绿色氢为发电和运输提供了一种多功能、零排放的燃料。大规模采用绿色氢将大大有助于全球能源从化石燃料向碳中和能源的转变，但其成本较高的生产阻碍了这一转变。本文将探讨用绿色氢替代天然气的可能性，这是一项重要但具有挑战性的举措，可以加速可持续发展。

绿色氢概述

绿色氢气生产涉及使用可再生能源发电的水电解。

电解将水分子分解成氢气和氧气，捕获并储存氢气用作燃料。

可再生能源系统产生的电力使这个过程完全没有碳排放。

为什么需要更换天然气？

天然气主要由甲烷组成，在燃烧时会产生二氧化碳。与汽油的 21% 份额和煤炭的 25% 份额相当，天然气占全球温室气体排放量的 19%。

大约三分之一的温室气体 (GHG) 排放来自使用天然气为我们的房屋供暖。必须解决这一问题，以实现《巴黎协定》的目标，即到 2035 年将温室气体排放量减少 75%，到 2050 年实现净零排放。

绿色氢替代天然气面临的障碍

1、生产成本

绿色氢气的价格大约是天然气的四到五倍。

除了绿色氢气生产的高成本之外，为未来数以千计的独立加氢站建设基础设施也面临着一些挑战。

一个新的氢气管道网络需要大量的前期资本支出，而氢气的特性在管道组件的设计中提出了独特的挑战。

氢气的单位体积能量密度低于所有其他燃料，因此储存和运输到消耗点的成本更高。

利用绿色氢使重工业脱碳将需要大量电力。满足这一需求的唯一方法是加快可再生能源的生产。这将带来重大的基础设施设计挑战，例如优先考虑 H 2管道和传输线。该天然气行业的扩张将产生重大的监管影响。

为了确保氢基础设施的快速扩张，允许货币化，制定关税结构以鼓励推迟资本支出，并确保系统范围的基础设施规划是必要的。

2、压缩氢气

压缩气体以经济运输；这是氢分配的主要问题。压缩与天然气相同数量的氢气需要大约三倍的能量。

这种三倍的压缩增加成本很高，并且需要用更大的单元和三倍的吸入排量更换每台压缩机。

3、管道泄漏和反应性

与天然气相比，氢气具有不同的品质；因此，混合到当前管道系统中的氢燃料量是有限的。由于氢是宇宙中最小、最轻的分子，它很容易从管道和旨在运输较大甲烷（天然气）分子的气体网络的其他部分泄漏出来。

氢与不同金属的反应不同。因此，它可以削弱和腐蚀高压气体输送系统中常见的钢制管道。

4、化石燃料的过时

通过改用 H 2，许多化石燃料资产将变得过时。有必要通过各种财务激励措施重新利用这些大量表现不佳的资产，以防止有害的副作用。

利用天然气生产氢气

蓝色氢气是通过甲烷（天然气）的蒸汽重整产生的。然后在碳捕获技术的帮助下捕获并储存在此过程中释放的一氧化碳。它不是一种完全碳中和的燃料，因为在这个过程中没有捕获所有的碳排放。

绿色氢的最新发展

在过去三年中，绿色氢项目增长了五倍，并且计划到 2030 年有几个项目，估计融资和补贴为 5000 亿美元。

氢经济在日本、加拿大和欧盟都有官方路线图。

美国能源部的氢气喷射计划旨在到 2030 年达到 1 美元/公斤。

考虑到国家 2060 年的净零排放目标，中国的国有企业已经推出了具有 100 吉瓦电解槽的大型绿色 H 2项目。

在德国，正在测试氢能系统作为家庭供暖中天然气的部分替代品，世界上最大的电解生产设施正在建设中。

在英国，科学家们正在努力用 H 2代替天然气管道网络中的甲烷。

H21 试点项目由位于英国利兹的 Northern Gas Networks 准备。该项目的最终目标是城市供暖系统从天然气到氢气的完全能源转换。

绿色氢的未来

氢气在发电厂和工业中有着悠久的历史。自19世纪初以来，这种气体已被用于汽车、飞艇和航天器燃料电池。

全球经济的脱碳，一个无法持久的发展，将提升氢的重要性。

政府和行业必须共同努力，为投资者铺平道路。用于安全运输和储存大量氢燃料以及确定各种氢供应对环境影响的通用国际标准将改善国际贸易。

尽管绿色氢的成本仍然太高，无法与传统的氢和其他燃料来源竞争，但由于投资者寄希望于氢价格下降的机会，过去一年涉及氢的项目数量有所增加。

如果到 2030 年氢的生产成本降低 50%，正如世界氢能理事会所预期的那样，它可能成为一种必不可少的清洁能源，从而带来更可持续的未来。