五彩斑斓的氢

小博士博览

用途广泛、被视作实现碳中和目标的重点新能源之一的氢拥有自己的“色谱”。当然，氢元素本身是无色的，其在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，需要通过制氢技术进行“提取”。为了便于区分，全球研究人员根据氢的生产方式和环境影响的不同给氢分配了各种“颜色”。以下就是几种常见的关于氢的颜色术语。

图片来源于：能源教育资源总中心

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灰氢(gray hydrogen)

图为灰氢的制作过程（来源于：vecteezy.com）

灰氢即由天然气、甲烷等经过蒸汽重整产生的氢气。这种生产方式对技术、设备、场地和成本的要求都较低，因此，当前市面上的绝大多数氢气都属于灰氢，约占全球氢气产量的95％左右。相比棕氢，灰氢的碳排放要低一些，但生产1公斤灰碳仍然可能带来9~10公斤左右的二氧化碳排放，仅比棕氢排放好一些。

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棕氢(brown hydrogen)

图为棕氢的制作过程（来源于：vecteezy.com）

有时候也被称为“黑氢”或“褐氢”，这个颜色很容易让人联想到严重的空气污染。尽管氢是一种清洁燃料，但如果是通过与灰氢同样的化石燃料（特别是煤炭）气化或是热裂解、水解等方法来生产氢，这个过程中必然会产生大量碳排放。制程转换效率39-56%，所产生之碳排为5 kg CO2/kg H2。根据能源研究与咨询机构Wood Mackenzie的数据，制造1公斤棕氢会产生20公斤二氧化碳，是对环境破坏最大的氢生产类型。

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蓝氢(blue hydrogen)

蓝氢是在灰氢基础上，将制备过程中排放的二氧化碳副产品捕获、利用和封存，减轻了温室气体对地球环境的影响，实现了低排放生产。与绿氢相比，蓝氢具有两个明显的优势：电力需求较低，融入了碳捕获与储存（CCS）技术，这也是蓝氢与灰氢的不同之处。虽然蓝氢的生产无需以可再生能源的强劲增长作先决条件，但其资本支出和运营成本高昂，必须有可靠的天然气供应，而且CCS技术需要相对罕见的地质条件，因此在全球范围内蓝氢比绿氢更难获取。

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绿氢(green hydrogen)

绿氢是通过风能或太阳能等可再生清洁能源发电，再利用这些清洁电能，以电解水方式制取氢气。绿氢在制取过程中基本不产生温室气体，是目前氢能发展的主要趋势。但绿氢的制备成本高于灰氢和蓝氢，因为可再生能源和电解设备等相关成本比较高昂，只占氢气生产总量的0.1%，但相信未来其成本会随其普及而逐步下降。

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蓝绿氢(Turquoise H2)

蓝绿氢，也称绿松石氢，是使用反应器或鼓风炉加热高温分解甲烷或将甲烷分解成氢以及固体碳而制出来的氢。蓝绿氢还处于商业化的初期，绿色意识价值依赖高温分解的所需的清洁能源方式以及碳物质的储存。

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粉氢(pink hydrogen)

粉氢也称为红氢或紫氢，是利用核能进行大规模电解水制氢。核核能到氢能的转化途径较多，包括以水为原料经电解、热化学循环、高温蒸汽电解制氢，以硫化氢为原料裂解制氢，以天然气、煤、生物质为原料的热解制氢等。以水原料时，整个制氢工艺过程都不产生CO₂，基本可以消除温室气体排放；以其他原料制氢时只能减少碳排放。这种方式不但能实现制氢过程的零碳排放，还可有效拓展核能的利用方式，是未来氢气大规模供应的重要探索方向之一。但是核动力会产生放射性废弃物，废弃物需要安全地存放数千年。

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白氢(white hydrogen)

示意图显示了天然氢如何在山麓的盖岩下积累

（来源：Helios Aragón）

白氢是在地壳中天然生成或存在的，即由地下水与地下橄榄石（一种呈绿色的镁铁硅酸盐）等矿物相互作用，使水被还原为氧气和氢气。在这一过程中，氧气与矿物中的铁结合，氢气则逃逸到周围的岩石中，并利用地下矿石的石化过程不断再生氢气。与其他类型的氢相比，白氢有两个优点：不排放二氧化碳，也不需要大量的可再生能源来通过水电解来生产。地球的地下是一个巨大的、被低估的氢气工厂，目前估计每年从地表逸出到大气中的20 Mt天然氢的粗略值。估计差异很大，但一切都表明地下实际上产量明显更多。因此白氢是一种潜在的、丰富的、尚未开发的清洁能源。但因其地质储藏勘测和开采难度极大，目前尚未得到充分开发利用。目前马里是世界上唯一一个正在开采白氢的国家。

其他你需要知道的事

● 从化石燃料过渡到氢能，可以帮助我们大大减缓气候变化的步伐，除了减少碳排放，氢能开发还能创造更多就业机会、提高能源安全、促进全球的可持续发展。氢能委员会（Hydrogen Council）预计，如果全球集中精力在下一个十年扩大规模，到2050年，氢能可以满足世界能源需求的18%，为全球超过400亿辆乘用车、20万辆卡车和5万辆公共汽车提供动力，创造30万个就业机会，并减少大约20%的二氧化碳排放来限制全球变暖。

● 在众多氢的生产方式中，灰氢是目前的市场主流，但这种方式会带来大量碳排放，灰氢生产的碳排放量相当于印度尼西亚和英国的总和。因此，并不是所有涉及应用氢气的项目就等同于“绿色低碳”。想要让灰氢“变色”，需要配合碳捕捉技术与更多类型的清洁能源供应。

● 绿氢才是真正的绿色燃料，但目前生产绿氢的成本几乎高于所有其他颜色类型。好消息是，随着如今各类可再生能源成本的下降、各国对绿氢基础设施的投资与开发，绿氢的生产门槛也会逐步降低。国际能源署（IEA）的分析指出，到2030年，利用可再生能源发电制氢的成本可能下降30%。Wood Mackenzie的预测则显示，到2050年绿氢在氢能市场的占比将达到总量的五分之一左右。

● 国际合作对于加速世界范围内清洁氢能的发展至关重要，为实现共同的碳中和目标，世界各国应努力构建共同的发展标准，积极促进对各类清洁氢能基础设施的投资，共享有效的实践经验与技术知识，以协调一致的方式扩大氢能规模。

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