01 導讀氫能，一直以來被廣泛的認為是一種“清潔能源”，在我們的印象里，它的化學組成決定了燃燒產物僅僅是水，它一直以來被認為是人類能源變革性發展之路上的所謂“終極之巔”。盡管當下的發展之路依舊不平坦，例如，前不久的氫能燃料電池汽車的停產，以及氫氣安全性的顧慮，但我們依舊樂觀的認為，氫能是解決溫室氣體排放導致全球變暖的一把鑰匙。不過，氫能與傳統能源的一大區別是它不能被孤立的開采，只能通過化學過程轉化而來，既然涉及到轉化，就不能孤立的將其視為一種“獨立性能源”。然而，關于氫能全生命周期對環境的影響，似乎很少有科學研究的報道。近日，來自美國康奈爾和斯坦福大學的兩位學者，發表了首篇經過同行評議的有關氫能全生命周期“碳排放”的成果(How green is blue hydrogen? Energy Sci Eng.2021)，文章發表后得到了百家國外媒體的關注，并在社交媒體被轉發破千次，這源于該研究的主要發現：藍氫的溫室氣體排放量比燒天然氣或用煤取暖大20%以上，比燃燒柴油取暖大60%左右比燒煤還污染的氫？沒聽錯吧！

02 藍氫更綠還是更灰？1.氫代言當前，氫氣主要用于工業煉油和氮肥生產中，很少用于能源，因為相對于化石燃料而言，氫氣價格昂貴。然而，正如《紐約時報》的報道所說，我們正把氫作為應對氣候變化的“代言人”。例如，氫氣不僅可用于難以脫碳的經濟部門，如卡車和飛機的長途運輸，還可用于取暖和做飯，將氫氣與天然氣混合并通過現有的管道輸送給家庭和企業。這么一來，氫似乎已經成為了解決我們各自應用場景的能源新氣象，難道它真的就人畜無害了？2.多色氫我們使用的絕大多數氫氣 (96%) 來自化石燃料，通常采用天然氣的蒸汽甲烷重整 (SMR) 以及煤氣化來獲取。其中，SMR 約占全球氫氣產量的近75%，通常稱之為“灰氫”（以與煤氣化制成的“棕氫”對比），灰氫的生產占全球天然氣消費總量的 6%。此外，氫氣也可以通過電解水產生，當這種電力由清潔的可再生能源（例如水、風或太陽能）產生時，此時的氫被稱為“綠氫”。由于灰氫的溫室氣體排放量高，因此，現在廣泛推薦使用“藍氫”，那么，藍氫是什么？其實就是在灰氫的生成中增加了可以捕獲和儲存二氧化碳的設備與工藝。截至 2021 年，全球只有兩家商業化的規模化生產藍氫的設施，一家由殼牌在加拿大運營，另一家由Air Products在美國運營。通常情況，人們認為藍氫為具有近零或低的溫室氣體排放量（What Colour is Your Hydrogen? A Power TechnologyJargon-Buster. London, UK: Power Technology; 2020）。然而，并非所有的二氧化碳排放都可以被捕獲，并且在藍氫的生產過程中會排放一些二氧化碳。3.被忽視的它不過，我們忽視了另一種溫室氣體的排放，那就是生產藍氫所需的天然氣相關的甲烷排放。甲烷是一種強大的溫室氣體，它作為變暖劑的作用比二氧化碳強 100 倍以上，并且在20 年內所引起的變暖效應是二氧化碳的86 倍。據估計，近幾十年來發生的全球凈變暖中約有 25% 是由甲烷引起的。在聯合國環境規劃署指出，到 2030 年，全球所有來源的甲烷排放量需要減少 40%-45%，以實現將全球溫度上升限制在 1.5°C 的最低成本途徑。在大氣中，甲烷的壽命(~12年)要比二氧化碳(＞50年)短，因此，甲烷含量的控制能在短期內見效，而二氧化碳的減排則需要長期才能顯現。4.藍氫的碳排放

圖1比較灰氫、藍氫（SMR 過程中捕獲二氧化碳）、藍氫（SMR 過程+運行SMR設備產生廢氣均進行碳捕獲），天然氣燃燒產熱，柴油燃燒產熱，煤燃燒產熱的二氧化碳當量（甲烷泄漏率設定為3.5%）。(DOI: 10.1002/ese3.956)圖1的數據清晰的表明：1）與任何化石燃料相比，灰氫和藍氫（無論是否對廢氣進行碳捕獲處理）的二氧化碳和甲烷總排放量都更大；2）甲烷排放是造成這種情況的主要因素，灰氫和藍氫的甲烷排放量比任何化石燃料都要多；3）與煤或柴油相比，灰氫或藍氫的二氧化碳排放量更少；4）灰氫的二氧化碳排放量比天然氣稍大。此外，研究還發現二氧化碳捕獲屬于能源密集型，捕獲更多的二氧化碳需要更多的能量，如果這種能量來自天然氣，那么二氧化碳和逸散性甲烷排放量的增加將抵消大量由于碳捕獲而減少的二氧化碳排放。5.藍氫是真夢想？藍氫產生的部分排放是天然氣作為 SMR 工藝的甲烷原料來源的提取、加工和使用過程中固有的。逸散性甲烷排放以及生產、加工和運輸轉化為氫氣的天然氣所需的能源導致的上游二氧化碳排放是不可避免的。因此，溫室氣體的排放量仍然很高，而且還會大量消耗可再生電力，這是一種機會成本。與直接使用天然氣加熱相比，使用由天然氣驅動的藍氫沒有優勢。藍氫遠非低排放，其排放量與用于加熱的天然氣一樣大或更大。與天然氣相比，藍氫的二氧化碳排放量略有減少，但更多的逸散甲烷排放量彌補了這一點。此外，這項研究的分析是關于藍氫的理想情況。即，假設捕獲的二氧化碳可以無限期地儲存數十年和數百年。事實上，在商用領域，還沒有從碳捕獲中儲存二氧化碳的經驗，目前捕獲的大部分二氧化碳用于提高石油采收率并釋放回大氣。此外，也沒有考慮運輸和儲存捕獲的二氧化碳的能源成本和相關的溫室氣體排放。盡管如此，即使沒有這些考量，藍氫也會對氣候產生巨大的影響。正如這項研究的作者Howarth所說的那樣“藍氫聽起來不錯，聽起來現代，聽起來像是通往我們能源未來的道路。但它不是。”03 氫能的未來之路取代藍氫的偽善面具，最終還得更低碳的氫來出手。9月13日，科技部關于發布國家重點研發計劃 “氫能技術”重點專項2021年度定向項目申報指南的通知下發，該專項計劃由14位專家編制完成。據申報指南顯示，2021 年擬在“ 氫進萬家” 綜合示范技術方向，啟動 1 個定向項目， 擬安排國撥經費 1.5 億元。主要課題為氫能動力及供能關鍵技術集成及在高速、 港口、 園區典型場景的應用示范（示范應用），其中包括了適應多場景的氫能動力系統、高速公路零碳氫能服務區、低碳氫能港口、低碳氫能工業園區、氫能高速公路等考核指標。其中，有關“氫”的部分指標值得關注：研發光伏—電解制氫—氫熱電聯供耦合的微網集成系統、低碳氫能工業園區替代天然氣供熱、 燃料電池熱電聯供的氫氣使用量不低于 1 萬噸、 低碳氫能應用過程中 CO2減排不少于 10 萬噸。低碳氫在國內正開始布局，靜待花開，結出碩果！