藍綠氫有望成為能源轉型的終極武器嗎？

藍綠氫以甲烷為原材料。甲烷輸送至無氧反應器加熱到2000攝氏度的高溫，發生裂解，變成氫氣和炭黑，全程不產生二氧化碳。

相比之下，占全球氫產量95%的灰氫，其生產過程碳排放量為9.89 kg CO2e/kg，比藍綠氫高了將近十倍！

藍綠氫的碳排放與綠氫（0.03-0.37 kg CO2e/kg）相當，但生產的耗電量比綠氫低三倍，未來隨著工藝的進步，甚至能實現低七倍。

若完全以廚余垃圾產生的生物沼氣作為藍綠氫原料，碳足跡可以降至-5.22 kg CO2e/kg！若采用生物沼氣+石油甲烷作為原料，只要生物沼氣占比達到十分之一，生產過程就能實現零排放。

綠氫、灰氫、藍氫、粉氫…氫氣的顏色越來越多，每種顏色代表著一種不同的制備方式。如今，一種新顏色即將加入它們的行列——藍綠氫。藍綠氫產業在美國較為發達，其工藝以甲烷為原材料（類似蒸汽甲烷重整制灰氫），但區別在于甲烷是被輸送到無氧反應器里，加熱到1000-2000攝氏度的高溫，發生裂解，變成氫氣和炭黑。這一反應的優點是不產生具有溫室效應的二氧化碳，雖然要耗電，但耗電量比水解產綠氫低三倍，未來隨著工藝的進步，甚至能實現低七倍 。

藍綠氫有望成為能源轉型的終極武器嗎？為回答這一問題，一個由多國專家組成的團隊開展了全球首項藍綠氫生命周期評估。生命周期評估，一般用于計算產品從生產到報廢的總碳排放。本次評估以美國氫氣制造商Monolith Materials位于內布拉斯加州的工廠為研究對象。該廠由風力發電站供能，將電能轉化為電弧等離子體，加熱甲烷。評估結果于2022年7月發表于《國際氫能源期刊》（International Journal of Hydrogen Energy），本期我們邀請到了論文作者之一Laurent Fulcheri介紹藍綠氫的種種優勢。

生命周期評估算出來的藍綠氫碳足跡有多大？

在研究開始之前，人們就對藍綠氫的碳排放有著種種猜想，我們的項目第一次將其量化：生產1kg的藍綠氫，碳排放當量為0.91kg。相比之下，占全球總氫產量96%的灰氫，碳排放當量高達9.89 kg CO2e/kg，高出了十倍 [3]！我們的課題主要優勢在于研究對象是全球首家工業化生產藍綠氫的產線，所以結果具有較高的實際代表性。

圖片來源：PI France

我們計算時，將全過程所有碳排放都包括在內，不僅考慮了電能的碳排放，還包含了碳氫化合物排放折算成的碳排放。事實上，藍綠氫絕大部分的碳足跡來源于氣體開采和輸送等供應鏈環節中發生的泄漏。現在生產藍綠氫的排放基本上與綠氫（0.03-0.37 kg CO2e/kg）持平，而且用電量還更少。

本次參與生命周期評估的Monolith工廠以甲烷為原材料。甲烷能否從垃圾或污水廠收集呢？

美國頁巖氣資源豐富，所以生產藍綠氫的原料肯定會首選頁巖氣。但歐洲情況不同，尤其是考慮到俄烏沖突，未來估計會傾向以生物沼氣作為原料。

我們通過模型測算，發現了一種能讓藍綠氫比綠氫更環保的生產工藝——若完全以廚余垃圾產生的生物沼氣作為原材料，碳足跡可以降至-5.22 kg CO2e/kg！這是因為糧食耕種期間就能通過光合作用捕捉二氧化碳，所以全程算下來的碳排放為負值，為固碳過程。由于生物沼氣產能有限，可以考慮與來自石油的甲烷混合生產藍綠氫。只要生物沼氣占比達到十分之一，生產過程就能實現零排放。

為什么藍綠氫對環境的負面影響如此低？

首先，制備藍綠氫的化學反應本身就不產生二氧化碳，僅這一點就優于蒸汽甲烷重整（灰氫）等其他工藝。此外，1kg的甲烷除了能生成250g的氫氣，還能生產750g的炭黑，后者可用于許多行業，降低它們的原料碳排放，從而使藍綠氫工藝更加綠色。

制備藍綠氫，還能減少炭黑行業的碳排放？

這是藍綠氫工藝的又一重大優勢。每年，全世界要生產1500萬噸的炭黑，碳排放量為2.6 kg CO2e/kg，然而，石油氣裂解制氫產生的副產物炭黑，其對應的碳排放量只有0.9 kg CO2e/kg。

值得注意的是，將當前生產灰氫的設備全套更換為甲烷裂解設備，需要的投資是天文數字級別的。Monolith工廠擴建完成后，將有12條產線，整個工程要斥資10億歐元。因此，高附加值的炭黑在項目初期非常關鍵，有利于項目回本。

藍綠氫的經濟可行性，有賴于副產物炭黑的價值？

副產物炭黑主要用于生產輪胎，也用于染料、油漆、電池等產品中，不僅有經濟效益，還有戰略意義。歐洲的炭黑主要由烏克蘭和俄羅斯供應，但俄烏沖突已導致炭黑短缺。

藍綠氫制備產炭黑，有沒有可能導致炭黑供過于求？

如果現在全球所有的氫氣都通過藍綠氫工藝生產，炭黑市場的確很快就會飽和，用不完的炭黑會堆積成山。所以，已經有專家在研究第二代、第三代裂解工藝，試圖解決這一問題。不過，炭黑還有很多有待開發的新用途，例如生產建材、改善土壤質量等。實在用不完，還可以考慮填埋，也不失為一種間接的碳貯存手段。不過，供過于求只有在藍綠氫達到超大規模量產時才會發生。

在能源轉型中，藍綠氫可以發揮什么作用？

中長期來看，如果藍綠氫能代替灰氫，能極大地減少用氫行業的碳排放（鋼材、農業、煉油都需要氫氣作為原料）。當前全球的氫產量每年為6000萬噸，其中96%來自甲烷重整，排放的二氧化碳占全球總量的2%。所以，我們首先應該著手降低制氫業的碳排放，再去考慮副產物炭黑的新用途！

藍綠氫對于氫產業的去碳化可做出重大貢獻。雖然水解制氫備受矚目，但耗能極高，無法實現盈利。而藍綠氫工藝已經成熟，商業模式可持續，可謂前景無量！