初創企業尋求降低綠色氫能成本的方法 - 《華爾街日報》

企業正投入大量資金，試圖利用氫能幫助以化石燃料為基礎的經濟實現脱碳。

但首先，他們必須找到一種更廉價的生產氫氣的方法。

目前，氫氣主要用於化石燃料生產和製造氨（許多肥料的成分）。但它也被推廣為供暖或運輸的燃料，或工業過程的動力來源。

然而，氫能作為綠色能源的一個缺點是，世界上幾乎所有的氫氣都是通過温室氣體密集型工藝生產的：用蒸汽加熱天然氣，將其分解為氫氣和二氧化碳。這種氫氣被稱為灰氫，如果工廠有碳捕獲技術，有時也被稱為藍氫。

生產氫氣的主要低碳替代方案是綠氫，通過使用一種稱為電解槽的機器將可再生電力通過水，將其分解為氧氣和氫氣。這一過程通常依賴於風能或太陽能發電廠的私人接入，不會產生排放，但會消耗大量電力和水。

天氣如何？

儘管政府為降低低碳氫的生產成本提供了大量補貼，但一些專家懷疑，對於所有提出的低碳應用來説，它是否真的具有成本效益。電解槽受可再生電力成本及其可用時間的限制——換句話説，取決於天氣。

諮詢公司Gneiss Energy的清潔技術和可再生能源總監David Cunningham表示：“對氫氣成本影響最大的是利用率——電解槽的運行頻率——以及獲得廉價電力的機會。這正是可再生能源的不足之處。”

根據標普全球的數據，目前綠氫成本約為每公斤3至26美元。美國能源部表示需將成本降至每公斤1美元左右才能解鎖新的工業應用。要利用現有技術縮小這一差距，關鍵在於大幅降低可再生電力成本。

行業組織氫能委員會指出，在理想條件下（如可再生電力價格低至每兆瓦時13美元），到2030年電解槽制氫成本可能降至每公斤1.4美元。

儘管成本已有所下降，當前可再生電力價格仍遠高於該水平。研究機構彭博新能源財經數據顯示，2022年上半年新建公用事業規模太陽能和陸上風電設施的平均發電成本分別為每兆瓦時45美元和46美元。即便是最便宜的巴西風電場電力，成本也達每兆瓦時19美元。

成本挑戰為氫能在經濟中的廣泛應用蒙上陰影。“氫能市場潛藏巨大機遇，但不確定性仍然很高”，投行傑富瑞分析師在10月報告中寫道。

儘管如此，污染行業與各國政府仍押注氫能。傑富瑞預測本十年電解槽銷售額將突破1000億美元，各國政府也正大力投資該技術。

美國《降低通脹法案》針對新型制氫方法推出了税收激勵政策，根據其污染程度每公斤最高可補貼3美元。分析師表示，到2030年這項政策可能使美國綠氫成本低於灰氫。

但該產業能否自立，取決於資金洪流能在多大程度上降低成本。

更優電解槽

電解槽製造商正競相研發新設計。德國製造商Sunfire GmbH開發出利用工業流程餘熱、以蒸汽替代液態水的技術。該公司今年初完成約1.92億美元融資，隨後獲得亞馬遜公司"氣候承諾基金"的未公開投資，將助力其擴大生產規模。

澳大利亞卧龍崗電解槽初創企業Hysata剛租下8.6萬平方英尺廠房，預計2025年前實現商業化規模生產。

多家企業宣稱其效率較現有技術有顯著提升。當前電解槽通常能將約75%的電能轉化為氫能。

Hysata在《自然》期刊發表的論文中表示，其系統效率達95%，公司稱可比普通電解槽節電約20%。這意味着氫能生產商可減少可再生能源支出，從而壓縮成本。

更多顏色

一位Cemvita研究員正在對比含有石油代謝微生物的現場樣本，該公司利用這些微生物從舊油井中生產氫氣。圖片來源：Jeff Lautenberger/華爾街日報其他公司如Cemvita Factory Inc.正在繞過電解槽技術。

沿用能源行業用顏色編碼區分制氫方式的體系，這家總部位於休斯頓的企業將其產品稱為"黃金氫"，呼應最初使石油產區富饒的"黑金"。

油井停產並非因為資源枯竭，而是地下壓力衰減所致。Cemvita計劃接管廢棄油井，向地下岩層注入石油代謝微生物來開發殘留原油。該公司表示，這些微生物會將石油轉化為留存地下的碳，同時釋放的氫氣將上升至地表被收集。

經過實驗室多種微生物與營養組合測試後，Cemvita於9月宣佈在得克薩斯州一口舊油井成功完成試驗。這家正在研發其他多種低碳產品的公司，在風投資本支持下已將氫能業務分拆成立新公司Gold H2 LLC。

該公司表示，相比電解槽的高成本，培養微生物並將其注入油井幾乎不需要昂貴設備或電力，因此能以每公斤低於1美元的成本生產低碳氫。

Cemvita公司的首席商務官查爾斯·納爾遜表示，美國約有10萬口油井可以應用該公司的技術。

“我們並不需要費力尋找這些油井，“他説。

Cemvita公司使用專用容器將代謝石油的微生物菌種運至油田，將其注入老化油井中，在封存二氧化碳的同時釋放出可在地表收集的氫氣。圖片來源：Jeff Lautenberger/華爾街日報納爾遜先生表示，Cemvita正與油田所有者和工業氫氣採購商達成首批合作協議。公司不僅需要證明其微生物技術有效，還需確保產生的氫氣能夠輸送到需求地。由於氫氣密度遠低於天然氣，必須經過壓縮或液化才能通過現有油氣管道運輸。

“下一個挑戰是如何將氫氣輸送到市場，“納爾遜説，“這是種難以運輸的分子。”

綠松石氫能

黃金氫並非該領域唯一吸引投資者關注的創新技術。

今年夏天，總部位於內布拉斯加州林肯市的初創企業Monolith從TPG私募基金、貝萊德集團與新加坡主權財富基金合資公司等投資者處籌集逾3億美元，用於商業化一種名為甲烷熱解的制氫技術。

與傳統制氫工藝類似，氫熱解技術同樣以天然氣主要成分甲烷為原料。但不同於燃燒天然氣生成氫氣和二氧化碳的常規方法，該技術通過電力在反應堆中產生熱量，將甲烷轉化為可商用炭黑（用於輪胎填充劑等產品）和氫氣。Monolith公司發言人表示，其系統生產等量氫氣所需的電力僅為傳統電解槽的幾分之一。 

這種製得的氣體被廣泛稱為"綠松石氫”——這個不夠"綠"的名稱反映了其環境效益的不確定性。若使用可再生電力及從廢棄物分解中捕獲的甲烷生產，綠松石氫可實現零碳排放；但若原料為常規化石天然氣，則仍會產生一定温室氣體排放。

另一家甲烷熱解初創企業Molten Industries上月入選比爾·蓋茨"突破能源"基金（具有影響力的氣候科技投資機構）資助的超早期項目。該公司聯合創始人Kevin Bush設想，未來將從農業廢棄物中捕獲甲烷，通過油氣管道輸送到毗鄰氫能採購工廠的Molten制氫裝置——這些工廠將配備自有可再生能源系統。這位總部位於加州奧克蘭的創始人表示，即使電價超過每兆瓦時50美元，Molten最終仍能實現每公斤2美元以下的制氫成本。

但對於目前正招募首批工程師、在奧克蘭舊鋼廠建設試驗工廠的企業而言，這一願景尚需時日實現。

“電解槽技術已有數十年曆史，”布什先生表示。“對我們而言，這是一項新技術。我們必須驗證其運行穩定性。”

巴拉德先生是《華爾街日報》駐倫敦記者，同時擔任WSJ氣候與能源通訊編輯。聯繫方式：[email protected]。