氢气: 救星还是幻想
氢气的诱惑力显而易见。当通过纯氧助燃时，它会产生无害的水蒸气，而不是二氧化碳，其实际的温室气体排放量为零。
氢的潜在应用范围也是五花八门。每升或每克氢所提供的能量要远高于电池，因此成为了向飞机、火车、汽车和轮船发动机提供动力的公认候选能源。氢还可以储存能量，因此可以在发电方面发挥潜在作用，并可充当太阳能和风能等可再生能源的间歇性供应后备能源。
氢气可以储存几个月，而不会损失很多能量
技术概述，以功率和时间计算
* 有限的储存（<1% 的能源需求）
**作为氢气或合成天然气
资料来源: 氢能委员会，国际能源署
氢气也在重工业中寻找用武之地。目前，钢铁生产排放占全部工业二氧化碳排放量的近四分之一。瑞典目前正在试用一种零排放的替代方案，该方案将改用清洁燃烧的氢气。
正是这种环境可持续性和应用灵活性的结合，促成了对氢气使用量激增的预测，并推动着实验性氢能公司的估值飙升。
资料来源: 摩根士丹利 (Morgan Stanley)
1,500 亿美元的全球氢气市场……
按用途 - 2020 年
……以及其未来的 6,000 亿美元预测
按用途 - 2050 年
氢能面临的挑战
问题在于我们从前也探索过氢利用，而且不止一次。通用汽车公司在 20 世纪 60 年代制造了其第一辆氢动力汽车。 再往前 10 年，在冷战开始时，美国空军部门在迈阿密北部秘密建造了世界上最大的液化氢工厂，作为开发氢燃料飞机计划的一部分。
每一次，氢气都遭遇了成本和复杂性问题，导致这种气体难以作为一种燃料得到商业化。
从排放的角度来看，我们首先要考虑到并非所有氢气都是天然相同的。使用氢气可能不会产生二氧化碳，但为了生产这种气体，我们需要将氢分子从其所在的化合物中分离出来。
目前，大多数氢气是通过在高温下重整甲烷 (CH4) 生产的，但这会产生二氧化碳这种副产物。电解是一种无排放的方法，电流通过水 (H2O)，将氢与氧分离。但是，除非电力来自可再生能源，否则同样会有环境代价。
斯坦福大学伍兹环境研究所 (Stanford University’s Woods Institute for the Environment) 的 Mark Jacobson 指出: “氢是一种清洁燃料，但前提是它必须以清洁的方式生产，并以清洁的方式使用。”
近年来，人们编制了记载不同类型氢气的词典，每一种氢气都按照生产过程（因此，涉及伴随的排放水平）来定义:
关键的一点是，由可再生能源发电生产的“绿色”氢气目前只占全球氢气供应的 1% 左右。至少就目前而言，这也是迄今为止最昂贵的氢气来源，但未来如果可再生能源发电的价格下降这一现状可能得到缓解。
2018 年按生产来源划分的氢气生产成本
资料来源: 国际能源署 (International Energy Agency/IEA)
随着电解器技术的改进和大规模部署，成本可能会下降。但另一个担忧是，制氢可能仅仅意味着将可再生能源从其他用途中分流出来。电解的效率也并不是特别高，这会导致立即损失 30% 的能量。
“蓝色氢气”是一个替代方案，这种氢气像从前一样使用甲烷生产，但这种方式会将产生的二氧化碳捕集、分离并封存起来或投入使用。日本正在对碳捕获、利用与封存 (Carbon Capture，Utilization and Storage/CCUS) 押下重注，赞助位于澳大利亚南部的项目，这些项目将褐煤转化为氢气，同时捕集排放的二氧化碳。 另一方面，欧盟则明确支持绿色氢气。
绿色氢气
通过使用来自可再生能源技术的清洁电力来电解水 (H2O)，将其中的氢原子与其孪生氧原子分离而制成。目前非常昂贵。
蓝色氢气
使用天然气生产，但将碳排放捕集并封存起来或加以重新使用。由于缺乏捕集项目，产量微不足道。
灰色氢气
这是最常见的氢气生产形式。灰色氢气来自天然气，通过蒸汽甲烷重整 (steam methane reformation) 方式生产，但没有对排放进行捕集。
棕色氢气
最廉价的氢气制造方式，但由于在生产过程中使用动力煤，对环境的破坏也最大。
蓝绿氢气
使用名为“甲烷热解”(methane pyrolysis) 的工艺来生产氢气和固体碳。未经大规模生产的验证。存在关于甲烷泄漏的担忧。
除了燃料来源以外，氢气还面临着与其他低排放能源相同的挑战。例如，在运输方面，氢气比柴油或汽油占用的空间更多，因此需要更大的储存罐，影响了经济性。虽然氢气可以像天然气一样使用管道传输，但目前没有现成的充气站网络。
由于缺乏明显的商业化路径，一些大公司在氢燃料应用方面的热情不及政府。法国和德国已承诺为开发氢气技术合计提供 160 亿欧元资助，但对于即使是 10 年内出现氢燃料汽车的想法，大众汽车公司 (Volkswagen) 首席执行官 Herbert Diess 最近也表示不能认同。
将氢气变成一种全球性的燃料也将意味着发展船舶运输。日本和澳大利亚公司正在澳大利亚南部开展合作，在 -253°C 的温度下将氢气液化，以便装船。这需要巨额的资本投资。Ad van Wijk 教授指出，氢气还可以转化成氨或存储在液态有机氢载体中运输。
这次是否会有不同？
有一个简单的理由让我们相信这次真的可能会有所不同，尽管存在挑战，但氢能源仍可能成为主流。该论点出自一个简单的前提: 没有其他选择。
过去的氢气商业化工作由对能源独立的希望驱动，或属于对油价上涨的反应——换言之，当地缘政治紧张局势消退时，这些激励因素就很容易烟消云散。
这一次，世界各国政府对于减少二氧化碳排放纷纷作出了长期承诺，鉴于气候变化带来的生存威胁，这些承诺不太可能动摇。他们也在为这项技术投入真金白银，去年有 15 个国家/地区的政府以及欧盟宣布了氢能计划，通常包括对该行业提供补贴。
代尔夫特理工大学 (Delft University of Technology) 的 Ad van Wijk 教授表示: “2020 年确实是各国/地区制定具体想法和战略的一年。这包括坚定承诺将氢气纳入能源组合。福岛事件后，日本曾表示‘我们将继续使用核电，但我们也需要另一种能源’。”
换言之，有两种动力在发挥作用: 政府正在为一个对排放目标至关重要的行业撒钱，而各大公司则对于采用一种目前尚不赚钱的燃料举棋不定。政府的支持将有望最终刺激研究、降低成本，并使之变得经济划算。
越来越多商界和投资界的智库正是押注于此，其决策的假设根据就是d: 没有氢气就无法实现排放目标。例如，壳牌 (Shell) 等石油巨头正开始重金投资于生产绿色氢气的电解器。
些包含有形技术创新的研究成果也纷纷涌现出来。例如，在德国，研究人员找到了一种以浆糊形式储存氢气的方法。这种方法不再需要通过超级冷却将气体液化，以便运输，并提供一种更方便的材料来输入燃料电池。
将氢气作为燃料进行部署仍然面临很大的技术挑战。但世界各国的动员举措正在渗透到公司的决策中，并为克服这些挑战提供了绝佳机会。
