，這些國家可以通過成為氫氣生產(chǎn)國和出口國來確保全球競爭優(yōu)勢。這樣做還可以幫助它們吸引零碳重工業(yè)，如化肥制造或氫直接減量化煉鋼。當(dāng)然，這些部門的發(fā)展會創(chuàng)造大量的就業(yè)機(jī)會。
氫對富裕的工業(yè)化國家也很有吸引力，這些國家目前在氫電解電池的制造方面處于世界領(lǐng)先地位。然而，如果光伏(太陽能電池板)產(chǎn)業(yè)的近期歷史可以作為指導(dǎo)，那么富裕國家可能需要更強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)政策，以確保生產(chǎn)不會轉(zhuǎn)移到中國和其他地方。
在氫達(dá)到其全部脫碳潛能之前，還需要做更多的工作。目前，綠色氫只占現(xiàn)有氫生產(chǎn)的很小一部分。相比之下，大多數(shù)氫是“灰色”的，是通過蒸汽-甲烷重整(SMR)過程從化石燃料中提煉出來的。雖然可以捕獲和儲存一些相關(guān)的二氧化碳排放，以制造稍微清潔一點(diǎn)的以化石為基礎(chǔ)的“藍(lán)色”氫，但這不是零排放的選擇。所以目前氫的二氧化碳足跡相當(dāng)復(fù)雜。
此外，氫要實(shí)現(xiàn)它的承諾，電網(wǎng)也必須脫碳。但與電動汽車一樣，我們不能等到100%清潔的電網(wǎng)開始部署電池;我們必須現(xiàn)在就開始。
這在財務(wù)上并不像聽起來那么危險。誠然，在綠色氫成為成本最低的氫源之前，必須跨越一個門檻。值得注意的是，美國能源部(US Department of Energy)最近宣布了一個目標(biāo)，將“清潔氫”的成本降低到每公斤1美元，如果通過SMR工藝以可持續(xù)的天然氣價格生產(chǎn)氫，這一目標(biāo)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。這意味著美國的政策已經(jīng)與綠色氫保持一致。
然而，用綠色氫來脫碳的重工業(yè)需要大量的電力。生產(chǎn)所需數(shù)量的氫氣幾乎需要目前全球總發(fā)電量的兩倍。滿足這一需求的唯一方法是更快地開發(fā)可再生能源。
這反過來又導(dǎo)致了關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計問題，比如氫管道還是輸電線應(yīng)該優(yōu)先考慮。該行業(yè)的增長將產(chǎn)生許多監(jiān)管影響。為了確保氫基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)，重要的是貨幣化，建立鼓勵資本支出延期的費(fèi)率結(jié)構(gòu)，并提供跨各種基礎(chǔ)設(shè)施類型的全系統(tǒng)規(guī)劃。
同樣，改用氫燃料將加速許多以化石燃料為基礎(chǔ)的資產(chǎn)的淘汰。為了使大量擱淺資產(chǎn)不產(chǎn)生負(fù)面影響，需要通過各種財務(wù)激勵措施對其進(jìn)行再利用或促使其盡早退出。
在基礎(chǔ)設(shè)施再利用方面潛力巨大的一個領(lǐng)域是天然氣管網(wǎng)，在某些情況下，可以對其進(jìn)行改造以實(shí)現(xiàn)氫的輸送。一些燃煤電廠也可能被重新利用;然而，在這里，電-氫-電的端到端效率非常低，因此其有利可圖的使用是有限的。對于鋼鐵工業(yè)來說，情況更為嚴(yán)重，因?yàn)楝F(xiàn)有的高爐產(chǎn)能可能需要用直接還原來取代。同樣，汽油和柴油基礎(chǔ)設(shè)施也需要更換。但是，隨著電動汽車市場的增長，這種基礎(chǔ)設(shè)施的未來仍是未知數(shù)。
氫氣帶來了巨大的機(jī)遇，但也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)IEA對1.5°C路徑所需條件的分析，全球范圍內(nèi)，該行業(yè)目前每年只能生產(chǎn)約1 gw的氫電解電池，從今天到2030年，綠色氫產(chǎn)量需要增加1000倍。
我們可以也必須采取一些措施來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。一是要有政策保證規(guī)模上的穩(wěn)定需求，讓電解企業(yè)跨入工業(yè)制造。第二，政府必須提供補(bǔ)貼來支付最初的“綠色溢價”，直到學(xué)習(xí)曲線開始生效。最后，我們必須解決當(dāng)前資產(chǎn)位置與脫碳行業(yè)最低成本清潔足跡位置之間的緊張關(guān)系。
在直接和間接的政治優(yōu)先考慮的支持下，氫市場獲得了動力，并越過了不可逆轉(zhuǎn)的臨界點(diǎn)。因此，它們正迅速將清潔工業(yè)和脫碳經(jīng)濟(jì)帶進(jìn)觸手可及的范圍。
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