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一枚硬币的两面:中美绿氢战略

2023-09-22

可再生能源非常多,包括太阳能、风能、核能、地热能或新近出现的绿氢。这些能源利用和储存其他能源作为可用燃料。为了生产和利用更多的绿氢,中国和美国分别制定战略,并将其纳入到可持续发展的未来目标中。

为什么绿氢很重要?

按照生产氢气的原材料和动力来源,氢气生产可分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢和蓝氢使用天然气等化石燃料,通过蒸汽重整工艺生产,是美国国内的主流选择。但是,该工艺会释放二氧化碳,必须把二氧化碳储存在地下或释放到大气里。

相比之下,绿氢是利用风能、太阳能或核能等可再生能源,从水中分离氢和氧分子制成。这一过程通过电解实现,即利用电将氢原子和氧原子分开。

绿氢的未来是光明的,它可能彻底改变全球发电方式,推动我们更接近更可持续的未来。绿氢与其他可再生能源之间的主要区别,在于它能够通过类似于天然气和石油的运输介质(例如管道和油轮)进行运输。这使得可再生能源丰富的地区,能够向不发达或缺乏太阳能或风能的地区提供能源。

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然而,绿氢的大规模应用仍然面临诸多挑战,例如运输和地方层面的支持。世界各地的公司、研究人员、大学和政府团队正在克服这些障碍。

一旦建立起新的运输基础设施,绿氢将彻底改变我们的可再生能源生产方式。氢可以取代一些化石燃料用于发电,而新型氢燃料电池可以为机械和船舶提供动力,且无需使用高碳燃料。通过这些改进,绿氢有助于加速全球的可再生能源转型。

中国的战略

中国的国家氢能规划部门制定了发展目标,即到 2025 年生产 10 万至 20 万吨绿氢。为此,中国正大力投资建设新的基础设施和发展国有企业,比如国内最大石油公司之一的中石化。

管道测试成功后,中石化已宣布将建设一条从内蒙古到北京等东部城市的“西氢东送”管道。该公司还预计将扩建这条管道,以利用新的氢气生产资源。

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中石化还在推动绿氢生产方面取得了其他进展。比如,在新疆建设的一座新生产设施,将取代塔河工厂的灰氢生产。

中国和美国战略的一项关键区别,在于它们从哪里获取水源。美国拥有丰富的自然资源,可以从天然气或淡水中提取氢气。然而,中国无法获得这些资源。因此,它的目标是通过电解,在海水里提取氢气。

然而,从海水里提取氢气面临着不少挑战。海水的成分包括氯化物气体,而它对用于电解过程的电极具有腐蚀作用,并且含有许多微粒,会降低氢气纯度。许多绿氢工厂在生产氢气之前,都需要淡化海水。这是一个消耗大量能源的过程,使每公斤氢气的成本翻番。该过程有可能使生产企业出现亏损,所以研究人员在电解设备上涂上一层新薄膜,以此希望解决这一问题。该膜可以保护机械免受腐蚀性气体的影响。

来自东方电气集团和南京大学的研究团队利用新型薄膜和风力,成功将海水转化为氢气。利用该薄膜可以生产出99.9%纯度的氢气,并延长生产设备的使用寿命,使得从海水中提取绿氢成为能源生产里更加可行的选择。

美国的战略

今年6月,美国能源部发布了发展绿氢的国家战略和路线图。目标包括三项关键战略: 一是清洁氢能的高影响用途;二是降低清洁能源成本; 三是关注区域网络。

美国能源部希望联邦机构专注清洁氢能,以解决部分经济领域难以脱碳的问题,而不是直接将氢能引入消费市场。战略一包含三个领域:工业应用、交通运输和发电。“工业应用”包括化学、工业供热和炼钢行业;“交通运输”针对航空、铁路和海运;最后,“发电”是为无法获得可再生能源的地区提供电力生产、存储和支援服务。

战略二侧重于降低每公斤氢气的成本,从而和天然气等化石燃料竞争。未来十年内,联邦政府将通过增加市场供应、提高氢气生产效率,进一步推动这一目标。目标是到 2031 年,每公斤氢气的生产成本达到 1 美元。再加上每公斤 2 美元的运输和分配成本,氢气的成本将与当前化石燃料的成本持平。

他们推动这一目标做法之一,是向 19 家主要行业公司提供 3400 万美元的资金,以此促进清洁氢气的生产。

战略三重点关注区域网络在生产廉价、清洁氢气方面的重要性。美国能源部表示,“区域网络使得可以在靠近氢气用户的地方,大规模地生产清洁氢气,从而实现大量基础设施的开发和共享”。 这代表着美国当前发电基础设施的一种转变。目前,美国主要依赖地区或州公用事业公司提供发电基础设施。

区域清洁氢能中心将在终端用户附近进行大规模生产,创造基础设施建设的经济效益,为区域经济创造高薪就业和税收,并建立氢能生产商和消费者网络。

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因为本国的大部分氢气是蓝氢和灰氢,美国一直受到批评——这些氢气的来源仍然向大气排放碳。批评者指出,氢气只是石油公司继续碳排放的另一种途径,而不是一种清洁能源。美国需要解决这些问题,然后才能自信地表示,清洁氢能是通向可持续未来的道路。

清洁氢能如何反映中美关系

北京和华盛顿的战略都寻求增加绿氢在发电和替代化石燃料方面的应用,甚至制定了类似的路线图来实现这一目标。然而,在这一问题上,两国或者双方企业之间的合作目前极少。相比之下,两国之间在其它领域存在许多合作,例如高科技或者气候变化。

我们看到,今年夏天中美之间的高层对话有所增加,但去年众议院前议长南希·佩洛西访问台湾以来,中国继续限制与美国在诸多领域的合作,包括气候变化和可再生能源。

为了帮助世界有效应对气候变化,这两个超级大国必须在这一共同目标上展开合作,并避免因为暂时的政治冲突而将其变成对抗的武器。