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一枚硬币的两面:中美绿氢战略

   2023-09-25 中美聚焦86310
核心提示:美国和中国都制定了战略,旨在未来十年增加国内绿氢的生产和应用

绿氢由水和可再生能源制成,可以向世界提供化石燃料的替代品,应对气候变化。美国和中国都制定了战略,旨在未来十年增加国内绿氢的生产和应用。

可再生能源非常多,包括太阳能、风能、核能、地热能或新近出现的绿氢。这些能源利用和储存其他能源作为可用燃料。为了生产和利用更多的绿氢,中国和美国分别制定战略,并将其纳入到可持续发展的未来目标中。

为什么绿氢很重要?

按照生产氢气的原材料和动力来源,氢气生产可分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢和蓝氢使用天然气等化石燃料,通过蒸汽重整工艺生产,是美国国内的主流选择。但是,该工艺会释放二氧化碳,必须把二氧化碳储存在地下或释放到大气里。

相比之下,绿氢是利用风能、太阳能或核能等可再生能源,从水中分离氢和氧分子制成。这一过程通过电解实现,即利用电将氢原子和氧原子分开。

绿氢的未来是光明的,它可能彻底改变全球发电方式,推动我们更接近更可持续的未来。绿氢与其他可再生能源之间的主要区别,在于它能够通过类似于天然气和石油的运输介质(例如管道和油轮)进行运输。这使得可再生能源丰富的地区,能够向不发达或缺乏太阳能或风能的地区提供能源。

然而,绿氢的大规模应用仍然面临诸多挑战,例如运输和地方层面的支持。世界各地的公司、研究人员、大学和政府团队正在克服这些障碍。

一旦建立起新的运输基础设施,绿氢将彻底改变我们的可再生能源生产方式。氢可以取代一些化石燃料用于发电,而新型氢燃料电池可以为机械和船舶提供动力,且无需使用高碳燃料。通过这些改进,绿氢有助于加速全球的可再生能源转型。

中国的战略

中国的国家氢能规划部门制定了发展目标,即到 2025 年生产 10 万至 20 万吨绿氢。为此,中国正大力投资建设新的基础设施和发展国有企业,比如国内最大石油公司之一的中石化。

管道测试成功后,中石化已宣布将建设一条从内蒙古到北京等东部城市的“西氢东送”管道。该公司还预计将扩建这条管道,以利用新的氢气生产资源。

中石化还在推动绿氢生产方面取得了其他进展。比如,在新疆建设的一座新生产设施,将取代塔河工厂的灰氢生产。

中国和美国战略的一项关键区别,在于它们从哪里获取水源。美国拥有丰富的自然资源,可以从天然气或淡水中提取氢气。然而,中国无法获得这些资源。因此,它的目标是通过电解,在海水里提取氢气。

然而,从海水里提取氢气面临着不少挑战。海水的成分包括氯化物气体,而它对用于电解过程的电极具有腐蚀作用,并且含有许多微粒,会降低氢气纯度。许多绿氢工厂在生产氢气之前,都需要淡化海水。这是一个消耗大量能源的过程,使每公斤氢气的成本翻番。该过程有可能使生产企业出现亏损,所以研究人员在电解设备上涂上一层新薄膜,以此希望解决这一问题。该膜可以保护机械免受腐蚀性气体的影响。

来自东方电气集团和南京大学的研究团队利用新型薄膜和风力,成功将海水转化为氢气。利用该薄膜可以生产出99.9%纯度的氢气,并延长生产设备的使用寿命,使得从海水中提取绿氢成为能源生产里更加可行的选择。

美国的战略

今年6月,美国能源部发布了发展绿氢的国家战略和路线图。目标包括三项关键战略: 一是清洁氢能的高影响用途;二是降低清洁能源成本; 三是关注区域网络。

美国能源部希望联邦机构专注清洁氢能,以解决部分经济领域难以脱碳的问题,而不是直接将氢能引入消费市场。战略一包含三个领域:工业应用、交通运输和发电。“工业应用”包括化学、工业供热和炼钢行业;“交通运输”针对航空、铁路和海运;最后,“发电”是为无法获得可再生能源的地区提供电力生产、存储和支援服务。

战略二侧重于降低每公斤氢气的成本,从而和天然气等化石燃料竞争。未来十年内,联邦政府将通过增加市场供应、提高氢气生产效率,进一步推动这一目标。目标是到 2031 年,每公斤氢气的生产成本达到 1 美元。再加上每公斤 2 美元的运输和分配成本,氢气的成本将与当前化石燃料的成本持平。

他们推动这一目标做法之一,是向 19 家主要行业公司提供 3400 万美元的资金,以此促进清洁氢气的生产。

战略三重点关注区域网络在生产廉价、清洁氢气方面的重要性。美国能源部表示,“区域网络使得可以在靠近氢气用户的地方,大规模地生产清洁氢气,从而实现大量基础设施的开发和共享”。 这代表着美国当前发电基础设施的一种转变。目前,美国主要依赖地区或州公用事业公司提供发电基础设施。

区域清洁氢能中心将在终端用户附近进行大规模生产,创造基础设施建设的经济效益,为区域经济创造高薪就业和税收,并建立氢能生产商和消费者网络。

因为本国的大部分氢气是蓝氢和灰氢,美国一直受到批评——这些氢气的来源仍然向大气排放碳。批评者指出,氢气只是石油公司继续碳排放的另一种途径,而不是一种清洁能源。美国需要解决这些问题,然后才能自信地表示,清洁氢能是通向可持续未来的道路。

清洁氢能如何反映中美关系

中美各自的战略都寻求增加绿氢在发电和替代化石燃料方面的应用,甚至制定了类似的路线图来实现这一目标。然而,在这一问题上,两国或者双方企业之间的合作目前极少。相比之下,两国之间在其它领域存在许多合作,例如高科技或者气候变化。

今年夏天中美之间的高层对话有所增加,但去年众议院前议长南希·佩洛西窜台以来,中国继续限制与美国在诸多领域的合作,包括气候变化和可再生能源。

为了帮助世界有效应对气候变化,这两个超级大国必须在这一共同目标上展开合作,并避免因为暂时的政治冲突而将其变成对抗的武器。

 
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