氢是一种燃料和原料材料，具有“燃烧”而不排放二氧化碳的优点。然而，它是用能源密集型方法生产的，这会严重损害无温室气体燃料的可持续性优势。克服这一挑战的努力导致了绿色和蓝色氢的发展。

氢 (H) 是最轻的元素，位于元素周期表第一周期的第一族。与碳 (C) 一样，氢气在燃烧并释放能量时会与氧气 (O 2 ) 发生反应。该反应将水蒸气 (H 2 O) 而非二氧化碳 (CO 2 ) 排放到大气中。在大气中，少量的氮氧化物也与水分子一起存在于蒸气中。

重要的是，燃烧反应产生的能量与燃烧化石燃料相当。这使得氢能够作为燃料来源的应用。它用于燃料电池（例如电池）或内燃机。它也可以添加到用于加热或烹饪的气体燃料中，例如，以减少燃烧时释放的二氧化碳量。

与电力一样，氢被认为是一种能源载体，因为它必须由主要来源产生。它的纯净形式H 2在自然界中很少见。为了生产它，制造商需要从水 (H 2 O) 或天然气（甲烷，CH 4 ）中提取 H 2。

提取过程需要大量能量，并且并非所有输入到该过程的能量都作为可用的氢燃料返回。换句话说，氢气生产可能是将能源从主要来源转化为可用能源载体的一种相对低效的方式。

氢气对环境的影响还有另一个问题：蒸汽甲烷重整 (SMR) 占所有氢气产量的 90%，它需要提取和燃烧天然气，随后将二氧化碳排放到大气中。

有几种不同的制氢方法可以减少或消除这些缺点。这些方法用颜色表示：

灰色氢气是由 SMR 使用甲烷排放物制成的，甲烷排放物是其他工业过程的副产品

粉红色的氢是用水电解而不是甲烷制成的，能源来自核能

蓝色氢气由 SMR 制成，但二氧化碳排放物通过适当的碳捕获和封存 (CCS) 技术捕获和储存

绿色氢由水电解制成，能源来自太阳能和风能等可再生能源。

IEA呼吁投资低碳蓝绿氢

国际能源署 (IEA) 最近报告称，到 2050 年，每年需要投资生产约 3.06 亿吨绿色氢，以实现净零排放目标。

在同一份报告中，IEA 还呼吁加大对蓝碳的投资，到 2050 年将产能提高到每年 1.976 亿吨。

该组织补充说，还将需要 1600 万吨粉红碳。

这将在全球经济中使用总共 5.2 亿吨低碳氢燃料，将氢的工业应用扩展到远远超出当今相对有限的用例。目前，大部分氢气是为化学制造和炼油行业生产的。

IEA 报告称，要达到 5.2 亿吨的年低碳氢产量，该行业需要在 2020 年代以 66% 的复合年增长率增长，然后在 2030 年至 2050 年期间以 23% 的速度增长。

蓝氢真的是低碳吗？

最常见的制氢方法是 SMR。

蓝色氢气（利用 CCS 技术从源头捕获二氧化碳排放）和灰色氢气目前约占当今生产中所有氢气的 95%。

SMR 利用天然气和蒸汽在极高温度下的反应来制造一氧化碳和氢气。水煤气变换 (WGS) 反应产生更多的蒸汽与一氧化碳反应产生更多的氢气和二氧化碳分子。

蓝氢利用 CCS 技术解决了这个问题，然而，它仍然需要提取和使用天然气。

许多研究人员开始将逃逸的甲烷排放确定为全球变暖问题中一个重要但被忽视的部分。这些是天然气在其基础设施从开采到使用的各个点泄漏造成的排放。

当将逃逸甲烷计入方程式时，就温室气体排放而言，蓝色氢的表现比某些化石燃料更差。研究人员发现，蓝色氢在燃烧取暖时释放的温室气体比天然气或煤炭多 20%，比燃烧柴油取暖多 60%。

绿氢实用吗？

使用水电解和可再生能源产生的绿色氢仍然可以作为无碳能源载体。然而，建立并利用当前最先进的技术维护绿色氢气生产设施需要大量投资。

电解是比 SMR 更昂贵和复杂的过程，即使使用最好的电解方法，也只有大约 70-80% 的能量输入转化为可用的氢燃料。

绿色氢气生产还需要对现场可再生能源生产进行投资，并且必须在拥有充足且可靠的可再生能源的地方进行。

由于这些成本，绿色氢气仍然只占世界氢气产量的一小部分——8 吉瓦或 4%。为了使氢能实现其无碳能源潜力，需要大量投资。