俄乌战争刺激油价狂飙，引发新一轮能源危机。但国际能源署（IEA）却认为，当前危机也带来能源转型的机遇：在能源安全与经济因素的考量下，全球各国可能会加快摆脱石油的过度进程。除笔者上期提及的潮汐能外，氢能（Hydrogen Energy）也被视为可替代石化能源的明日之星，尤其在空运、钢铁等“难以减碳”的产业，具有极大的应用潜力。高盛更预估，氢能发电有机会发展成为每年价值逾1兆美元的新兴市场。

4类氢能：灰、蓝、绿、青绿

   能源转型，意指用绿色能源来取代化石燃料的使用。可是，对长程空海运输、钢铁、化工等产业而言，单靠太阳能或风能未必可以有效支撑正常运转；氢能的出现，就为这些产业提供另一个绿能选择。

   氢的导热系数比大部分气体都要高，拥有低沸点、易燃烧的特性，不但能量比汽柴油和天然气高，而且来源广而不受地域限制。因应氢气制造过程的差异，氢能可分为４个类别：灰色氢能（Gray Hydrogen）、蓝色氢能（Blue Hydrogen）、绿色氢能（Green Hydrogen）、以及青绿色氢能（Turquoise Hydrogen）。

   透过燃烧化石燃料（煤炭或甲烷），进行蒸气重整（Steam Reforming）或气化（Gasification）所产生的的氢能，被称为“灰色氢能”，其生产成本最便宜，但过程中仍会产生大量二氧化碳，因此不算是理想的绿能方案。

   如把“灰色氢能”生产过程中产生的碳排放，以碳封存（Carbon Capture and Storage）技术回收，就会升格为“蓝色氢能”。目前全球四分之三的氢能都以这种方式生产，惟即使在最理想的情况下，只有85％至95%的碳排放量可以被成功回收，所以这不算是完全洁净的能源。

绿氢被视作净零碳排关键技术

   透过太阳能或风力发电，用电解方式把水还原成氢与氧，过程中产生的能量唤作“绿色氢能”，被视为真正零碳排的绿色能源。至于“青绿色氢能”，则是结合天然气与甲烷来实现热裂解技术（Pyrolysis），藉此产生氢能，惟迄今技术尚未成熟。

   国际再生能源机构（IRENA）的资料显示，全球氢能生产仍是以灰色氢能为主，占比高达95%，绿色氢能仅占5%。但IRENA认为，绿氢才是2050年达成净零碳排的关键技术。目前绿氢的技术尚在发展阶段，未有任何一个国家有能力达到量产的阶段。

在4类氢能中，IRENA认为，“绿色氢能”才是2050年达成净零碳排的关键技术。（图片来源：国际再生能源机构）

   尽管如此，不少国家已开始投入大量资金进行绿色氢能研究。根据IEA发表的《2021年全球氢能评估报告》，全球已有17国对氢能发展提出完整策略，到2030年全球相关投资可望达1.2兆美元（约9.36兆港元）。根据世界能源理事会（WEC）的资料，大部分国家计划将绿色氢能应用在运输（长程飞行、航运）、工业（钢铁、化工等）、以及能源（储能）等领域。

   欧盟执委会于2020年7月制定“绿色氢能发展策略”，目标是2024年可以生产6GW（吉瓦，即100万千瓦）的绿色氢能，到2030年提高至40GW，预计届时绿色氢能可以被大量引进到“难以减碳”（Hard-To-Decarbonize）的产业，如钢铁、化工、航运等。

氢能车与的士车队陆续上路

   继欧盟之后，法国于2021年9月发表国家氢能计划，在2030年前投资72亿欧元（约620亿港元）推动氢能发展；同时，法国企业亦开始进军氢能领域。全球第2大工业气体制造商法国液空集团（Air Liquide）于2021年3月宣布，在2035年前要投入80亿欧元（约690亿港元）部署低碳氢能供应链，目标是到2035年集团总碳排放量要降低33%，及至2050年达到碳中和。

   为求大幅减排，液空集团将会逐步改变氢气的生产模式：从分解甲醇产生的“灰氢”，转换为绿能发电，再以水电解方式生产的“绿氢”。该集团现正积极兴建水电解制氢厂，之后只要买到足够的绿电，即可大量生产绿氢。

液空集团旗下的水电解制氢厂，可以供应超高纯度绿色氢气给半导体厂商，满足极紫外光微影技术（EUV）对超高纯度氢气的需求。（图片来源：Air Liquide官网）

   除单打独斗外，液空集团又跟外国企业联手推动氢能事业。2018年，该集团与韩国现代汽车合作生产氢燃料电池车Nexo，两年后在全球氢能车市占率接近7成。2020年，该集团与丰田汽车的合资公司HysetCo在巴黎建立氢能的士车队，初期规模有600辆，预计到2024年将扩增至10,000辆。

Hyundai NEXO 氢能车搭载最高出力163PS、最大扭力395Nm的电动马达，极速为179km/h；车内马达是由氢燃料电池所驱动，只要加入氢气便能够充饱电池。（图片来源：Hyundai官网）

法国氢能列车替换柴油火车

   2021年，液空集团与韩国仁川机场合作，在机场内建设2个高容量的加氢站；2022年2月，该集团又跟仁川机场、大韩航空、以及空中巴士签订备忘录，合作研究如何在仁川机场建立氢燃料基础架构，为第一代氢动力飞机做准备。

液空集团将与空中巴士、大韩航空和仁川机场携手建构一份蓝图，研究如何在仁川机场使用氢燃料，又会建立各种情境，支援氢燃料生态的部署，并连结至韩国其他机场。（图片来源：Air Liquide官网）

   另一家法国企业阿尔斯通（Alstom）则聚焦于研制氢能列车。该公司于2018年在德国测试全球首辆氢能列车，现已进入量产阶段，迄今已接获41个订单。2021年，法国国家铁路公司（SNCF）向阿尔斯通订购12列氢能列车，将会派驻东南部的奥弗涅-罗纳-阿尔卑斯、中部的勃艮第-弗朗什-孔泰、大东部地区、以及南部的奥西塔尼，预计于2023年底进行首次轨道测试，目标是2025年投入服务。

   氢能列车是透过安装在车顶的氢燃料电池，将氢气与空气中的氧气混合在一起，产生驱动列车的所需电能，运作过程中只会排放水蒸气。阿尔斯通在德国试行的车型属单能源模式，只靠氢能运行；在法国的车型则是双能源模式，既可由氢能驱动，又可在电力牵引下运行，在非电气化路轨上的续航里程能达到600公里。法国当下有1,200列柴油火车，政府预计用这种氢电列车陆续替换。

阿尔斯通的氢能列车是全球首款用氢燃料电池驱动的列车，行驶时零碳排，只排放水蒸气，噪音也减少许多。惟美中不足的是，它仍使用由化石燃料制造的灰色氢能，而非再生能源产生的绿色氢能。（图片来源：Alstom官网）

钢铁业转用氢还原冶炼金属

   在全球工业领域中，钢铁业的碳排放量最高，占比达到3成左右。炼钢时要把铁矿石放入高炉或电炉中，在高温下用碳将铁氧化物还原，以提取金属进行冶炼，过程中无可避免地会产生大量二氧化碳。为降低碳排放，有业者提出采用氢还原法来取代碳还原法，因为使用氢气，过程中会排放的只有水，同时氢气也可以为电炉提供电力，变成一站式的“绿氢炼钢”。

钢铁炼制过程中，高炉中的焦炭还原剂可以用氢取代，运作期间只会排放水，不会有任何释出有害污染物。（图片来源：Steel.org）

   但问题是，现时氢供应量有限，不能满足钢铁业的需求。例如日本每年从铁矿石生产的粗钢大概7,500万吨，假如全面使用氢还原法来冶炼，就需要700万吨氢气，惟2017年日本以能源方式流通的氢气量仅有200吨而已。此外，目前氢气价格仍然偏高，起码要降价一成，才符合成本效益。

   面对降低碳排放的压力，日本制铁、宝武集团、阿赛洛米塔尔（Arcelor Mittal）等钢铁业大厂，现正争相开发氢还原技术，惟研发本身已相当烧钱。日本制铁评估，氢制铁技术要实现商业化，所需的研发费用可能高达4兆至5兆日圆（约26亿至33亿港元）。

氢电池满足长时间后备供电

   氢气广泛存在于水中，看似唾手可得，但却不像天然气、太阳能等一次能源可以直接开采，必须经过转换始能使用，而在转换过程中就会有能量耗损，故此用氢发电并不划算。可是，把氢气用在后备供电却无可厚非，因为一旦遇上断电，就算再贵都要使用。现时以甲醇水产氢发电，每度电成本约5.5港元，跟柴油发电相若。

氢能储能系统已开始走入平常百姓家。澳洲初创Lavo推出的家用氢能储能系统，能够储存屋顶太阳能板产生的盛余电力，以电解水制氢方式产生氢能与氧气。（图片来源：Lavo官网）

   近年，气候异常情况时有发生，迫使全球政府与企业积极面对防灾、加强韧性的问题。2011年311大地震后，日本政府开始意识为通讯设备提供长时间后备电力的重要性；2019年，日本遭遇两次台风侵袭，引致大规模停电，令部分地区断绝通讯，终于让政府下定决心改革。

   日本总务省拟修改通讯设备后备电力的制度，涵盖范围扩展至地方政府的通讯设备，要求后备电源至少要支撑24小时；偏远山区或离岛的政府机关，更要达到72小时或以上，而氢燃料电池正可满足这种长时间后备供电的需求。目前横滨水道局无线设备、京急电铁无线设备的后备供电，都是来自氢能储能系统。

氢能普及关键在于成本问题

   全球对氢能的需求，主要是由再生能源制造的绿氢。最理想的做法是，当再生能源全面普及后，把盛余电力用作水电解产氢。欧盟正是看到风能、太阳能的成本已开始下降，所以在2021年夏季决定扩大氢能部署。

   现时全球差不多有400项绿氢计划正在进行，预计到2030年氢能年产量可达到800万公吨，但依然远远低于减碳目标的8,000万公吨。高盛（Goldman Sachs）于2022年2月发表的报告指出，目前氢能发电的市场规模约为1,250亿美元（约9,750亿港元），到2050年总潜在市场可望攀升到1兆美元（约7.8兆港元）以上。

   氢能产业能否成长至如此规模，关键在于成本问题：当下氢气的运输与储存成本均太高，不能降低成本的话，氢能就无法普及。惟业界对此持乐观态度，认为几年前锂电池成本还是居高不下，大部分人都觉得电动车难以普及起来，但随着电池技术不断改进，生产成本也随之下滑，现在电动车已变得愈来愈便宜，逐步迈向市场主流的位置。由是观之，氢能普及可能没有想象中那么遥远喔！

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