應(yīng)對氣候變化不僅需要一個清潔的電網(wǎng)，還需要一種清潔的燃料，以減少工業(yè)熱量、長途重型運輸和長時間能源儲存的排放。8月11日發(fā)表在《焦耳》(Joule)雜志上的一篇評論文章指出，氫及其衍生物可能是這種燃料，但美國清潔的氫經(jīng)濟需要一個全面的戰(zhàn)略和10年計劃。該評論建議，仔細考慮未來的氫氣基礎(chǔ)設(shè)施，包括生產(chǎn)、運輸、儲存、使用和經(jīng)濟可行性，將是成功地使清潔氫氣在社會規(guī)模上可行的努力的關(guān)鍵。

美國能源部啟動了雄心勃勃的HydrogenEarthshot計劃，該計劃有一個技術(shù)無關(guān)的擴展目標，即在本十年結(jié)束前以每公斤1美元的價格生產(chǎn)不含溫室氣體的氫氣，氫氣的儲存、使用和運輸也需要類似的研發(fā)計劃，并有技術(shù)經(jīng)濟的延伸目標。氫能地球行動對于創(chuàng)建氫能經(jīng)濟是必要的，但它是不夠的。

全世界每年生產(chǎn)約7000萬公噸的H2，美國貢獻了全球產(chǎn)量的約七分之一。這些氫氣大部分用于生產(chǎn)化肥和石化產(chǎn)品，而且?guī)缀跛械腍2都被認為是"灰色氫氣"，其生產(chǎn)成本每公斤只有約1美元，但每公斤氫氣大約有10公斤的二氧化碳包袱。

文章的主要作者ArunMajumdar說："氫能經(jīng)濟已經(jīng)存在，但它涉及大量的溫室氣體排放。"幾乎所有的氫氣都是以甲烷為基礎(chǔ)的。清潔的氫能經(jīng)濟今天并不存在。"

對于清潔的氫能經(jīng)濟可能是什么樣子，研究人員有很多豐富多彩的設(shè)想。例如，"藍色氫氣"涉及捕獲二氧化碳和減少排放，從而產(chǎn)生溫室氣體輸出較少的氫氣。然而，目前它的成本比灰色氫氣高出約50%，還不包括開發(fā)運輸和儲存不需要的二氧化碳所需的管道和封存系統(tǒng)的成本。

Majumdar及其同事寫道：為了使藍色氫氣成為一個可行的選擇，需要進行研究和開發(fā)，以降低二氧化碳捕獲成本，并進一步提高捕獲的完整性。

另一種形式的清潔氫氣被稱為"綠色氫氣"，也吸引了科學(xué)家的注意。綠色氫氣涉及使用電力和電解器來分裂水，沒有任何溫室氣體的副產(chǎn)品。然而，它的成本為每公斤4至6美元，Majumdar及其同事認為，隨著無碳電力和電解器成本的降低，這一價格可降至每公斤2美元以下。

通過甲烷熱解實現(xiàn)的"綠松石氫氣"，當甲烷被裂解以產(chǎn)生不含溫室氣體的氫氣時，也在研究界引起了轟動。在這個過程中產(chǎn)生的固體碳副產(chǎn)品可以被出售，以幫助抵消成本，盡管Majumdar及其同事指出，以必要的規(guī)模生產(chǎn)的固體碳的數(shù)量將超過目前的需求，導(dǎo)致需要研發(fā)工作來開發(fā)其使用的新市場。

無論是藍色、綠色還是綠松石色，無溫室氣體（實際上是無色的）氫氣或其衍生物可用于運輸、對捕獲的二氧化碳進行化學(xué)還原、在高度依賴可再生能源的電網(wǎng)中進行長期能源儲存、作為鋼鐵和冶金的化學(xué)還原劑，以及作為玻璃和水泥生產(chǎn)的高溫工業(yè)熱量。但是，為了使這些應(yīng)用成為現(xiàn)實，氫氣生產(chǎn)必須達到一定的成本基準--生產(chǎn)氨和石化產(chǎn)品或用作運輸燃料或燃料電池的每公斤1美元。

研究人員還強調(diào)，美國將需要考慮如何開發(fā)和部署H2管道以進行運輸，以及如何大規(guī)模地存儲H2的成本效益。開發(fā)和選址新的管道基礎(chǔ)設(shè)施通常是昂貴的，并涉及社會接受度的挑戰(zhàn)。因此，探索不需要新的氫氣管道基礎(chǔ)設(shè)施的氫經(jīng)濟的替代方法很重要。相反，值得利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施來運輸氫氣的原料-電網(wǎng)用于運輸水分離的電力，天然氣管道用于運輸熱解的甲烷。

"雖然已經(jīng)對地質(zhì)儲存進行了一些系統(tǒng)的研究，但美國地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)該負責進行一次全國性的調(diào)查，以確定有可能進行地下儲氫的許多地點，同時還要考慮使用這些洞穴所需的基礎(chǔ)設(shè)施成本。"研究人員補充說。