H2 -超出炒作

自承诺到2050年实现净零排放以来，英国政府一再强调其雄心壮志，称氢气将在转型中发挥重要作用。从为家庭供暖到为交通运输和重型机械提供动力，几乎所有工程领域都在探索氢的潜在应用，这尤其给那些以难以脱碳著称的行业带来了希望。

2022年4月，政府发布了期待已久的《能源安全战略》，披露了到2030年将2021年的低碳制氢目标(5GW)翻一番的计划。现在目标是10兆瓦，其中至少一半来自电解氢(绿色)，英国各地已经增加了对用于一系列行业的新氢技术的投资，以实现这些雄心勃勃的目标。

然而，对于英国来说，要实现氢气的全部潜力，必须要做一些工作来克服一些最突出的挑战。蒂姆·梅斯，化学工程教授巴斯大学同时也是可持续能源与环境研究所该公司是带头冲锋的公司之一。

梅斯教授最近获得了来自UKRI该项目旨在解决围绕在英国广泛使用氢和其他低碳燃料的研究挑战。他的同事、合作伙伴纽卡斯尔大学的项目负责人萨拉·沃克教授将担任研究协调员，在接下来的几个月里，他的目标是在巴斯大学建立一个国家卓越中心。

梅斯说:“自21世纪初以来，我一直在研究氢，尤其是氢储存。实际上，在这段时间里，氢并不被认为是特别有趣的——这是一种小众领域，但在工程或科学领域并不被视为主要活动。工程师．

自从开始在该领域的工作以来，Mays领导了EPSRC第一个专注于可持续发电和供应的Supergen项目之一。在过去的十年里，他作为EPSRC Supergen氢气和燃料电池中心(H2FC Supergen)的联合主任，在这项工作的基础上不断发展，该中心将于今年年底结束。

随后，在UKRI的一个新项目中，专注于系统集成的Walker和Mays将共同研究需要解决的研究挑战，以使氢气使用量达到政府期望的长期水平。

梅斯说:“这就在路上:生产、储存、分配、氢加热、运输和电力的最终用途，以及工业脱碳。”“这真的是多学科、跨部门的……工程、科学、社会科学、经济学和心理学。”

“这些重大转变需要付出大量努力，目前，氢仍主要是用于炼油和合成氨的工业气体。就能源而言，那里没有太多的能源。”

自从首相提出2020年绿色工业革命的十点计划以来，政府的雄心壮志就一直在增长。梅斯指出，这一计划的每一部分都直接或间接地与氢有关。他补充说，我们现在正处于优先发展可持续氢气生产的“过山车之旅”的开端，在英国我们还没有大规模生产氢气的能力。

这主要是由于几个最重要的和公认的工程挑战，到目前为止，阻碍了氢的广泛使用。这包括以合理的成本生产氢的能力，开发适当的基础设施来支持它，以及存储——这可能是最具挑战性的方面之一。

梅斯说:“我们需要减少氢的体积，我在这个领域已经研究了很多年，在如何增加密度方面还有很多工作要做。”“你可以有液态氢，但那是非常低的温度——20开尔文，零下253摄氏度——它是高压气体，700巴，350倍于你汽车轮胎的压力。

“我自己的研究是关于氢在固体材料中的存储，特别是那些具有非常窄的孔隙网络(约2纳米宽或更少)的材料。这些空间就像“纳米压缩器”一样，导致极高的局部氢密度。这仍处于发现科学的水平，但为未来技术指明了道路，可以与现有的高压和液态氢存储技术竞争。”

Mays指出，燃料电池中的氢在热力学上是一种非常有效的应用，但他补充说，燃料电池在成本、可靠性和可回收性方面也存在挑战。

他说:“燃烧技术得到了一些支持，因为它已经得到了完善，人们知道事情是如何运作的。”“从热力学角度看，它的效率不如燃料电池，但它是一种成熟的技术，所以在过渡时期可能会有用。”

个别的应用也面临着各自的挑战——例如，为了利用现有的基础设施和降低家庭供暖的碳排放，将氢气混合到天然气电网的计划。梅斯表示，向天然气电网输送超过20%的氢气，需要对锅炉进行大规模改造，成本是一个重大挑战。

“我们能做些什么来降低成本吗?我们能让它更有效率吗，我们能避免泄漏吗?人们对地质储存、海底地下盐穴、枯竭的油气井以及我称之为雨天氢的季节性储存很感兴趣。甚至是年度储存，这就是氢在能源安全中开始变得非常重要的地方。

“氢气很好，但没有基础设施，而氨等物质的基础设施却很好。所以氨被视为一种潜在的载体，你也可以使用绿色氢来制造氨，这将使氨合成和化肥生产更加绿色。”

自然地，就像任何新兴的技术领域一样，人们对氢有担忧，其中许多担忧是合理的。围绕存储、经济和效率的挑战是真实存在的，但梅斯希望，像这样的项目将发现这些问题，并“坦白”，如果有的话，可以做些什么来解决这些问题。

他说:“我尊重那些质疑大量生产氢气是否经济的人，不管我们做什么，储存氢气是否总是一个问题。”“我曾与一些人争论过，他们似乎在原则问题上反对它，而不是真正用任何证据来强调它。

“我是有证据的，存在问题，我们认识到它们。有些可能最终是不可逾越的，但许多不会，我认为会有氢气的空间——可能会争论有多少空间。”

关于生产氢的类型，人们经常争论，许多人担心过度依赖蓝色氢，由于使用蓝色氢被认为是一种低碳形式的氢CCS在其生产中，仍依赖于利用天然气进行蒸汽改造。

许多人认为，重点应该放在更环保，但昂贵的，使用可再生能源生产的绿色氢气上。当然，英国目前生产的大部分氢都是高碳的，由化石燃料制成，在这个过程中没有碳捕获。

“煤炭或多或少消失了，但石油和天然气还会存在一段时间，”梅斯说，并强调我们不会在一夜之间关闭化石燃料的水龙头。“只要我们尽最大努力避免空气污染，无论是当地的空气污染、空气质量，还是二氧化碳造成的大气污染，那么蓝色氢气是一个合理的过渡。”

氢的最大机遇在哪里还有待讨论，但正如梅斯指出的那样，大部分的机遇将出现在电气化等替代能源不可行的领域，或者作为间歇性可再生能源的补充技术。出于这个原因，他解释说，他不认为氢燃料会对轻型道路车辆产生巨大影响，因为在这方面，电池已经“占了上风”。

像公共汽车、重型卡车和火车这样的大型交通工具可能会从中受益，还有海洋和航空航天，Mays形容这两个领域“对氢非常重视”。作为一个高二氧化碳排放的行业，很明显，许多航空巨头都在致力于大型氢气计划，这对航空航天很有吸引力。

空中客车公司例如，该公司的目标是在2035年让其“ZEROe”氢燃料客机投入使用，并正在布里斯托尔建设一个英国零排放发展中心(ZEDC)，与西班牙、德国和法国现有的ZEDC一起支持这一目标。

Mays自己的项目涉及7个工业项目合作伙伴:ITM的权力，西门子能源，捷豹路虎，苏格兰氢燃料电池协会，威尔士西部公用事业公司，GKN航空和健康与安全执行局．它们将提供建议，帮助塑造卓越中心，并帮助确定研究挑战并确定其优先级。

Mays表示:“我们已经接触了相当多的合作伙伴……关键是他们对能源和投资前景以及投资机会的理解。”

“如果他们告诉我们有些地方看起来不太对劲儿，我们就得小心行事。我们将与行业建立密切的关系，部分是与我们正式作为项目一部分的人，但他们不是唯一感兴趣的人——到处都有联系。”

浴最近打开的先进汽车推进系统研究所(IAAPS)研究设施将主办一个绿色氢气制造工厂，计划于2023年春季投入使用，并使IAAPS能够可持续地生产氢气用于其研究和测试。该设施旨在实现IAAPS的几个目标，包括现场使用的能源脱碳和减少整个建筑的碳足迹，以及支持可持续推进技术的研究和创新，以及在航空、海洋、非公路和重型运输等部门使用氢。

IAAPS将与30多个跨部门伙伴合作，构成区域性H2和可持续运输加速中心的基础。最后，Mays总结说，虽然现在就预测政府围绕氢的目标是否过于雄心勃勃还为时过早，但这些目标为工业提供了急需的方向感。

他说:“我们的目标不是执着于到底是10吉瓦还是5吉瓦的氢气，而是说我们需要大量的氢气。可能会更多，也可能更少，这取决于技术如何发展，以及来自公共和私营部门的投资。”

“如果我们没有达到目标，但我们取得了一些进展，那又怎样?”如果我们在减排方面有一些影响，并帮助将升温控制在1.5度以下，我们就已经尽了自己的一份力。”

尽管这些目标本身是否现实存在不确定性，但梅斯令人鼓舞地谈到，业界“真正渴望”探索技术选项，使我们能够绕过净零目标，应对气候变化。

“如果你看一下排放量随时间变化的图表，对照净零目标，我们已经完成了一半，但前一半很容易。到2050年实现零排放将是非常非常困难的。

“我认为在巩固氢能做的事情上还有一些更多的理解的空间，也避免过去发生的炒作，人们说‘氢能解决我们所有的问题’-它不会。

“还会有其他的机会，电池、电化学途径……化石燃料的时间还很长，但它们将是桥梁的一部分。”这是我们无法避免的。但在这棵树的顶端是脱碳，摆脱碳排放，和气候变化，这是一个紧急情况。我认为事情越快开始越好，我所参与的项目有望成为其中的一部分。”