什么是氢,它真的能成为气候解决方案吗?

氢或H₂,得到大量关注最近在美国政府、加拿大和欧洲的推动削减他们的温室气体排放。

但究竟什么是H₂,这真的是一个干净的电源吗?

我专注于研发H₂生产技术。这里有一些关键的事实对这个多才多艺的化学物质可能会在我们的生活中发挥更大的作用。

因此,氢是什么?

氢是宇宙中最丰富的元素,但因为它很活泼,它没有发现自己的本质上。相反,它通常与其它原子和分子在水、天然气、煤炭、甚至生物物质如植物和人类的身体。

然而,氢可以被孤立。并就其本身而言,H₂分子包重锤作为高效的能源载体。

它已经工业用制造氨,甲醇和钢而在精炼原油。作为燃料,它可以储存能量,减少车的尾气排放,包括公交车和货船。

氢也可以用来发电较低的温室气体排放比煤或天然气发电厂。潜力越来越关注美国政府准备新的规则这需要现有的发电厂削减二氧化碳排放。

因为它可以存储,H₂可能有助于克服间歇性问题与可再生能源如风能和太阳能。它也可以与天然气混合在现有电厂减少工厂的排放。

在发电厂使用氢混合或单独时可以减少二氧化碳的排放专门的涡轮机,或者在燃料电池消耗H₂和氧气,或O₂,发电,热量和水。但它通常不是完全无₂。这部分是因为隔离H₂从水中或天然气需要很多的能量。

氢是怎么产生的?

有一些常见的方法生产H₂:

• 电解可以通过分解水分离氢- H₂O - H₂和O₂使用电流。
• 甲烷重整使用蒸汽分离甲烷、CH₄H₂和CO₂。氧气和蒸汽或公司₂还可以用于这个分裂的过程。
• 气化转换——包括碳氢化合物材料生物质、煤炭,甚至城市垃圾——成合成气,H₂丰富的气体,可以用作燃料或自行生产化学物质和液体燃料的前兆。

每个人都有优缺点。

绿色,蓝色,灰色,颜色是什么意思?

氢是通常所描述的颜色表明清洁,或公司₂无,它是。是最干净的绿色的氢。

绿色H₂通过电解生产的可再生能源,如风能、太阳能和水力发电。而绿色氢是完全无公司₂,它是昂贵的,在周围美元每公斤4 - 9美元(2 - 4美元/磅)由于高能源要求分解水。

其他减少能源密集型技术可以产生H₂以更低的成本,但他们仍然排放温室气体。

灰色H₂是最常见的类型的氢。它是由天然气通过甲烷重整。这个过程向大气中释放二氧化碳和成本1 - 2.50美元每公斤(50美分每磅1美元)。

如果格雷氢的CO₂排放捕获和锁,所以他们没有释放到大气中,它可以成为蓝色的氢。成本更高,在1.50 - 3美元每公斤(70美分至每磅1.50美元),和温室气体排放仍然可以逃避当天然气生产和运输。

另一个选择是蓝绿色的氢使用可再生和不可再生资源。可再生资源提供清洁能源转换甲烷- CH₄H₂和固体碳,而不是二氧化碳,必须捕获和存储。这种类型的热解技术仍然是新的,估计成本之间每公斤1.60美元和2.80美元(70美分每磅1.30美元)。

我们现在可以关掉灯对化石燃料?

超过95%的H₂在美国生产今天是灰色用天然气、氢仍然排放温室气体。

H₂能否提高作为电力行业的天然气替代和其他用途,比如交通、取暖和工业过程,取决于可用性的低成本为H₂电解生成绿色可再生能源。

它还将取决于管道和其他基础设施的发展和扩张有效地存储、运输和分发H₂。

没有基础设施,H₂使用不会迅速增长。这是一个现代版的“是先有鸡还是先有蛋呢?“H₂继续使用化石燃料生产可能会刺激H₂基础设施投资,但使用化石燃料释放的温室气体。

氢的未来什么?

尽管绿色和蓝色氢项目是新兴,他们是小到目前为止。

像欧洲政策的限制和2022年美国的温室气体排放通货膨胀削减法案提供税收优惠3美元每公斤(1.36美元/磅)的H₂,有助于使更清洁的氢更具竞争力。

氢的需求预计将增加两到四倍2050年由目前的水平。的绿色H₂需要大量的可再生能源的同时,新的太阳能、风能和其他可再生能源电厂正在建设直接向电力部门提供电力。

而绿色氢是一种很有前途的趋势,它并不是唯一的解决方案来满足世界能源需求和无碳能源的目标。可再生能源和清洁H₂,包括蓝色,绿色或蓝绿色,可能会需要以可持续的方式满足全世界的能源需求。

汉斯·范德瓦研究助理教授,北达科他大学

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