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重工业绿化的要点

发自首尔——数十年来,大量太阳能和风能发电阵列肉眼可见地表明向绿色经济的转型正在取得进展。但如果我们想要减少——并最终消除——二氧化碳排放,就必须找到一种“清洁”的方式,不仅可以发电,还能为钢铁、水泥和化肥生产等难以减排的重工业提供动力。仅靠太阳能和风能无法完成这项工作,但氢气可以。

目前生产的大部分氢气都来自化石燃料。但还有一个更好的办法:利用太阳能和风能来为电解槽提供动力,使氢从水分子中分离出来,生产出零排放的“绿色氢气”。这一过程中唯一的废料是可以被安全排放到大气中的氧气。当氢气被使用时——比如在钢铁生产中——又再次生成水,从而完成整个循环。

换句话说,有了绿色氢气,重工业就可以通过美妙的水循环来提供动力。那为什么世界各国——尤其是那些难以减排的工业部门——依然未能接受它呢?

这是最初开发这项技术时需要大量淡水,而淡水资源在世界许多地方都极其短缺。海水一直不被视为淡水的可行替代品,因为氯气和其他杂质会在电解槽中积聚并腐蚀电解槽。虽然人们可以先对海水进行脱盐处理再裂解水分子生成氢气,但这一过程耗能大、效率低、成本高,不可能成为大规模生产绿色氢气的实用方法,在经济上就更谈不上吸引力了。

幸运的是中国的研究人员似乎已经找到了解决方案。去年11月,谢和平及其来自深圳大学和四川大学新能源与低碳技术研究院的合作者在《自然》杂志上报告说他们实现了盐水的直接电化学电解。最重要的是,他们的方法似乎“高效、生产规模灵活多变、可以大规模推广”,而且与分离淡水相比运行成本并没有“明显增加”。

如果能直接利用巨大的海洋资源来生产氢气,那么绿色转型将不再有任何阻碍。毕竟当全世界大部分注意力都集中在道路交通的去碳化上时,重工业依然占据了全球排放量的22%并被视为最难实现去碳化的行业。而有了绿色氢能为这类行业——包括钢铁、水泥和合成氨(用于化肥)的生产——提供动力,“绿色增长”将成为现实。

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那么实现这一愿景需要多少氢?据国际能源机构估算,如果要实现全球净零排放的话到 2050 年将需要 4.5 亿吨氢气。虽然这个数字与我们目前每年消耗的 120 亿吨石油、天然气和煤炭相比相形见绌,但仍然令人望而生畏,因为它比当前生产的氢气量多出约六倍,且其中95% 以上的氢气仍然由化石燃料制备。

此外,正如本文其中一位作者(马修斯)在其最近出版的《太阳能制氢经济:驱动绿色氢工业革命》一书中所指出的那样,国际能源机构的估计值过低了。绿色氢能之所以重要,是因为它几乎可以在所有应用领域替代化石燃料,不仅包括重工业,还包括交通运输、家庭和工业供热。考虑到氢的能量密度(远高于石油、天然气或煤炭的能量密度),需要 40亿吨绿色氢气才能等效替代化石燃料行业每年用于生产各种能源的 120 亿吨石油。

这一估算约为国际能源机构目标的八倍。意味着如果我们按照国际能源机构的路线发展,到 2050 年世界可能会依靠由 1 份氢和 7 份化石燃料组成的能源系统生活。但是1/8的绿色可算不上非常绿色。

绿色氢无疑可以完全取代化石燃料。但实现这一目标需要大量投资。为了在 2050 年前每年生产 40亿吨绿色氢气,我们必须紧急部署大量太阳能和风能设备,这些设备可以为大量电解槽阵列提供动力,将大量海水转化为面向未来的零排放燃料。

https://prosyn.org/8yBji1Jzh