欢迎进入氢能时代

负责任的化学对应对气候危机至关重要。

基础化学解决关乎人类生存的能源问题

化石燃料促成了人类发展里程中的诸多巨大跃进,使得我们不断创新和繁荣。尽管这类能源为我们带来过丰功伟绩,但我们正逐渐偏向于寻找更加可持续的方法来推动人类进步。可再生能源正在取代化石燃料造福人类,鉴于科慕秉承负责任的化学宗旨,该公司正处在推出全新能源经济的风口浪尖上。

历史性变革

可再生能源在能源组合中所占比例正日益增长,而新冠病毒疫情的爆发在一定程度上加速了这一转变。

疫情对我们的生活、工作和娱乐方式造成的改变正在帮助减少排放1。运输行业的燃料消耗量相比以前有大幅下降2,而且随着全新工作和生活方式趋于稳定,未来几年这一趋势可能会持续存在。  例如,居家办公很可能会长期存在。

运输行业并不是唯一受到影响的行业。整个能源行业都受到了冲击3,包括可再生能源基础设施和创新方面的投资。但清洁能源在各方面都优于传统能源,更适合作为未来的首选能源4。据估计,2020 年 90% 的新能源发电量将来自可再生能源5。社会压力和简单经济学两个原因使得可再生能源更具吸引力,尤其是在当下这个灵活性和成本至关重要的时期。

但太阳能和风能足够满足人类的需求吗?

进入氢能经济时代

如果我们要大幅减排,就必须实现电力生产的“脱碳”,而氢能经济就是实现这一目标的途径之一。通过利用可再生能源来制造氢能,我们可以打造无排放的能源系统。这样一来,我们可以克服可再生能源的唯一缺点,迎来世界能源经济的下一个常态。

太阳能和风能等可再生能源具有间歇性。风吹日晒时,它们能产生电力,并依靠 Teflon™ 涂层和 Krytox™ 高性能润滑剂等先进的含氟聚合物来保持顺畅运行。然而,太阳被遮盖或风力减弱时,会发生什么呢? 阳光明媚、风力充足的日子里,您可以储存更多的电力,如何储存呢? 氢能的作用就体现在这里。

能源的基础化学

鉴于 Nafion™ 质子交换膜和分散液等离子交换材料的卓越化学特性,我们可以将太阳能和风能瞬间转化为清洁的氢能。Nafion™ 膜使我们能够将可再生资源产生的过剩电力应用于水,将其电解成两种物质:氢气和氧气。产生的氢气是一种近乎完美的燃料。燃烧氢气将产生优质热能,唯一排放物是干净的水蒸气。

能源密集型的工业工艺可以将氢气作为难减排环节的原料,如炼钢和合成氨生产,目前这些环节主要靠煤炭提供动力6。实际上,氢能最终可以为所有制造业提供动力,并可以取代焦炭用于还原铁矿石。

制造业很少进入公众的视野,但氢能一次备受瞩目的应用已经走上正轨,这将使氢能成为家喻户晓的能源。实际上,大多数人想到氢能时,很可能想到的是氢燃料电池驱动的汽车、巴士和卡车。但这种氢能需要优质的膜才能高效可靠地发挥作用,而 Nafion™ 膜和分散液是保证车辆顺畅行驶的理想选择。

此外,氢能还易于获取。氢能的优点在于,对于某些应用场合,我们可以利用现有的天然气基础设施。将氢气注入供气网意味着只需少许改造,就能将其应用于家庭、楼宇和工业采暖。

最大力量

向氢能经济转型看似是一项艰巨的任务,但技术已经到位。Nafion™ 等基本膜的强度和性能范围能够承受公用事业规模的工厂严苛条件,也能满足汽车、卡车和巴士的日常使用需求。

真正的难题在于实现量产。随着利用可再生资源和水电解法制氢的大规模应用,氢气的生产成本将大幅下降。加上价值链各环节以及政策制定方面对氢能开发的协调支持,制氢成本将进一步降低,这已成为风能和太阳能制氢领域的现状。

不过,我们已经看到了行动。例如,欧盟已推出区域性项目,力求借助可再生能源产生的氢能替代化石燃料。通过向氢能经济转型,欧盟希望到 2030 年将碳排放降低 45%,到 2050 年实现净零排放目标7

此外,欧盟还希望到 2040 年,将燃料电池动力汽车的数量从 100 万辆增加到 1,700 万辆,从而大幅降低碳排放8。毕竟,运输行业占据了二氧化碳排放总量的三分之一9

美国新政府似乎迫切想要跟随欧盟的脚步,投资于使经济“脱碳”。美国计划在未来四年内投资 2 万亿美元用于太阳能和风能发电,目标是到 2035 年使美国电力行业实现无碳,到 2050 年实现净零排放10

随着可再生能源电力的增加,会有更多的过剩能源可用于制氢,从而推动成本下降,进一步提高可再生能源的竞争力。很快,那句老话就要换个说法了。我们不再需要趁热打铁了;我们将需要趁热制氢。

[1] https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201014082806.htm

[2] https://www.nature.com/articles/s41467-020-18922-7

[3] https://www.nature.com/articles/s41467-020-18922-7

[4] https://www.weforum.org/agenda/2020/06/coronavirus-covid19-fossil-fuels-energy-demand-change-climate

[5] https://www.theguardian.com/environment/2020/nov/10/renewable-energy-covid-19-record-growth-2020

[6] https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/Hydrogen%20Roadmap%20Europe_Report.pdf

[7] https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/Hydrogen%20Roadmap%20Europe_Report.pdf

[8] https://www.renewableenergymagazine.com/miscellaneous/europe-goes-allin-on-hydrogen-for-the-20200928

[9] https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/Hydrogen%20Roadmap%20Europe_Report.pdf

[10] https://www.ft.com/content/84197f76-3d34-400c-8915-2f511fa43a99

[11] https://www.hydrocarbonprocessing.com/news/2020/09/fossil-fuel-demand-to-take-historic-knock-amid-covid-19-scars