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应对能源危机,美国加州的“氢能源经济”可行吗?

神译局 · 2020-12-04
“氢经济”的脚步在逐渐临近。

神译局是36氪旗下编译团队,关注科技、商业、职场、生活等领域,重点介绍国外的新技术、新观点、新风向。

编者按:氢能是一种清洁能源,能有效应对气候变化和化石能源危机,因此受到世界各地政府的关注。氢能在美国沉寂了多年之后,近期在加州,“氢经济”的开端终于要开始显现了。本文译自New York Times,作者Ivan Penn和Clifford Krauss,原标题为" California Is Trying to Jump-Start the Hydrogen Economy",希望对您有所启发。

自从15年前乔治·W·布什总统第一次给一辆小型货车加了氢燃料以来,氢燃料驱动的轿车和卡车的发展进入了真空期。华盛顿的那个氢泵早就关闭了。但在加州,在经历了多次反复之后,氢经济的开端可能终于要开始显现了。

数十辆氢燃料巴士在城市街道上缓慢行驶,同时,在州政府和联邦政府的资助下,从圣地亚哥到旧金山,越来越多、越来越大的氢燃料加油站也出现了。随着氢燃料生产和运输成本的下降,加州制定了一个伟大的目标,希望逐步淘汰使用化石燃料的汽车,改用电池和氢燃料汽车。丰田汽车(Toyota Motor)和荷兰皇家壳牌(Royal Dutch Shell)等大型汽车和能源公司已经承诺,提供更多的新能源汽车和氢燃料加油站。

壳牌全球氢产品经理马修•布莱斯克(Matthew Blieske)表示:“在过去推动新能源汽车发展的周期中,总有一些东西跟不上。要么是政策不到位,要么是技术不成熟,要么是人们对脱碳不太认真。而如今,这些障碍已经不存在了。”

一些能源行业高管说,他们预计在当选总统拜登(Joe Biden)的领导下,政府和社会对氢能源的投资将会加速。拜登将气候变化作为其竞选活动的重要内容,并提出了一项2万亿美元的计划来解决这一问题。

麦肯锡公司(McKinsey & Co.)最近的一项研究估计,到2030年,氢能产业每年有望创造1,400亿美元的收入,70万个就业机会,到2050年满足美国15%的能源需求。

氢是宇宙中最轻、最丰富的物质,它的使用仍处于起步阶段,加州被确定美国氢能源使用的摇篮,每年加州能源委员会会投资2000万美元的资金来促进新能源的发展。到2023年底,加州将在氢能源项目上投入约2.3亿美元。该州现在大约有40个氢能加油站,还有几十个正在建设中。虽然这些数字与全州1万个化石能源加油站相比微不足道,但政府对氢能源加油站的发展抱有很高的期望。

目前约有7500辆氢燃料汽车处于使用状态,一项由限额交易美元提供的积极激励和补贴计划预计,到2030年将有5万辆氢燃料轻型汽车,并将建成一个拥有1000个氢燃料站的网络。加州氢气研究人员称,仅生产、运输和分配氢气的基础设施就将耗资约100亿美元,他们希望得到私人和政府的投资。

其他州则远远落后于加州。美国绝大多数的氢燃料站和氢能车辆都在加州。

氢动力汽车与电动汽车类似。但与配置有大型电池的电动汽车不同,氢动力汽车配有储氢装置和燃料电池,可以将气体转化为电能。氢动力汽车加油的速度和行使的加速度都很快,加满可以行驶几百英里。在燃烧过程中,氢动力汽车只排放水蒸气,这吸引了加州那些想要减少污染和温室气体排放的城市。

加州大学欧文分校(University of California, Irvine)国家燃料电池研究中心(National Fuel Cell Research Center)主任杰克·布鲁维尔(Jack Brouwer)说,“几乎所有关于实现零排放的客观分析都包括氢能源的使用。”

布鲁维尔(Brouwer)认为,氢不会很快成为主要的能源来源,但他认为,作为汽车、发电厂和电器的供能来源,氢能有着巨大的潜力。他说,氢将作为锂离子电池、太阳能电池板、风力涡轮机和天然气的补充。

加州大学欧文分校(UC Irvine)多年来一直在试验氢,并与当地政府和大型企业合作,在南加州推广氢的使用。

十多年前,蒂姆•布朗(Tim Brown)在通用汽车(General Motors)研究汽油系统。2004年,他回到学校,与布鲁维尔(Brouwer)一起研究氢,并“成为了一名氢能的忠实拥护者”。

2008年获得博士学位五年后,他创办了First Element Fuel,一家致力于组建世界上第一个氢气零售网络的公司。公司运营着21个氢燃料站,其中包括一个位于加州芳汀谷(Fountain Valley)的Arco加油站的四泵装置,该加油站距离加州大学欧文分校(UC Irvine)约10分钟车程。该公司计划以True Zero为品牌在全州建立多达80个氢燃料站。

目前,氢燃料站的数量还是不足。凯伦·哈里森(Karen Harelson)是Golden West学院的一位66岁的退休教授,她开着两年前买的氢动力丰田Mirai来到了Arco加油站,她表示:“我个人认为,厂家不应该在没有足够氢燃料站的情况下再多生产一辆汽车。这是我有过的最好的车,问题是,周围没有足够的氢燃料站。”

这种抱怨非常常见。由于氢燃料站的缺乏,车主经常需要排队等候加氢。但氢燃料车比电动汽车好的一点是,电动车充满电需要45分钟到几个小时,而氢燃料汽车和汽油车一样,加满油不到10分钟,且加满后可以行驶300英里以上。

一些氢能的支持者认为,氢最大的用途是在比较大型的车辆上,其中包括加州阳光车道运输公司(SunLine Transit)。

该公司的运输系统包括17辆氢燃料巴士,并计划明年再增加10辆。在过去10年里,SunLine用2700多万美元的拨款购买了氢能源车及生产氢的设备,该公司利用电网和太阳能电池板提供的电力生产氢。该运输机构已经向商业机构和政府机构出售压缩天然气,而压缩天然气是其大部分巴士的燃料。该机构还计划出售氢气。

SunLine的首席执行官兼总理劳伦·斯基弗(Lauren Skiver)说,她已经邀请了其他运输机构和公用事业公司,看看氢能源的发展到底有多快,但她常常感到怀疑和矛盾。斯基弗说:“我们一直试图与他们会面,想看看我们在氢燃料方面能做写什么,他们一点也不感兴趣。”

怀疑是有理由的。

尽管在技术上有了很多进步,但氢的制造和运输价格仍然很昂贵。燃料电池汽车的价格也高于同类的电动汽车。一辆丰田Mirai在补贴前的售价接近6万美元。而在没有补贴的情况下,特斯拉Model 3的起价约为3.8万美元。还有一个先有鸡还是先有蛋的问题,就是在有一个全面的燃料基础设施建设完毕之前,如何让人们购买氢燃料汽车。

包括特斯拉首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)在内的批评人士指出,氢燃料的推广者长期以来未能兑现他们的承诺。

布什在2003年的国情咨文中说,“如今出生的孩子驾驶的第一辆汽车可以使用氢气作为动力,而且无污染。”这样的期望主要是受到当时石油和天然气价格上涨的推动。在水力压裂技术的蓬勃发展帮助推低了能源价格之后,氢能源退居二线。

尽管如此,氢气的潜力仍然吸引着政府、研究人员和企业。法国、德国、中国、澳大利亚、韩国和日本等国已经在氢上投资了数百亿美元,这在一定程度上是为了减少对化石燃料的依赖和应对气候变化。

丰田(Toyota)、现代(Hyundai)、戴姆勒(Daimler)和其他几家汽车制造商都在押注于氢动力汽车和卡车。壳牌公司也正在欧洲和加利福尼亚建造氢气站。

一些专家认为,氢的最佳用途是为卡车、公共汽车和飞机提供动力。这是因为,这种燃料比当前一代的电池更小更轻,为货物和乘客留下了更多的空间。现代准备在几个月内推出第一款大规模生产的重型燃料电池卡车。自2017年以来,丰田一直在洛杉矶港测试燃料电池卡车。该公司最近表示,将为北美开发重型燃料电池卡车。

氢燃料对石油公司构成长期威胁,因为它可以与柴油和航空燃料相竞争。这也是为什么许多大型欧洲石油和天然气公司,如壳牌和英国石油公司,寻求将氢作为向低碳未来过渡的一部分。

如今,大多数氢气是从天然气中提取的,这一过程需要大量能源,并排放二氧化碳。但是结合碳捕获和封存,这个过程在环境上还是可行的。

政府官员和研究人员预计,随着时间的推移,大多数氢气的制造过程将不会产生碳排放。最清洁的氢制作过程是使用可再生电力将水分子分解成氢和氧。这样做的设备很昂贵,但近年来成本一直在下降,尤其是当风能和太阳能成为最便宜的发电方式后。

欧洲石油公司也在对可再生能源进行投资,以便他们最后能够将氢气生产与太阳能和风力发电场结合起来。

加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的能源研究员琼·奥格登(Joan Ogden)表示:“石油公司在这方面处于非常有利的地位。他们比任何人都知道如何大规模制造氢,毕竟在炼油过程中他们已经使用了大量的氢。”

当然,企业也在探索其他途径。

法国液化空气公司(Air Liquide)正在拉斯维加斯郊外建设一个耗资1.5亿美元的工厂,该工厂将把分解后的有机废物产生的沼气转化为氢,并计划在加州出售。这家工厂将于明年年底开始运营。法国液化空气公司(Air Liquide)正在尼亚加拉瀑布(Niagara Falls)的加拿大一侧建造另一座工厂,为东北地区供应能源。

美国液化空气控股公司(American Air Liquide Holdings)董事长兼首席执行官迈克尔•格拉夫(Michael Graff)表示:“我们将氢视为未来的能源载体。”

得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)机械工程教授、法国能源公司Engie的首席科技官迈克尔韦伯(Michael Webber)说,氢燃料业务可能还处于起步阶段,但人们对它的兴趣非常浓厚,而且还在不断增长。

韦伯说:“氢燃料的客户已经有了,他们只是在等待氢的大规模应用条件。”

译者:Jane


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