博客
王志榮：氫能 —— 可再生能源的新星（Part 1 & 2）
2023-09-06
能源消耗與《碳中和》：當今《碳中和》是全世界各國為地球未來人類長遠發展的一個重大承諾，亦即是要達到全球二氧化碳（CO2）零排放的終極目標。中國作為世界上最大的能源生產國和消費國，承諾於 2060 年前實現《碳中和》，第二大碳排放國的美國亦承諾爭取在 2050 年前實現《碳中和》，其他各主要經濟體如歐盟也承諾爭取在 2050 年前實現《碳中和》。 各國現時都忙於為實現《碳中和》的目標努力，積極推動綠色低碳轉型，把煤炭、石油、天然氣等產生大量碳排放的化石能源，轉換為低碳排放的可再生能源（如太陽能、風能、水能、核能和氫能），現時全球化石能源的消耗佔比仍然高踞 80%以上， 據國際能源署（IEA）對全球在 2050 年能源消耗的預測，到時化石能源的佔比將會降至 20%以下，為全球實現《碳中和》打上堅實的基礎 。可見的未來，大量的可再生能源將會以高速的增長。 生產能源的成本 為了達到碳中和的目標， 各國都朝著低碳排放的能源方向發展，通過多年的努力，可再生能源的生產成本， 已經接近化石能源，有的甚至低於化石能源的成本，詳細的能源成本分析可參考Table 1 。 例如太陽能發電的平均成本價是29-42美金/百萬瓦時，陸上風力發電也只是26-54，相比於天然氣發電的44-73 和用煤發電的65-159，已經有一定的成本優勢。未來太陽能和風能的發展將會是前景無限， 繼續以低的生產成本和低碳排放量，侵佔原有的化石能源市場。 其他的再生能源如核能發電和氫能發電，雖然是非常潔凈的新能源， 但生產成本遠高於化石能源，技術和生產成本仍需大幅改善，才有機會成為未來能源的新動力。 因各主要經濟體都承諾爭取在2050 – 2060年前實現《碳中和》，氫能最近已成為新能源的熱門課題和積極研究對象。 氫是宇宙最豐富的元素，能量密度大，可從取之不盡的水資源中利用再生能源產生的電力，把水電解從而產生氫氣， 因此氫氣可作為能量載體 ，尤其可是儲存由可再生能源高峰期生產出來的剩餘能量，轉化為車用氫氣燃料。 車用燃料儲存的氫可釋放後燃燒，產生的動能可推動電動車，並且不會產生二氧化碳，因而被視為「終極潔淨能源」。 在制氫方面，由於氫原子的高活性，氫氣不能單獨存在於自然界中，只能以化合物如水、甲烷等之形態存在。所以生產氫氣是需要通過特定的提煉過程，才能從氫化合物中獲取氫氣並加以利用。 氫能來源廣泛，製備技術多元，通常根據生產來源和製備過程中的碳排放情況，我們可將氫能分為灰氫、藍氫和綠氫三種類型。不同顏色代表著制氫過程的清潔程度，灰氫在製備過程中碳排放最多，綠氫在製備過程中碳排放最少。 三種主要氫能類型 在制氫方面，由於氫原子的高活性，氫氣不能單獨存在於自然界中，只能以化合物如水、甲烷等之形態存在。所以生產氫氣是需要通過特定的提煉過程，才能從氫化合物中獲取氫氣並加以利用。氫能來源廣泛，製備技術多元，通常根據生產來源和製備過程中的碳排放情況，我們可將氫能分為灰氫、藍氫和綠氫三種類型。不同顏色代表著制氫過程的清潔程度，灰氫在製備過程中碳排放最多，綠氫在製備過程中碳排放最少。 灰氫 （Gray Hydrogen） • 灰氫，是通過化石燃料（如煤炭、石油、天然氣等）燃燒，把水蒸氣重組而產生的氫氣，在生產過程中會有較大量的二氧化碳排放。 灰氫的生產成本較低，制氫技術較為簡單，這種類型的氫氣佔當今全球氫氣產量的80%以上，碳排放量也是最高的，每生產1 Kg氫氣其碳排量約為12 kg二氧化碳。 藍氫 (Blue Hydrogen) • 若在製灰氫的生產過程中，將氣化或蒸氣重組中之碳排放，使用了碳捕集、利用與封存（CCUS）等先進技術，捕獲溫室氣體，避免排放到大氣，實現了低排放生產。這種方式產出的氫氣則稱之為藍氫，碳排量減少多少視乎用何種先進技術。 綠氫 [...]
