1.氢能概述

虽然地球上存在一些氢“沉积物”并且可能被用作一级能源加以开发，但氢给未来能源系统带来的价值主要是作为一级能源载体。几乎任何能源都可以用来制造氢气，而氢气几乎可以在任何能源应用中用作燃料。除了其纯粹的能量价值，氢还可以用作化肥和化学工业的原料，以及炼钢时的还原剂。

如果氢气是通过将水分解成氢气和氧气制成的，然后再与空气中的氧气重新结合，释放能量并再次形成水，则氢气是在闭环中使用。如果分解水的能量来自可再生资源，那么氢被认为是一种可再生能源载体。如果氢气在未使用的情况下排放到大气中（例如，泄漏、排放），它就会成为一种二次温室气体。然而，制氢厂商会受内在经济动机驱使，在生产过程中会尽力减少气体损失，因此未来潜在的氢基础设施预计不会对气候造成重大影响。

作为应对全球气候危机的一种方法，全球能源系统正在从化石燃料向低碳电力（例如太阳能和风能）过渡。首先，这将推动终端用户的直接电气化(例如，电动汽车取代内燃机;用热泵代替燃油加热)。然而，有些应用很难或不可能直接电气化（例如，航空、航运、长途公路运输、季节性能源储存、非能源原料使用）。这就是水电解发挥作用的地方，因为它通过使用来自风能或太阳能的低碳电力制造了基于分子的能源载体和原料——氢气，从而扩展了风能和太阳能的覆盖范围。

除了将氢直接用作燃料外（例如，用在燃料电池中），它还可用于制造合成天然气和各种合成液体燃料。其中包括可以直接替代传统航空煤油、柴油和汽油的“即用型燃料”，以及氨和甲醇等，可用于航运的替代燃料。通过电解水制造的氢气生产的化学品和合成燃料，统称为e-fuel。

2.当今氢的生产和使用

尽管氢有可能在全球能源转型中发挥关键作用，但氢作为燃料的使用并不是一个新的概念。早在19世纪，氢就被用于早期的内燃机，直到20世纪中期，它一直是城镇燃气的主要部分。氢能被工业化地用于生产氨肥也有一个多世纪的历史。

如上图所示，根据国际能源署的数据，年全球生产和消费了1.16亿吨氢气。其中，依靠一级能源，主要以天然气和煤炭为主，专门生产的氢气达万吨；消耗了1.15x焦耳的能量。这相当于全球一级能源消耗的2%。虽然看起来微不足道，但这个能耗与年全球航空燃料的消耗总量相当。除了专门生产的氢气，约万吨氢气来自于其他制造工艺的副产品。

在氢气的使用方面，纯氢需求约为万吨，其中合成氨生产和精炼使用的纯氢约占95%。剩余的纯氢需求分布在其他几个较小的应用领域。其中交通运输领域对氢气的需求不到0.01万吨。氢与其他气体的混合物的需求为43亿吨，其中约12亿吨用于甲醇生产，约4亿吨用于钢铁工业的直接还原铁。其余的则分散在氢的各种其他混合用途上。

3.氢气的颜色

在从化石燃料向低碳经济转型的背景下，用于生产氢气的能源类型及其温室气体排放强度已成为关于氢气辩论的焦点。为了便于区分，人们通常会将一些制氢路线与不同的颜色联系起来。如下表所示，对氢气的颜色有很多不同和重复的定义。由EuropeanFuelCellandHydrogenJointUndertaking资助的CertifHy项目构建了一个框架，基于氢气生产中对可再生能源的利用和温室气体排放情况，将氢气的生产途径系统地分为三个类别：灰色、蓝色和绿色。但是，在能源转型话题的讨论中，对蓝氢和绿氢有更精确的分类：蓝色氢通常与天然气蒸汽甲烷重整结合碳捕获和存储产生的氢有关；而绿色氢通常专门指由可再生电力供电的水电解产生的氢。其他颜色偶尔被用来表示其他途径，例如，蓝绿色氢代表了甲烷裂解产生的氢气。

CertifHy将天然气蒸汽甲烷重整制氢的基本温室气体基线强度设定为每兆焦氢气91g二氧化碳当量。最初，蓝氢和绿氢的温室气体排放阈值设定为相对于基线强度减少60%，即每兆焦氢气产生少于36.4g二氧化碳。但是，低碳氢的门槛也预计会随着时间的推移而改变和收紧。

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