随笔论氢

随着“双碳目标”和氢能的逐步推进，圈子里有着各种的认知、论调、甚至误解和批判，无论如何，方向性没有问题，但过程必定是曲折的、动态的。以下基于自己的认知以及大众的观点从氢气的来源、储运、使用几个层面做一些简单的梳理分享，供大众思考和讨论！

一、氢气的来源

1.基于化石能源（含煤炭）的来源

但无论这个过程持续多久，它都不是氢能源的未来，未来的氢能源也绝不能建立在基于天然化石能源的基础。

2.基于再生能源的制氢来源

可以肯定地说，没有低代价获得再生能源用于制氢，氢能源就没有未来。我们可以纠结一段时间电解水制氢技术到底是ALK、还是PEM、还是AEM，还是其他等等，实际上这些都不是那么重要，仅仅是制氢的一种技术手段，而且这种技术手段随着科技的进步也是动态发展的，无论如何市场终端一定是在选择最具“性价比”的产品，而且这些也不会是终极的技术产品，未来可能会有其他形式的再生能源制氢方式出现，比如光催化解水、光电化学水解、硅微线阵列等等新的技术出现。

二、氢气的储运

1.基于氢气本身的储运

2.基于合成物的储运：当下最火的氢合成物无非就是甲醇和氨。

2.1 甲醇合成需要二氧化碳和氢气的参与，基于碳补集来的二氧化碳既可以理解成让这件事持续，又可理解成会是这件事儿的障碍，因为在初级阶段随着煤化工等行业大量二氧化碳被收集或许可以作为合成绿色甲醇的有益来源，但是随着减碳、脱碳政策的深入二氧化碳的收集相对又会越来越少，所以是否可以长久、持续、全面化实际上也需要商榷。当然专家也有提出劣质煤燃烧提供二氧化碳作为来源，我想如果是单纯为了制取二氧化碳作为合成原料去利用劣质煤可能没这个必要性；如果是迫于某种能源现状非得开发利用劣质煤那就另当别论。当然基于甲醇的能源物性去利用，相对采用现有基础设施进行运输、存储、燃烧或者作为内燃机原料相对会容易很多。当然也可以重整为氢气进行应用。

2.2 合成氨需要氮气和氢气的参与。氮气的唯一来源就是空分（从空气中分离出来），原有工业基础中合成氨的工艺也是非常成熟，随着逐渐绿氢的参与需要出现非稳态供应的合成工艺。当然氨气的储运有着相对成熟的法规制度和经验值。抛开把氨作为原料不谈，如果把氨作为能源物性去利用主要的方式就是氧化反应或者是裂解制氢。对于氧化反应，不同的氧化方式会有不同的产物出现，比如直接在空气中燃烧会有氮氧化物出现，在纯氧中燃烧会生产氮气和水；在催化氧化条件下会生成一氧化氮和水。当然我们可以通过技术手段来降低和减少氮氧化物的出现，但一定还是会有较多的氮氧化物逃逸出来，会怎样也不好评估。至于氨的裂解制氢，这也是一套完整的工艺，需要用时间去验证其全生命周期的经济性。

三、氢气的应用

氢气的应用实际上需要我们把握到几个点：

作为原材料应用原则上来自于再生能源制取的氢可以用来替换原有的存量市场，比如最大量的化工合成等等。基于大化工需要的氢气来具有量大和稳态供应的特点，所以这些场景都需要原有的工艺做出一些调整来适应非稳态的供应，或者在制氢端进行足量合理的储备来达到稳态大量供应，这也算是目前存在的一个障碍。当然还有一个因素不得不考量，那就是成本问题。成本问题尤其说和供需相关，还不如说是和政策相关。在这一点上我们基于当下简单对比成本会显得有些粗暴。

氢气作为还原或者保护气我们也暂且当成是使用其的材料属性吧。对于在浮法玻璃、硅材、半导体等领域的应用不占主要应用我们不深入讨论。但是对于氢冶金来说还是有必要讨论一下。氢在冶金领域的应用不算是一个新的课题，也是一个增量市场。根据全球各大机构预测氢冶金在未来会是一个氢能应用的重大市场，氢冶金方程式中的的氢气和金属氧化物反应生产金属单质和水（无碳排放）的原理看似简单，实则需要改造整个原有基于高炉煤气（一氧化碳还原金属氧化物）的工艺，对钢厂原有基础设施的冲击会比较大。当然这个场景也需要尽可能稳态大量供应。

氢气作为能源属性去利用本质就利用其热值，去发电、去发热、或去热电联产。把电能变成以上用途的氢气存储起来，进行时空转移，再以能量的形式利用，就是我们经常提到的狭义的“氢储能”。当然这些能量可以用于交通领域、或者回归电网供电、或者以热量形式用于工艺需求以及热电联供等等。

至于在建筑、水泥等等领域的应用也基本都是基于氢气的以上属性，本质上也没有太多新意。

以目前来看氢能和蓄电池的竞争关系更多是体现在车载交通领域，当然最终的竞争是谁会有一些优势取决于成本、续航里程、安全性以及相对能量密度等这些因素。

它们的互补会更多地体现在储能领域。储能理想的场景是一定规模的短周期蓄电储能加上一些长周期的制氢储能（当然这里氢储可以是广义的）。储能形式一定是基于当地地理环境多样化的存在。

氢能的利用也一样，由于再生能源的大量引入应用，期待中我们可以减少一部分对化石能源的依赖。也只有从P  to  G（电到氢），使得对再生能源的利用不仅仅是能量，还可以转变成材料，给了我们很多想象空间，所以基于低代价获得再生能源是我们评估经济性的基础，但也不意味着基于此我们就可以不计代价的进行各种转换，“第一性原理”也是我们需要遵守的基本原则！

总而言之，氢能的利用是大势，过程中会有各种技术路线和曲折，我们也需要百花齐放，让其在自然的市场中体现其是否具有优越性和先进性，我们从业者也需要接受不同质疑，听取不同的”偏见“，这些存在也意味着我们需要更多的改进，每一次改进都是产业向前的一大步！

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