本文由Zenon Ziobrowski和Adam Rotkegel撰写，发表于2024年4月10日的《Energies》期刊，题为《基于氢气生产、储存和利用的氢能产业链评估》。该研究由波兰科学院化学工程研究所的两位学者完成，旨在探讨氢能在全球能源转型中的角色，特别是其在减少温室气体排放和实现气候中性目标中的潜力。
欧盟设定了到2050年实现气候中性的目标，要求通过深度脱碳和减少温室气体排放来彻底改造其能源系统。氢能作为一种清洁能源载体，被认为是实现这一目标的关键。本文通过对氢能产业链的全面分析，探讨了基于可再生能源的绿色氢气和基于化石燃料的蓝色氢气在能源转型中的作用，并提出了低碳氢气发展的未来方向和推荐策略。
氢能产业链包括氢气的生产、储存、运输和利用。目前，全球95%的氢气生产依赖于化石燃料，尤其是天然气和煤炭，而通过水电解和生物质生产的氢气仅占4%和1%。绿色氢气通过可再生能源驱动的电解水过程生产，不产生任何温室气体排放，但其成本较高。蓝色氢气则通过化石燃料与碳捕集、利用与封存（CCUS）技术结合生产，能够显著减少碳排放，但仍存在一定的环境和技术挑战。
氢气生产方法主要分为三类：基于化石燃料的生产、基于可再生能源的生产以及其他新兴技术。化石燃料生产方法包括天然气重整（SMR）和煤气化，这些方法虽然成本较低，但会产生大量二氧化碳排放。通过CCUS技术，蓝色氢气的碳排放可以大幅减少。绿色氢气则通过电解水生产，依赖太阳能、风能等可再生能源。此外，新兴技术如“水氢”（Aqua Hydrogen）通过地下油砂中的部分氧化反应提取氢气，具有零碳排放的潜力，但仍处于早期发展阶段。
氢气的储存和运输是氢能产业链中的重要环节。氢气可以通过压缩、液化或化学吸附等方式储存。压缩氢气需要高压容器，而液化氢气则需要极低的温度（-253°C），这导致能量损失较大。化学吸附方法则利用金属氢化物或液态有机氢载体（LOHC）等材料储存氢气。氢气的运输则面临技术挑战，尤其是大规模运输需要专门的设备和基础设施。
氢气在工业、电力和交通领域具有广泛的应用潜力。它可以作为燃料用于燃料电池汽车（FCV），也可以作为能源载体用于储能和发电。然而，目前氢气的主要用途仍集中在化工行业，如氨生产和石油精炼。要实现氢能在交通和能源领域的广泛应用，仍需克服成本高、基础设施不足等挑战。
为了实现气候中性目标，绿色氢气和蓝色氢气将在未来能源系统中发挥重要作用。绿色氢气虽然成本较高，但随着技术进步和可再生能源成本的下降，预计到2030年其成本将大幅降低。蓝色氢气则作为过渡期的解决方案，能够通过CCUS技术减少碳排放，但其长期可持续性仍存在争议。新兴技术如水氢和核能驱动的氢气生产也为低碳氢气的未来发展提供了新的可能性。
本文通过对氢能产业链的全面分析，指出了氢能在全球能源转型中的关键作用。绿色氢气和蓝色氢气是实现气候中性目标的重要途径，但其大规模应用仍面临成本高、技术不成熟等挑战。未来的研究应继续探索低成本、高效率的氢气生产技术，并推动氢能基础设施的建设。此外，CCUS技术在减少碳排放方面的潜力也不容忽视，但其广泛应用仍需克服技术和经济上的障碍。
本文为氢能在全球能源转型中的角色提供了深入的分析，并为未来的研究和政策制定提供了重要的参考依据。