绿色氢为发电和运输提供了一种通用的、零排放的燃料。大规模采用绿色氢气将极大地促进全球能源从化石燃料向碳中性能源的转变，但其昂贵的生产成本阻碍了这一转变。本文将探讨用绿色氢取代天然气的可能性，这是一项重要但具有挑战性的举措，可以加速可持续发展。

绿色氢概述

绿色制氢是利用可再生能源产生的电力电解水。电解将水分子分解为氢和氧，捕获并储存氢作为燃料。可再生能源系统产生的电力使这一过程完全没有碳排放。

为什么需要代替天然气？

天然气主要由甲烷(CH₄)组成，燃烧时会产生二氧化碳。与汽油(21%)和煤炭(25%)相当，天然气占全球温室气体排放量的19%。大约三分之一的温室气体(GHG)排放来自于使用天然气为我们的家庭供暖。为了实现《巴黎协定》到2035年将温室气体排放量减少75%、到2050年实现净零排放的目标，必须解决这一问题。

绿色氢替代天然气面临的障碍：

1、生产成本

绿色氢气大约比天然气贵4到5倍。除了绿色氢生产的高成本之外，为未来数千个独立加气站提供氢气的基础设施也面临着一些挑战。新的氢气管道网络需要大量的前期资金投入，而氢气的特性给管道组件的设计带来了独特的挑战。与其他燃料相比，氢的单位体积能量密度更低，因此储存和运输到消耗点的成本更高。利用绿色氢气来脱碳重工业将需要大量的电力。满足这种需求的唯一方法是加快可再生能源的生产。这将带来重大的基础设施设计挑战，例如氢气管道和输电线路的优先排序。燃气行业的扩张将产生重大的监管问题。为确保氢气基础设施的快速扩张，允许货币化，制定税率结构以鼓励延迟资本支出，并确保全系统基础设施规划将是必要的。

2、氢气压缩

气体被压缩以经济地运输；这是氢分配的主要问题。压缩等量的氢气所需的能量大约是天然气的三倍。这种压缩量的三倍增长是昂贵的，将需要更换每一台更大的机组和更强的压缩机。

3、管道泄漏和反应性

与天然气相比，氢气具有不同的质量；因此，目前的管道系统掺氢量有限。由于氢气是宇宙中最小最轻的分子，它可以很容易地从管道和天然气网络中泄漏出来，而这些管道之前是用来运输更大的甲烷(天然气)分子的。氢与不同的金属反应不同。因此，它会削弱和腐蚀高压输气系统中常见的钢管。

4、化石燃料的淘汰

如果改用氢气燃料，许多化石燃料资产将被淘汰。有必要通过各种财政激励措施来重新利用这些大量表现不佳的资产，以防止带来一些不好的副作用。

利用天然气生产氢气

蓝色氢是由甲烷(天然气)的蒸汽重整产生的。然后，利用碳捕获技术捕获并储存这一过程中释放的碳。它不是一种完全的碳中性燃料，因为并非所有的碳排放都在这个过程中被捕获。

绿色氢的最新发展

绿色氢项目在过去三年里翻了五倍，有几个项目计划到了2030年，预计将获得5000亿美元的融资和补贴。日本、加拿大和欧盟都有氢经济的官方路线图。美国能源部的氢弹计划的目标是到2030年达到每公斤1美元的绿氢价格。考虑到中国2060年的净零目标，中国国有企业已经公布了规模庞大的100GW电解槽绿色氢工程。德国正在测试氢能系统，以部分替代天然气用于家庭供暖。德国正在建设世界上最大的电解生产设施。在英国，科学家们正在努力将天然气管网中的甲烷用氢气来取代。H21试点项目由英国利兹的北方天然气网络公司准备。这个项目的最终目标是完成城市供暖系统的能源转换，从天然气转换到氢气。

绿色氢的未来

氢气在发电厂和工业中有着悠久的历史。自19世纪初以来，这种气体就被用于汽车、飞艇和宇宙飞船的燃料电池中。全球经济的脱碳，不能过于长久，因此氢的重要性将进一步提高。政府和企业必须共同努力，为投资者铺平道路。安全运输和储存大量氢燃料以及确定各种氢供应对环境的影响，共同制定国际标准将改善国际贸易。虽然绿色氢仍然过于昂贵，无法与传统来源的氢和其他燃料竞争，但在过去一年里，涉及氢的项目数量有所增加，因为投资者相信氢气价格将会下降。如果像世界氢能理事会预计的那样，到2030年氢的生产成本能降低50%，那么它将成为一种必不可少的清洁能源，引领更可持续的未来。

原标题：深入：绿色氢能取代天然气的四大障碍