能源是人類活動的物質基礎，而隨著應對氣候變化、實現碳中和的目標逐步成為全球共識，人類對于能源的需求和利用方式也有了新的變化。
2015年12月，《巴黎氣候協定》正式簽署，核心目標是將全球氣溫上升控制在遠低于工業革命前水平的2攝氏度以內，并努力控制在1.5攝氏度以內。
而根據相關統計，全球溫室氣體排放量的73%源于能源消耗。為了實現《巴黎氣候協定》的目標，全球能源體系必須進行深刻轉型，即從主要以化石燃料為基礎的能源體系，轉變為高效、可再生的低碳能源體系。
而氫能由于其在釋放過程中的零碳排放以及靈活便利的儲運方式，在改變人類能源體系方面被寄予了厚望。
而純氫在自然中并不獨立存在，為了區分不同生產來源的清潔程度，人們按照碳強度由高到底標注出灰氫、藍氫和綠氫。
早前，來自美國康奈爾和斯坦福大學的兩位學者發表了有關氫能全生命周期“碳排放”的成果(How green is blue hydrogen? Energy Sci Eng.2021)，文章發表后得到了百家國外媒體的關注，并在社交媒體被轉發破千次，這源于該研究的主要發現：藍氫的溫室氣體排放量比燒天然氣或用煤取暖大20%以上，比燃燒柴油取暖大60%左右。
新研究顯示，頗受追捧的藍氫并沒有想象中清潔，藍氫全生命周期溫室氣體排放強度比燃燒天然氣取暖還要高20%。該論文是首篇經設有同行評議的期刊發布、關于藍氫溫室氣體排放的研究。
01
氫能為什么受到青睞？
氫是宇宙中最為豐富的元素，氫能則是由氫元素在物理與化學變化過程中釋放的能量。
作為能源，氫能有著極具競爭力的優勢：
1. 生態友好
與傳統的化石燃料不同，氫氣和氧氣可以通過燃燒產生熱能，也可以通過燃料電池轉化成電能。而在氫轉化為電和熱的過程中，只產生水，并不產生溫室氣體或細粉塵。
2. 利用高效
氫氣不僅來源廣泛，還具有導熱良好、清潔無毒和單位質量熱量高等優點。相同質量下的氫所含熱量約是汽油的3倍，是石油化工重要原料和航天火箭動力燃料。
3. 儲運方式靈活便利
與化石燃料不同，氫能是二次能源，可以通過分解天然氣、石油、煤和水來制造。而除了氣態，氫氣還能以液態或固態氫化物出現。在-263℃液化時，氫的體積會減少到原來的1/800，在高壓罐中壓縮后，便于儲存和運輸。
綜合眾多優勢，氫能獲得了廣泛青睞。根據國際氫能委員會與麥肯錫聯合發布的報告，目前已有30多個國家和地區發布了氫能發展路線圖，到2030年，全球在氫能項目上的投資將達到3000億美元。
02
不同顏色的氫有什么區別？
雖然氫能是清潔的可再生能源，在釋放能量的過程中沒有碳排放，但目前生產氫能的過程卻并不是百分之百“零碳”。
氫元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，而氫能作為一種二次能源，需要通過制氫技術進行“提取”。目前，現有制氫技術大多依賴化石能源，無法避免碳排放。而根據氫能生產來源和生產過程中的排放情況，人們將氫能分別命名為灰氫、藍氫、綠氫。
1. 灰氫
灰氫，是通過化石燃料（例如石油、天然氣、煤炭等）燃燒產生的氫氣，在生產過程中會有二氧化碳等排放。目前，市面上絕大多數氫氣是灰氫，約占當今全球氫氣產量的95％左右。
灰氫的生產成本較低，制氫技術較為簡單，而且所需設備、占用場地都較少，生產規模偏小。
2. 藍氫
藍氫，是將天然氣通過蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制成。雖然天然氣也屬于化石燃料，在生產藍氫時也會產生溫室氣體，但由于使用了碳捕捉、利用與儲存（CCUS）等先進技術，溫室氣體被捕獲，減輕了對地球環境的影響，實現了低排放生產。
3. 綠氫
綠氫，是通過使用再生能源（例如太陽能、風能、核能等）制造的氫氣，例如通過可再生能源發電進行電解水制氫，在生產綠氫的過程中，完全沒有碳排放。
綠氫是氫能利用的理想形態，但受到目前技術及制造成本的限制，綠氫實現大規模應用還需要時間。
03
藍氫更綠還是更灰？
氫氣被廣泛認為是未來能源轉型的重要燃料。研究人員在論文中表示，目前大多數氫氣都是通過蒸汽甲烷重整(SMR)產生（也即灰氫），這種制氫方式碳排放高。越來越多人建議利用碳捕獲和封存技術(CCS)減少灰氫的碳排放，藍氫也因此在宣傳中被打上了“低排放”的標簽，被看作未來可以替代化石燃料的重要清潔能源。
截至2021年，全球只有兩家商業化的規?；a藍氫的設施，一家由殼牌在加拿大運營，另一家由Air Products在美國運營。通常情況，人們認為藍氫為具有近零或低的溫室氣體排放量。然而，并非所有的二氧化碳排放都可以被捕獲，并且在藍氫的生產過程中會排放一些二氧化碳。
生產藍氫所需的天然氣中存在相關的甲烷排放。甲烷是一種強大的溫室氣體，它作為變暖劑的作用比二氧化碳強100倍以上，并且在20年內所引起的變暖效應是二氧化碳的86倍。據估計，近幾十年來發生的全球凈變暖中約有25%是由甲烷引起的。在聯合國環境規劃署指出，到2030年，全球所有來源的甲烷排放量需要減少40%-45%，以實現將全球溫度上升限制在1.5°C的最低成本途徑。
在大氣中，甲烷的壽命（~12年）要比二氧化碳（＞50年）短，因此，甲烷含量的控制能在短期內見效，而二氧化碳的減排則需要長期才能顯現。
04
藍氫的碳排放
研究發現，藍氫的主要溫室氣體包括二氧化碳和未燃燒的甲烷。即使假設捕獲的二氧化碳可以永久儲存，因存在大量逃逸性甲烷釋放，藍氫制取的溫室氣體排放量仍然很高。
該研究稱，假設天然氣甲烷逃逸率為3.5%，可在大氣中留存約20年，則藍氫的總二氧化碳排放當量比灰氫少9%-12%。但由于碳捕獲和封存需要使用天然氣作為動力能源，藍氫的逃逸性甲烷排放量高于灰氫；且藍氫全生命周期溫室氣體排放比燃燒天然氣或煤炭取暖的排放還高約20%。即使將天然氣甲烷逃逸率降低到1.54%，藍氫的溫室氣體排放仍高于單純燃燒天然氣，僅比灰氫少18%-25%。
圖1 比較灰氫、藍氫（SMR 過程中捕獲二氧化碳）、藍氫（SMR 過程+運行SMR設備產生廢氣均進行碳捕獲），天然氣燃燒產熱，柴油燃燒產熱，煤燃燒產熱的二氧化碳當量（甲烷泄漏率設定為3.5%）
圖1的數據清晰的表明：
1.與任何化石燃料相比，灰氫和藍氫（無論是否對廢氣進行碳捕獲處理）的二氧化碳和甲烷總排放量都更大；
2.甲烷排放是造成這種情況的主要因素，灰氫和藍氫的甲烷排放量比任何化石燃料都要多；
3.與煤或柴油相比，灰氫或藍氫的二氧化碳排放量更少；
4.灰氫的二氧化碳排放量比天然氣稍大。
此外，研究還發現二氧化碳捕獲屬于能源密集型，捕獲更多的二氧化碳需要更多的能量，如果這種能量來自天然氣，那么二氧化碳和逸散性甲烷排放量的增加將抵消大量由于碳捕獲而減少的二氧化碳排放。
05
氫能的未來
據彭博新能源(BloombergNEF)估計，到2030年，全球各地綠氫制取成本可能都將低于藍氫。而藍氫所依賴的CCS技術，多年來推廣困難、成本居高不下。
國際能源署數據顯示，相關投資僅占全球清潔技術投資的不到0.5%，全球目前有21個CCUS（碳捕捉、利用和封存）項目，每年二氧化碳捕獲能力為4000萬噸。
前述研究的共同作者、康奈爾大學生態學和環境生物學教授羅伯特·豪斯(Robert W.Howarth)稱，世界各地的政治家都把賭注押在藍氫上，將其視為能源轉型的解決方案?！拔覀兊难芯渴鞘讉€在有同行評議的期刊發表的、闡述藍氫生命周期排放強度的研究，也是在向政府發出警示，應將公共資金投入到風能和太陽能驅動的綠氫，這是唯一清潔的氫能，也是通向凈零排放的重要路徑?！?
目前全球有超過40個國家頒布了氫能發展戰略，其中許多都在提倡“清潔氫氣”。近期，美國將”清潔氫氣”定義為以任何方式制取、生產1公斤氫排放2公斤或更少二氧化碳當量的氫，也就包括了藍氫。日本早前計劃把2020年東京奧運會打造成”氫能奧運會”，承諾了包括奧運村動力、100輛氫動力燃料電池巴士、500輛氫能汽車、奧運圣火臺及火炬燃料等應用場景，但最終僅兌現了一小部分。英國預計將在幾周后推出一項氫能戰略，其中可能包括對藍氫的支持。
更早之前，德國在其2020年6月通過的《國家氫能戰略》中稱，“綠氫”將是未來投資的優先領域，但利用化石燃料制造但結合碳捕捉技術的“藍氫”將在轉型期內被允許。同年7月，歐盟的氫能戰略在中短期內為“藍氫”保留了發展空間，因此引發了一定的爭議。
而在今年，2022年3月23日，國家發展改革委發布《氫能產業發展中長期規劃（2021～2035年）》，以安全、經濟、低碳、多元化應用為核心的氫能產業發展路徑逐漸清晰。隨后，各地陸續出臺相關政策落實氫能的發展路線，布局太陽能等可再生能源制氫示范項目建設。而在企業方面，中國石化、協鑫集團、天合光能、隆基集團、中環股份等企業正在布局綠氫生產。其中，中國石化已經錨定建設“中國第一大氫能公司”的目標，并加快推動氫源由灰氫向藍氫、綠氫轉變。這也意味著，綠氫已經成為傳統能源企業轉型的重要方向。
但太陽能、風能等可再生能源制氫并非一蹴而就。業內專家表示，通過化石能源制氫把氫燃電池汽車產業的基礎打好，然后再用可再生能源制氫，慢慢實現過渡。
工業和信息化部原部長、中國工業經濟聯合會會長李毅中提出：“灰氫不可取，藍氫可以用，廢氫可回收，綠氫是方向”。發展綠氫是實現碳中和的理想途徑，綠氫會是氫能發展的未來。
