氢能现在可能即将开花结果。

C认为电池驱动的汽车是汽车的未来。但韩国大型汽车制造商现代汽车(Hyundai)就不那么确定了。在过去的几个月里，它一直在全球范围内开展公关活动，颂扬另一种电力来源-燃料电池的优点。燃料电池不像电池那样储存和释放从电源收集的电，而是通过氢和氧之间的化学反应产生电流。氧气来自空气。氢气经过适当压缩后储存在车上的油箱中，并像汽油一样在加油站补充。与电池不同，燃料电池确实会产生废气。但废气只是氢和氧的反应产物，也就是水。

现代汽车的活动特色是，头戴拖把的韩国男孩乐队的成员在自然美景的背景下，梦幻般地凝视着中间的距离。作为对燃料电池环境优势的提醒，水无处不在。它像雪一样落了下来。它在海洋中翻滚。它像薄雾一样轻柔地漂浮在森林中。“为了休息，”其中一名成员朴智敏(Park Ji-min)写道，“我们的休息来自休息”，这是一种被误导的对深刻的追求。

营销可能很愚蠢，但现代是认真的。该公司已经在销售电池驱动的汽车，但它也在通过开发氢动力汽车来对冲其低碳押注。广告活动旨在销售Nexo，这是该公司去年推出的第二款燃料电池汽车。现代并不是唯一一家以这种方式保留选择余地的公司。6月5日，世界上最畅销的电池混合动力汽车普锐斯(Prius)的制造商丰田宣布与几家中国汽车制造商成立合资企业，开发燃料电池技术。另一款氢动力汽车丰田Mirai的更新版将于今年晚些时候发布。

因此，氢气正享受着紫色的补丁，而且不仅仅是在汽车制造商中。它被吹捧为推动公共汽车和卡车，甚至是轮船和飞机的一种手段。有人说，它将取代天然气作为热源，它将被用来储存太阳能和风能发电站的剩余产出，它将被用作化学原料，甚至它将取代焦炭，作为从其矿石中提取金属铁的一种手段。如果这一切都成为现实，那么氢将成为人类生活中的主导因素，就像碳氢化合物目前的方式一样。换句话说，它将迎来氢经济。

现在允许一定年龄的读者翻白眼。在过去的50年里，至少有两次-在20世纪70年代，在石油危机之后，以及在20世纪90年代，气候变化开始获得政治关注-一直在兴奋地谈论用氢气取代碳氢化合物。它没有发生。

这有几个原因。首先，拆除和更换世界上的化石燃料基础设施是一项艰巨的工作。即使这是一件容易做到的事情，氢本身也有缺点。虽然它比电池更好，但在给定的体积内储存的能量比化石燃料所能管理的要少(见表1)。更重要的是，它不是主要燃料。你必须用别的东西来制造它。

这可以通过一种叫做水蒸气重整的化学反应来完成，但是，除了水蒸气之外，该过程的另一种成分是某种碳氢化合物，这与练习的目的相去甚远。或者可以通过电解水来实现。只要电力来自可再生能源或核电站，这就拥有适当的绿色证书。但是热力学定律意味着，在这个过程中产生的氢的能量含量比进入的电能要少。这种固有的低效引发了一个问题，“为什么不简单地用电力为终端用户供电，而不是使用氢气作为中介呢？”

为了反驳这些论点，那些认为这一次与氢有关的事情确实不同的人可以指出两件对他们有利的事情。一些相关的技术，特别是电解设备，现在正处于一个可以相信它们可能很快就会变得足够便宜来完成这项工作的阶段。为了遏制气候变化，经济需要完全脱碳的想法正在加速。

例如，在2019年之前，英国计划到2050年将碳排放量从1990年的水平减少80%。然而，它随后加大了赌注，成为第一个承诺100%削减的经济大国。这对氢有影响。气候变化委员会()的一名成员大卫·约菲(David Joffe)观察到，使用风能和太阳能等可再生能源的电气化很可能会使英国的比例达到80%。气候变化委员会是一个为英国政府提供如何实现转型建议的组织。但他说，完全脱碳是一项更大的任务，而氢气可能被证明是必要的。

尽管现代汽车和丰田汽车热情高涨，但很少有分析师认为汽车会成为这一过程的一部分。据计算，一辆由风力涡轮机充电的电池驱动的汽车将涡轮机86%的输出转化为道路上的前进运动。对于燃料电池汽车来说，这是40-45%。氢气汽车也面临着鸡和蛋的问题。与电池供电的车型不同，它们不能在家里加油。然而，他们的路边加油站很少，而且很可能会保持这种情况，而汽车本身仍然很少。

与此同时，电动汽车正在形成令人敬畏的领先地位。为各国政府提供咨询的国际能源署(IEA)估计，2018年上路的氢动力汽车只有11,200辆，其中大部分在美国和日本。相比之下，这一数字为510万辆电池驱动的汽车。而且这个数字还在快速增长。2019年，在世界上最大的汽车市场中国，新的电池驱动汽车的销量达到了120万-4.7%。在挪威，它们占新车销量的一半以上。根据该组织的数据，2018年(有可靠数据的最近一年)全球氢气汽车的销量仅为4000辆。

然而，比起私家车，还有更多的交通工具需要运输。电池的一个大问题是它们的能量密度很低-换句话说，如果它们要推动车辆行驶任何距离，它们必须占用很大的空间。对于大多是短途旅行的私家车来说，这是可控的。伯恩斯坦银行(Bernstein)的技术分析师马克·纽曼(Mark Newman)表示，对于更远距离的旅行，例如乘坐卡车，氢气的更高能量密度变得更具吸引力。压缩到700个大气压的氢气每升所含的可用能量是锂离子电池的2到5倍。如果它被液化(这需要更复杂的技术)，那就会进一步增加。由于卡车在繁忙的主干道上花费了大部分时间，因此需要的新加油站将会更少。

盈亏平衡点到底在哪里仍存在争议。电动汽车的先驱特斯拉认为，即使是卡车也可以用电池供电，并计划推出一款可行驶800公里的车型。现代已经制造了一款氢动力卡车，但续航里程只有400公里。其他几家公司也在研究卡车燃料电池。例如，今年4月，德国公司戴姆勒(Daimler)和瑞典公司沃尔沃(Volvo)投资12亿欧元(13亿美元)成立了一家合资企业，以实现这一想法。

占全球工业温室气体排放量约2.5%的航运业也对此很感兴趣。管理该行业的联合国附属机构国际海事组织(International Marine Organization)渴望在2050年之前将船舶集体温室气体排放量削减至2008年的一半。目前还不清楚如何实现这一目标。电池携带的能量太少，无法为大型远洋轮船提供动力。工程师们玩弄着从核推进到高科技风帆的一切。但是，美国非营利性机构国际清洁运输委员会(International Council On Clean Transportation)在3月份发表的一项研究对中美之间现有的一条航线进行了研究，得出的结论是，几乎所有行走这条航线的船只都可以像现代汽车那样使用燃料电池提供动力，尽管为了给氢气本身腾出空间，去掉了一些货位。能源顾问迈克尔利布里奇(Michael Liiebreich)说，即使是这种情况也可以通过首先将氢与氮气反应生成氨来改善，氨是一种比元素氢占用的空间更小的化学物质，也可以用于燃料电池。

氢气也可能取代天然气供暖。这里的一大优势是，它可以利用目前用于运输天然气的管道形式的现有基础设施。包括澳大利亚、英国和德国在内的几个国家正在试验这一想法。运营英国电力和天然气网络的国家电网(National Grid)工程师安东尼·格林(Antony Green)说：“我们已经有了一个至少还能持续75年的天然气电网。”“如果我们可以的话，为什么不利用这一点呢？”

国家电网估计，为大多数英国家庭供暖的燃气锅炉无需改装就可以处理20%的氢气混合物。格林博士说，锅炉制造商开始提供能够燃烧的“可供氢气使用的”型号。

这到底能给环境带来多大的好处还存在争议。氢气设备制造商Power的老板格雷厄姆·库利(Graham Cooley)从唯一的绿色取暖选择是可再生能源供电的观点出发，指出英国的天然气电网每年向家庭、工厂和办公室供应约880小时的能源，其中大部分用于供暖。这是该国电网输送的能源的两倍多。

因此，改用可再生能源的电供暖将需要大幅-而且昂贵-加强电网。然而，乔菲博士反驳说，首先需要制造氢气，而这带来了所有的低效率，这意味着氢气电网需要建造更多的新发电站，而不是直接用电力供暖家庭或工厂。

氢的另一个被建议的作用是大规模的能量储存。随着风能和太阳能的普及，供需匹配变得更加困难。一个显而易见的解决方案是在景气时期储存盈余，以备不景气时使用。要做到这一点，一种方法可能是制造氢气，并将其保存在地下洞穴中，就像目前对天然气所做的那样。这可能会极大地提高运力-也许不仅足以管理日常波动，而且还足以管理季节性波动。

Liebreich博士说，除了这些想法之外，重工业可能会为氢气的填充提供其他利基市场。在许多涉及钢铁、陶瓷和玻璃的工业过程中，电加热可能很难取代天然气，因为它可能无法达到所需的温度。而二氧化碳的最大工业来源之一与能源完全没有直接关系。

这是铁矿石(通常是铁的氧化物)与焦炭中的一氧化碳反应，还原成金属本身的过程。会产生铁和二氧化碳。取而代之的是，矿石与氢气反应，产生的废物是水。包括跨国钢铁制造商安赛乐米塔尔在内的几家公司，瑞典铁矿石生产商芬兰-瑞典钢铁制造商的集团，以及同样是瑞典的能源公司vtenfall都在研究这种可能性。

然而，所有这一切都取决于以不向大气中释放二氧化碳的方式规模化生产氢气的能力。这很棘手。

目前，每年生产的大约7000万吨氢气几乎全部都是蒸汽重整的结果。每产生一吨氢，就会排放七吨二氧化碳。因此，环保人士将蒸汽重整的氢称为灰氢。根据当地情况，它的成本会有所不同，但根据The的说法，平均价格在每公斤1.50美元左右。

“蓝色”氢虽然仍是水蒸气重整的结果，但比灰色氢气要干净一些。二氧化碳没有被倾倒到空气中，而是被捕获并掩埋在地下-所谓的碳捕获和储存。这已经开始发生了。例如，7月1日，挪威能源公司Equinor表示，它将在英格兰北部的一个地点建造世界上最大的蓝氢工厂之一。更雄心勃勃的是，日本希望蓝氢能为其未来提供动力。它设想从澳大利亚的褐煤矿床中提取天然气，将二氧化碳埋在当地，然后用类似于现在运载液化天然气的油轮将氢气运过太平洋。

捕获重整产生的二氧化碳所需的额外设备必然会推高蓝氢的价格。清洁能源分析公司彭博新能源金融(Bloomberg New Energy Finance)估计，目前的成本从每公斤1.50美元到3.50美元不等，这取决于生产它所使用的化石燃料(见表2)。此外，捕获二氧化碳的过程并不完美，因此一些气体会逸出。因此，真正令人向往的是“绿色”，即电解氢气。然而，目前绿色氢气的价格甚至比蓝色氢气还要贵，每公斤2.50美元到5美元或更多。

然而，随着制造蓝氢和绿氢的技术规模扩大，这一切都可能改变。预测是小事一桩，但不管怎样，还是试过了。该公司的分析师估计，到2050年，绿色氢气的成本可能在每公斤70美分到1.6美元之间-换句话说，这是目前灰色氢气的价格。正如该公司特殊项目负责人Kobad Bhavnagri解释的那样，“在西方，电解设备的成本在过去五年里下降了大约40%。”Bhavnagri博士估计，现在西方国家可以以每千瓦1200美元左右的价格拥有这套设备，而且这些数字可能还有进一步下降的空间。他表示：“中国市场的成本要低得多--每k约200美元。”据推测，这将很快压低所有地方的价格。一家银行引用了美国尼古拉公司最近达成的一项协议，该公司表示计划制造氢气卡车，这意味着电解槽的成本仅为每千克350美元。

与此同时，运营成本可以利用能源行业中最引人注目和最可靠的趋势之一-太阳能和风能价格的持续下跌(见表3)。特别是太阳能的成本在过去十年里下降了85%。在世界上的一些地区，可再生能源现在比化石燃料的能源更便宜，而且这一过程没有显示出放缓的迹象。

因此，经济学似乎指出了正确的方向，氢气即使不是占主导地位，也至少是混合能源中的重要组成部分。总部设在布鲁塞尔的游说团体氢气理事会认为，到2050年，天然气可以满足世界能源需求的18%。因此，制造燃料电池、电解设备等的公司的股价一直在上涨。

然而，各种预测中的许多假设都依赖于政府提供巨额补贴来开发这项技术。他说，未来十年可能需要大约1500亿美元的补贴，才能使氢气具有竞争力。事实上，该机构估计，2018年政府在氢气上的总支出仅为7.24亿美元。

不过，官方的兴趣肯定在回升。6月10日，德国宣布了一项70亿欧元的补贴计划，旨在使其成为该技术的“世界领先者”。一份泄露的欧盟后刺激计划草案包含了到2030年安装40G绿色氢气产能的雄心。中国政府希望到同年能有100万辆燃料电池驱动的汽车上路。日本长期以来一直是氢气的粉丝，它希望到2050年氢气价格能下降90%。至于重新装备全球能源系统以适应这一变化，Bhavnagri博士计算出，用氢气取代天然气将意味着将世界上的天然气储存基础设施增加三倍或四倍，成本可能为6000亿美元。

归根结底，氢的影响将受到一个基本事实的限制，即它最终只是变相的电。这仍然是一个不可避免的低效选择。然而，对于一些应用来说，它的优势-它的能量密度、燃烧能力以及与现有基础设施的兼容性-可能会使它成为一个有吸引力的合适人选，尽管存在这样的缺点。那么，套用另一则著名的广告，人们希望氢能可能被证明是清洁能源中的喜力啤酒：能够刷新电气化无法触及的经济领域。。

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这篇文章发表在印刷版的科技版上，标题为“玩具盒里的另一个面孔”(Another Look in the玩具盒)。