地緣視角下的氫能發(fā)展
來(lái)源：原創(chuàng) 2023-07-25
與其瞄準(zhǔn)不切實(shí)際的未來(lái)氫需求，不如著眼當(dāng)下、實(shí)現(xiàn)更多的綠氫替代。
隨著世界上絕大多數(shù)政府承諾在未來(lái)兩代人內(nèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)脫碳，我們正踏上未知的航程。曾經(jīng)關(guān)于碳定價(jià)和排放交易的爭(zhēng)論已經(jīng)演變成一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)政策競(jìng)賽。一路上都會(huì)有阻力和否認(rèn)，也會(huì)有突破和意想不到的勝利。
過(guò)去20年來(lái)，太陽(yáng)能和風(fēng)能的成本大幅下降。電動(dòng)汽車(chē)已從幻想變?yōu)闊o(wú)處不在的現(xiàn)實(shí)。
但除了徹底的反對(duì)和明顯的勝利之外，我們還必須應(yīng)對(duì)更加陰暗、一廂情愿和有動(dòng)機(jī)的推理的情況。當(dāng)我們尋找脫碳難題的技術(shù)解決方案時(shí)，必須警惕能源轉(zhuǎn)型的海市蜃樓。
在沙漠徒步旅行中，海市蜃樓可能是致命的。在錯(cuò)誤的方向上走得太遠(yuǎn)，可能就沒(méi)有回頭路了。在找到真正的水之前，你就會(huì)疲憊不堪。另一方面，如果你不走向看似綠洲的地方，你就不能確定是否能及時(shí)找到另一個(gè)綠洲。
現(xiàn)在，我們面臨著類(lèi)似的困境，這種困境不是水，但卻和水息息相關(guān)——?dú)洹涫鞘澜缒茉次磥?lái)的關(guān)鍵組成部分還是危險(xiǎn)的海市蜃樓？這是一個(gè)最終可能涉及數(shù)十萬(wàn)億美元投資的問(wèn)題。
液空集團(tuán)的電解槽裝置
幾十年來(lái)，經(jīng)濟(jì)學(xué)家一直警告：試圖通過(guò)產(chǎn)業(yè)政策來(lái)挑選贏家是危險(xiǎn)的。風(fēng)險(xiǎn)不僅在于可能會(huì)失敗，還在于這樣做會(huì)帶來(lái)成本。你投入了真正的資源，卻排除了其他選擇。
失敗的經(jīng)驗(yàn)告訴我們：應(yīng)該把它交給市場(chǎng)。但這是應(yīng)對(duì)不那么緊急的時(shí)刻的良方。氣候危機(jī)沒(méi)有給我們時(shí)間，我們無(wú)法回避選擇能源未來(lái)的挑戰(zhàn)。
正如查克·薩貝爾和大衛(wèi)·維克多在他們的重要新書(shū)《修復(fù)氣候：不確定世界的策略》中所說(shuō)，正是通過(guò)當(dāng)?shù)氐暮献骰锇殛P(guān)系和實(shí)驗(yàn)，我們最有可能找到這些技術(shù)困境的答案。
但同時(shí)，我們也必須警惕強(qiáng)大的既得利益集團(tuán)利用激進(jìn)的技術(shù)愿景引導(dǎo)我們走向?qū)嶋H上保守且昂貴的選擇。
走到臺(tái)前的氫
在能源的未來(lái)中，有些因素似乎是明確的：電力將在我們的能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮比以往任何時(shí)候都更大的作用。但仍然存在一些非常棘手的問(wèn)題：電夠用嗎？
如何在不使用碳?xì)浠衔锖褪┘痈邷氐那闆r下，釋放生產(chǎn)現(xiàn)代生活必需的材料（如化肥和水泥）所需的化學(xué)反應(yīng)、為了冶煉我們每年使用的18億噸鋼鐵，需要近2,000攝氏度的溫度。
我們能在不燃燒化石能源的情況下實(shí)現(xiàn)嗎？如何為飛機(jī)提供動(dòng)力以在空中飛行數(shù)千英里、數(shù)萬(wàn)英尺？如何推動(dòng)巨型集裝箱船環(huán)游世界？依靠動(dòng)力電池顯然是不夠的。
西班牙公司Iberdrola的綠氫工廠
因?yàn)闊嶂禈O高，氫被視為一種最佳解決方案。而且氫的燃燒只排放水，完美符合碳中和特性。而且人類(lèi)對(duì)于如何電解水制氫的技術(shù)也掌握的十分成熟。更重要的是，電也可以完全碳中和。
看起來(lái)綠氫似乎觸手可及。
遵循這種工程邏輯，氫被其倡導(dǎo)者描述為能源轉(zhuǎn)型的一把瑞士軍刀（全能），是萬(wàn)物電氣化基本戰(zhàn)略的多功能輔助工具。
問(wèn)題是，盡管氫解決方案在技術(shù)上可行，但從更廣泛的能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的角度來(lái)看，它們是否有意義，或者它們實(shí)際上是否可能是一個(gè)代價(jià)高昂的錯(cuò)誤轉(zhuǎn)變。
至少目前來(lái)看，使用氫作為能量?jī)?chǔ)存的效率非常低。基于當(dāng)下的技術(shù)，通過(guò)電解從水中生產(chǎn)氫氣所消耗的能量遠(yuǎn)多于燃燒氫氣所儲(chǔ)存和最終釋放的能量。因此有人會(huì)發(fā)出質(zhì)疑，為什么不使用相同的電力來(lái)產(chǎn)生熱量或直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)呢？要知道雖然氫氣是0排放的，但是電解水的設(shè)備可是十分昂貴的。
而且盡管氫可以干凈地燃燒，但作為燃料儲(chǔ)運(yùn)并不方便。因?yàn)榫哂懈g性、單位體積能量低并且容易爆炸，儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫氣需要對(duì)運(yùn)輸設(shè)施、管道、加氣站進(jìn)行額外投資。或者將將氫氣轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定形式的氨，但這筆投資也不是小數(shù)目。
法國(guó)一家氫能公交的制造工廠
氫能支持者預(yù)計(jì)，到2050年，氫的年消耗量將從目前的1億噸增加到每年6億噸以上。這將消耗綠色電力生產(chǎn)的很大一部分。在美國(guó)氫能委員會(huì)支持的方案中，2900吉瓦的可再生能源中，650吉瓦將用于制氫。這幾乎是當(dāng)今可再生能源裝機(jī)總?cè)萘康娜丁?/p>
顯然，氫能產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展所帶來(lái)的成本激增是巨大的。未來(lái)幾十年氫能建設(shè)的成本可能高達(dá)數(shù)十萬(wàn)億美元。這還不包括對(duì)氫能應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)業(yè)的運(yùn)輸、存儲(chǔ)等方面的投資。
全球共頻
不足為奇的是，盡管“氫經(jīng)濟(jì)”作為一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)系統(tǒng)的愿景已經(jīng)存在了半個(gè)世紀(jì)，但我們對(duì)氫能應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)卻很少。
盡管如此，在過(guò)去六年中，圍繞氫經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各國(guó)政府和工業(yè)利益集團(tuán)組成了一個(gè)龐大的聯(lián)盟。
美國(guó)的氫能委員會(huì)擁有眾多企業(yè)贊助商，包括空中客車(chē)公司和沙特阿美公司、寶馬、戴姆勒卡車(chē)、本田、豐田和現(xiàn)代、西門(mén)子、殼牌和微軟。
日本、韓國(guó)、歐盟、英國(guó)、美國(guó)和中國(guó)等國(guó)家政府都有自己的氫能戰(zhàn)略。氨的實(shí)驗(yàn)船已停靠在日本。歐盟正在規(guī)劃一個(gè)復(fù)雜的管道網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)為氫骨干網(wǎng)。美國(guó)氫能委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，全球各國(guó)目前宣布的氫能項(xiàng)目總計(jì)價(jià)值3200億美元。
鑒于氫的許多新用途尚未經(jīng)過(guò)測(cè)試，并且考慮到許多有影響力的能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家和工程師的懷疑態(tài)度，我們有理由詢(xún)問(wèn)是什么推動(dòng)了這一波對(duì)氫愿景的承諾。
從技術(shù)角度來(lái)看，氫代表著遙遠(yuǎn)地平線上可能性的閃爍形象，但從政治經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來(lái)看，它具有更直接的作用。通過(guò)這條途徑，現(xiàn)有的化石能源利益集團(tuán)可以想象自己在新能源的未來(lái)中占有一席之地。
石油巨頭和能源公司加入氫能委員會(huì)并非巧合。氫氣使天然氣供應(yīng)商暢想著將其設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)樘贾泻湍茉丛O(shè)施。內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)制造商可以考慮燃燒氫氣。像天然氣或石油一樣儲(chǔ)存氫氣或氨有望解決可再生能源發(fā)電的間歇性問(wèn)題，并可能延長(zhǎng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站的壽命。
福島氫能研究場(chǎng)
第一個(gè)制定氫能戰(zhàn)略的國(guó)家是日本。日本長(zhǎng)期以來(lái)受困于能源安全供給的問(wèn)題。在福島核事故之后，能源安全焦慮一直在沖擊著日本。再加上日本主要主要汽車(chē)制造商對(duì)氫的長(zhǎng)期投資，最終促成了日本在2017年公布?xì)淠軕?zhàn)略。
對(duì)于本田、日產(chǎn)和韓國(guó)現(xiàn)代等其他東亞汽車(chē)生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，情況也是如此。面對(duì)來(lái)自中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，他們鼓勵(lì)政府加大對(duì)氫的承諾。
繁榮的貿(mào)易
東亞對(duì)氫大量需求的前景促使氫能委員會(huì)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家們想象，全球氫貿(mào)易基本上會(huì)復(fù)刻全球油氣貿(mào)易的繁榮。歷史上，油氣貿(mào)易從中東流向歐洲、美洲、亞洲。現(xiàn)在美國(guó)也加入了天然氣出口的行列。
美國(guó)最大的氨生產(chǎn)商CF Industries已敲定一項(xiàng)協(xié)議，將藍(lán)氨運(yùn)送到日本最大的電力公司，與石油和天然氣一起用于發(fā)電。CF Industries還和美國(guó)石油巨頭埃克森公司簽訂了二氧化碳儲(chǔ)存合同，使氨變成藍(lán)色而不是灰色（即增加了CCS）。
與此同時(shí)，世界上最大的石油公司沙特阿美公司正在大力宣傳藍(lán)色氨，希望運(yùn)往日本或東亞。盡管能源成本相當(dāng)于每桶石油約250美元，但阿美公司希望到2030年向世界市場(chǎng)運(yùn)送1100萬(wàn)噸藍(lán)氨。
為了度過(guò)當(dāng)前的天然氣危機(jī)，歐盟國(guó)家與海灣國(guó)家和美國(guó)達(dá)成了液化天然氣協(xié)議。除了液化天然氣之外，歐洲還致力于加入氫能潮流。其目的是利用綠色或藍(lán)色的氫或氨為歐洲重工業(yè)構(gòu)筑新的發(fā)展基礎(chǔ)，否則歐洲重工業(yè)將面臨因高能源價(jià)格和歐洲碳稅而被完全淘汰出世界市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。如今，歐洲鋼鐵工業(yè)產(chǎn)量?jī)H占全球產(chǎn)量的不到百分之十。
德國(guó)西門(mén)子的氫動(dòng)力列車(chē)
荷蘭，迄今為止一直是全球天然氣貿(mào)易中心的地區(qū)，現(xiàn)在正在爭(zhēng)奪歐洲“氫谷”的稱(chēng)號(hào)。6月，德國(guó)總理奧拉夫·肖爾茨和意大利總理喬治亞·梅洛尼簽署了SoutH2走廊合同，這條管道將把氫氣從意大利半島輸送到奧地利和德國(guó)南部。
與此同時(shí)，法國(guó)敦促西班牙同意在比利牛斯山脈建立海底氫氣管道，而不是天然氣管道。西班牙和葡萄牙擁有充足的液化天然氣接收站能力。但用一位評(píng)論員的話來(lái)說(shuō)，西班牙的太陽(yáng)能和風(fēng)能潛力也使其成為歐洲綠色氫生產(chǎn)和氫管道的天然場(chǎng)所。
歐洲實(shí)際能生產(chǎn)多少氫氣仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。氫能項(xiàng)目吸引歐洲戰(zhàn)略家的原因之一是它們提供了歐非合作的新愿景。考慮到人口趨勢(shì)和移民壓力，歐洲迫切需要一個(gè)有前途的非洲戰(zhàn)略。非洲可再生能源發(fā)電的潛力是巨大的。德國(guó)最近就與納米比亞建立了氫能合作伙伴關(guān)系。但這引發(fā)了新的問(wèn)題。
首先，主要是沙漠的國(guó)家從哪里獲得水？其次，納米比亞將只出口氫氣、氨，還是部分由綠色投入制成的工業(yè)產(chǎn)品？發(fā)展重化工和煉鐵工業(yè)對(duì)納米比亞有利。但從德國(guó)的角度來(lái)看，這顯然不符合歐洲的立場(chǎng)。那么非洲國(guó)家又會(huì)回到輸出資源的老路上去。
各種保守動(dòng)機(jī)因此匯聚到氫。最明顯的是英國(guó)脫歐后的情況。英國(guó)曾經(jīng)在“大力發(fā)展天然氣”和海上風(fēng)電的推動(dòng)下成為退出煤炭行業(yè)的領(lǐng)頭羊，但最近卻陷入了僵局。英國(guó)嚴(yán)重依賴(lài)天然氣的行業(yè)需要大量投資于電氣化，特別是熱泵，但這需要大量的投資。
在英國(guó)，陷入困境的保守黨政府十多年來(lái)實(shí)際收入停滯不前，正在考慮廣泛采用氫用于家庭供暖作為替代方案。能源專(zhuān)家普遍認(rèn)為，這一想法說(shuō)是不切實(shí)際的蠢事，因?yàn)檫@實(shí)際上是在推遲最終不可避免的電氣化。但從政治角度來(lái)看，用氫氣替代天然氣的每戶(hù)成本相對(duì)較低，似乎具有吸引力。
避免幻想
數(shù)百億美元的補(bǔ)貼、大量的政治資本和寶貴的時(shí)間正在投入氫能，其主要吸引力在于它們最大限度地減少了變化并盡可能地延續(xù)了化石能源系統(tǒng)的現(xiàn)有模式。但如果這些投資、吸引力消耗了過(guò)多的綠電、推遲了電氣化，那么就會(huì)得不償失，讓我們陷入兩難境地。
氫能重卡生產(chǎn)
在應(yīng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)時(shí)，我們需要采取行動(dòng)導(dǎo)向、進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)。例如說(shuō)當(dāng)電解槽的成本大幅度下降，從而降低氫氣生產(chǎn)成本的時(shí)候，氫能項(xiàng)目才會(huì)變得更加有意義，才會(huì)豐富綠色能源供給。
即使許多氫示范項(xiàng)目沒(méi)有成功，這也可能是值得冒的風(fēng)險(xiǎn)。我們可能會(huì)在此過(guò)程中學(xué)習(xí)新技術(shù)。面對(duì)能源轉(zhuǎn)型的不確定性，我們需要培養(yǎng)對(duì)失敗的容忍度。
當(dāng)我們將稀缺資源（無(wú)論是實(shí)際資源還是政治資源）投入到氫能源中時(shí)，勢(shì)必要面對(duì)如何平衡各方利益的問(wèn)題。
在亞洲、歐洲以及美國(guó)，公眾對(duì)能源轉(zhuǎn)型成本增加的異議已經(jīng)十分明顯了。將資金投入補(bǔ)貼以產(chǎn)生巨大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)并降低成本是一回事。在幾乎沒(méi)有成功前景的項(xiàng)目上浪費(fèi)金錢(qián)又是另一回事。這關(guān)乎到能源轉(zhuǎn)型的合法性。
理想情況下，轉(zhuǎn)型與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都是零敲碎打、循序漸進(jìn)的。我們已經(jīng)生活在一個(gè)以氫為基礎(chǔ)的世界。現(xiàn)代工業(yè)的兩個(gè)關(guān)鍵部門(mén)沒(méi)有它就無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)：煉油依賴(lài)于氫氣，生產(chǎn)化肥也依賴(lài)于氫氣。這兩個(gè)行業(yè)產(chǎn)生了目前氫氣的大部分需求。
到2050年，我們可能不需要6億、5億、甚至3億噸綠氫和藍(lán)氫。但我們目前已經(jīng)使用了大約1億噸氫氣，其中只有100萬(wàn)噸是清潔的。
氫的發(fā)展已經(jīng)集中于如何讓更多的綠氫替代現(xiàn)有的灰氫。這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)檫\(yùn)輸氫氣成本高昂，而目前許多氫氣需求地區(qū)，特別是歐洲，并沒(méi)有大量廉價(jià)的綠色能源。
現(xiàn)有氫經(jīng)濟(jì)中有兩個(gè)地方的實(shí)驗(yàn)條件似乎最有利。一個(gè)是中國(guó)，特別是華北和內(nèi)蒙古，目前大量的化肥、水泥和鋼鐵生產(chǎn)都集中在這些地區(qū)。
中國(guó)在可再生能源發(fā)電方面處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位，而且掌握著成熟的特高壓輸電技術(shù)。相比于日本在氫能方面的狂熱，中國(guó)更加理性。
但是盡管如此，中國(guó)也已經(jīng)是世界上規(guī)模最大、成本最低的電解槽設(shè)備生產(chǎn)國(guó)。2022年中國(guó)也公布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中長(zhǎng)期規(guī)劃。
另一個(gè)關(guān)鍵參與者是美國(guó)。雖然在光伏、風(fēng)電發(fā)展速度上顯得有些落后，但是美國(guó)龐大的石化產(chǎn)業(yè)是其發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的良好基礎(chǔ)。在德克薩斯州，實(shí)際上已經(jīng)有超過(guò)2500公里的硬化氫氣管道。而以埃克森美孚為代表的美國(guó)石油公司，碳中和戰(zhàn)略的核心就是CCUS和氫能。
美國(guó)標(biāo)志性的氣候立法《減少通貨膨脹法案》將其最慷慨的補(bǔ)貼（美國(guó)有史以來(lái)為綠色能源提供的最慷慨的補(bǔ)貼）瞄準(zhǔn)了氫生產(chǎn)，這并非偶然。氫氣游說(shuō)團(tuán)體正在努力工作，它已使德克薩斯州成為西方世界氫氣生產(chǎn)成本最低的地點(diǎn)。
（本文編譯自外交政策，有刪改。作者系哥倫比亞大學(xué)歐洲研究所所長(zhǎng)）
