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一枚硬幣的兩面:中美綠氫戰略

2023-09-22

可再生能源非常多,包括太陽能、風能、核能、地熱能或新近出現的綠氫。這些能源利用和儲存其他能源作為可用燃料。為了生產和利用更多的綠氫,中國和美國分別制定戰略,並將其納入到可持續發展的未來目標中。

為什麼綠氫很重要?

按照生產氫氣的原材料和動力來源,氫氣生產可分為灰氫、藍氫和綠氫。灰氫和藍氫使用天然氣等化石燃料,通過蒸汽重整工藝生產,是美國國內的主流選擇。但是,該工藝會釋放二氧化碳,必須把二氧化碳儲存在地下或釋放到大氣里。

相比之下,綠氫是利用風能、太陽能或核能等可再生能源,從水中分離氫和氧分子製成。這一過程通過電解實現,即利用電將氫原子和氧原子分開。

綠氫的未來是光明的,它可能徹底改變全球發電方式,推動我們更接近更可持續的未來。綠氫與其他可再生能源之間的主要區別,在於它能夠通過類似於天然氣和石油的運輸介質(例如管道和油輪)進行運輸。這使得可再生能源豐富的地區,能夠向不發達或缺乏太陽能或風能的地區提供能源。

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然而,綠氫的大規模應用仍然面臨諸多挑戰,例如運輸和地方層面的支持。世界各地的公司、研究人員、大學和政府團隊正在克服這些障礙。

一旦建立起新的運輸基礎設施,綠氫將徹底改變我們的可再生能源生產方式。氫可以取代一些化石燃料用於發電,而新型氫燃料電池可以為機械和船舶提供動力,且無需使用高碳燃料。通過這些改進,綠氫有助於加速全球的可再生能源轉型。

中國的戰略

中國的國家氫能規劃部門制定了發展目標,即到 2025 年生產 10 萬至 20 萬噸綠氫。為此,中國正大力投資建設新的基礎設施和發展國有企業,比如國內最大石油公司之一的中石化。

管道測試成功後,中石化已宣布將建設一條從內蒙古到北京等東部城市的“西氫東送”管道。該公司還預計將擴建這條管道,以利用新的氫氣生產資源。

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中石化還在推動綠氫生產方面取得了其他進展。比如,在新疆建設的一座新生產設施,將取代塔河工廠的灰氫生產。

中國和美國戰略的一項關鍵區別,在於它們從哪裡獲取水源。美國擁有豐富的自然資源,可以從天然氣或淡水中提取氫氣。然而,中國無法獲得這些資源。因此,它的目標是通過電解,在海水裡提取氫氣。

然而,從海水裡提取氫氣面臨著不少挑戰。海水的成分包括氯化物氣體,而它對用於電解過程的電極具有腐蝕作用,並且含有許多微粒,會降低氫氣純度。許多綠氫工廠在生產氫氣之前,都需要淡化海水。這是一個消耗大量能源的過程,使每公斤氫氣的成本翻番。該過程有可能使生產企業出現虧損,所以研究人員在電解設備上塗上一層新薄膜,以此希望解決這一問題。該膜可以保護機械免受腐蝕性氣體的影響。

來自東方電氣集團和南京大學的研究團隊利用新型薄膜和風力,成功將海水轉化為氫氣。利用該薄膜可以生產出99.9%純度的氫氣,並延長生產設備的使用壽命,使得從海水中提取綠氫成為能源生產里更加可行的選擇。

美國的戰略

今年6月,美國能源部發佈了發展綠氫的國家戰略和路線圖。目標包括三項關鍵戰略: 一是清潔氫能的高影響用途;二是降低清潔能源成本; 三是關注區域網絡。

美國能源部希望聯邦機構專註清潔氫能,以解決部分經濟領域難以脫碳的問題,而不是直接將氫能引入消費市場。戰略一包含三個領域:工業應用、交通運輸和發電。“工業應用”包括化學、工業供熱和鍊鋼行業;“交通運輸”針對航空、鐵路和海運;最後,“發電”是為無法獲得可再生能源的地區提供電力生產、存儲和支援服務。

戰略二側重於降低每公斤氫氣的成本,從而和天然氣等化石燃料競爭。未來十年內,聯邦政府將通過增加市場供應、提高氫氣生產效率,進一步推動這一目標。目標是到 2031 年,每公斤氫氣的生產成本達到 1 美元。再加上每公斤 2 美元的運輸和分配成本,氫氣的成本將與當前化石燃料的成本持平。

他們推動這一目標做法之一,是向 19 家主要行業公司提供 3400 萬美元的資金,以此促進清潔氫氣的生產。

戰略三重點關注區域網絡在生產廉價、清潔氫氣方面的重要性。美國能源部表示,“區域網絡使得可以在靠近氫氣用戶的地方,大規模地生產清潔氫氣,從而實現大量基礎設施的開發和共享”。 這代表着美國當前發電基礎設施的一種轉變。目前,美國主要依賴地區或州公用事業公司提供發電基礎設施。

區域清潔氫能中心將在終端用戶附近進行大規模生產,創造基礎設施建設的經濟效益,為區域經濟創造高薪就業和稅收,並建立氫能生產商和消費者網絡。

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因為本國的大部分氫氣是藍氫和灰氫,美國一直受到批評——這些氫氣的來源仍然向大氣排放碳。批評者指出,氫氣只是石油公司繼續碳排放的另一種途徑,而不是一種清潔能源。美國需要解決這些問題,然後才能自信地表示,清潔氫能是通向可持續未來的道路。

清潔氫能如何反映中美關係

北京和華盛頓的戰略都尋求增加綠氫在發電和替代化石燃料方面的應用,甚至制定了類似的路線圖來實現這一目標。然而,在這一問題上,兩國或者雙方企業之間的合作目前極少。相比之下,兩國之間在其它領域存在許多合作,例如高科技或者氣候變化。

我們看到,今年夏天中美之間的高層對話有所增加,但去年眾議院前議長南希·佩洛西訪問台灣以來,中國繼續限制與美國在諸多領域的合作,包括氣候變化和可再生能源。

為了幫助世界有效應對氣候變化,這兩個超級大國必須在這一共同目標上展開合作,並避免因為暫時的政治衝突而將其變成對抗的武器。