对我们这些电力电子工程师来说，就像儒勒·凡尔纳笔下的场景一样，氢能是通过电解氢气和氧气获得的，然后通过燃料电池发电。然而，现实情况是，全球通过电解制氢的产量不足4%，超过94%的氢气来自化石资源，主要是煤炭和天然气，而生物质和其他来源的产量微乎其微，仅占2%。
全球70%的氢气是从天然气（特别是甲烷）中提取的。这种提取过程采用一种称为“蒸汽重整”的工艺，利用高温蒸汽（700°C - 1000°C）来制氢。如果不对二氧化碳进行捕集，蒸汽重整过程会造成大量的温室气体排放。据估计，全球氢气生产会向大气中排放约8.3亿吨二氧化碳。
这就是我们今天面临的困境，而“绿色氢：神话还是现实？”这一谜题也引发了激烈的争论。但情况正在发生变化，我们越来越接近儒勒·凡尔纳的设想。
氢气的细微差别：
为了便于理解不同的生产方法及其环境影响，氢气行业采用了颜色编码。实际上，常用的类别主要有四种：棕色、灰色、蓝色和绿色。有时也会出现子类别；例如，由核电站电解槽生产的氢气有时被称为“粉色”，但这更多的是一种非正式的区分。
棕色氢气：
棕色通常指通过煤气化从煤中提取的氢气。在此过程中，煤基原料被转化为一氧化碳、氢气和二氧化碳的混合物。煤气化是在极高的温度（>700°C）下进行的，无需燃烧，并使用控制量的氧气和/或水蒸气。一氧化碳随后与水反应，通过气水转化反应生成二氧化碳和更多的氢气。该过程产生的气体称为合成气。根据所用煤的类型，这种方法产生的氢气被称为棕色氢气（褐煤）或黑色氢气（烟煤）。然而，该过程污染严重，因为二氧化碳和一氧化碳都无法回收利用，会被排放到大气中。
灰氢：
目前，灰氢产量占全球氢气产量的绝大部分。全球超过70%的氢气产量属于灰氢。最常见的生产工艺是蒸汽甲烷重整（SMR）。在该工艺中，高压蒸汽与甲烷反应，生成氢气和温室气体二氧化碳（CO2）。该工艺每生产1公斤氢气会产生约9.3公斤二氧化碳，虽然低于褐氢，但排放到大气中仍然相当可观。
蓝氢：
当采用上述方法产生的二氧化碳通过工业碳捕获与封存（ICS）技术捕获并储存在地下时，虽然其生产过程比传统方法成本更高、效率更低，但对环境的危害较小。蓝氢被认为是向绿色氢能转型的重要一步，绝大多数新建生产装置都受到严格的环境影响控制。然而，尽管与棕色氢和灰色氢相比有了显著改进，但仍有10%到20%的二氧化碳无法捕获并被排放。
绿色氢能：
在全球范围内，利用电解水制氢的比例非常小，不足4%，但它是最为人熟知的制氢技术，有些人可能在中学化学课上就学过。利用电力，电解水分子（H₂O）分解成氢气和氧气。绿色氢能的电力则来自可再生能源（不足1%）。电解槽是这一过程的核心设备，几十年来一直被广泛应用，平均效率高达73%（相比之下，蒸汽重整制氢的效率为65%）。就能源供应而言，提高能源效率对于降低能源消耗和成本至关重要。全球范围内的密集研究旨在实现95%的转化效率，而我们距离这一目标也已不远。
欧洲氢能现状。
我们都了解气候挑战以及2015年12月12日在巴黎举行的第21届联合国气候变化大会（COP21）上由196个缔约方通过的《巴黎协定》。该协定于2016年11月4日正式生效。《巴黎协定》的愿景是充分利用技术发展和技术转让，以增强应对气候变化的能力并减少温室气体排放。
为了应对气候变化带来的挑战，欧盟委员会于2019年12月宣布了所谓的“欧洲绿色协议”，旨在将欧盟转型为一个公平繁荣的社会，拥有现代化、资源高效且具有竞争力的经济体，并在2050年实现温室气体净零排放（图01）。“欧洲绿色协议”在应对新冠疫情方面也发挥了至关重要的作用。欧盟“下一代欧盟”（NextGenerationEU）复苏计划和欧盟七年预算中1.8万亿欧元投资的三分之一将用于资助“欧洲绿色协议”。
为实现这一目标，已启动多项活动，其中一项便是制定和实施欧洲氢能战略。该战略于2020年7月发布，阐述了欧盟如何逐步将清洁氢能打造为各行业脱碳的可行解决方案，目标是到2024年在欧盟境内安装至少6吉瓦的可再生氢电解槽，到2030年达到40吉瓦。
公共机构、产业界、民间社会和研究界之间的全面协调对于支持该战略至关重要。目前已建立多个合作伙伴关系，以促进协同效应和战略实施。
欧盟清洁氢能联盟：
作为欧洲新产业战略的一部分，欧洲清洁氢能联盟（ECH2A）于2020年7月在“气候中和欧洲氢能战略”框架下成立。该联盟
致力于在欧洲开发和部署氢能，使其成为一种可行且具有竞争力的能源载体。联盟通过构建覆盖欧盟的完整且易于获取的氢能价值链，支持“气候中和欧洲氢能战略”的实施。为此，联盟将采取多种措施，包括制定投资计划和建立项目池，以及调动资源和采取行动，安装可再生氢电解槽，以实现上述6吉瓦和40吉瓦的目标。
2021年4月，欧盟委员会向欧洲清洁氢能联盟的1000多个成员发出邀请，请他们提交可再生和低碳氢能技术及解决方案的项目。第二届欧洲氢能论坛于2021年6月举行，共登记了1052个项目，其中997个符合资格标准。这一数字体现了欧洲工业界致力于加速欧洲氢能发展的坚定决心。
欧盟燃料电池和氢能联合计划。
鉴于开发高效电解槽的重要性，欧盟委员会于2003年促成了欧洲氢能和燃料电池技术平台的成立。该平台旨在连接公共和私人研究，并制定相关举措，以加速高效燃料电池和氢能技术的发展。
在此基础上，欧盟理事会于2008年5月成立了燃料电池和氢能联合计划（FCH联合计划），以助力第七框架计划的实施，尤其是在“能源合作”、“纳米科学、纳米技术、材料和新型生产技术”、“环境（包括气候变化）”和“交通运输（包括航空）”等具体计划主题方面。
在众多项目和举措中，由Clean Sky 2和Fuel Cells & Hydrogen 2联合体委托开展的一项研究尤为引人注目，该研究重点关注氢能在航空领域的潜在应用。氢能在航空领域的应用需要重大的技术创新和新的基础设施，但这被认为是航空业减少二氧化碳排放的一大进步。飞机制造商空中客车公司参与了这项研究，值得注意的是，该公司雄心勃勃地计划在2035年前开发出世界上第一架零排放商用飞机（图02）。
从小规模到大规模，氢能正在稳步发展。
一步一个脚印，绿色氢能正逐步成为现实，电解槽的装机量也在快速增长。当然，要列举所有项目并不现实，但值得一提的是，以下几个例子足以说明目前的状况。
瑞典——马里耶斯塔德电力村
位于瑞典南部韦纳恩湖畔的马里耶斯塔德市政府提出了一个基于可再生能源和氢能的可持续能源生态系统构想。最初的项目包括一个大型太阳能电池板阵列，为电解槽供电，电解槽产生氢气，供汽车和商用车辆使用。该加氢站探索了这项技术的广泛应用前景，还可以利用储存的氢气为燃料电池供电发电。电解槽分解过程中产生的氧气将被收集并储存，用于医疗、工业或农业用途。这个独立的加氢站是一个很好的范例，展示了该技术如何大规模部署，甚至可以为其他车辆（例如通勤列车）生产氢气（图 03）。
德国韦瑟林：欧盟最大的PEM电解槽。
在欧洲REFHYNE联盟的框架下，并借助欧盟燃料电池和氢能联合计划（FCH联合计划）的资金支持，欧洲最大的聚合物电解质膜（PEM）水电解槽已在壳牌位于科隆附近莱茵兰的能源化工园区投入运行。莱茵兰电解槽将利用可再生电力，每年生产高达1300吨的绿色氢气，并计划将电解槽的产能从10兆瓦扩大到100兆瓦（图4）。
这两个例子反映了欧洲氢能计划的规模，尤其考虑到项目数量众多，这表明欧洲在能源转型和工业脱碳方面处于领先地位。.
总之，
经过数十年的关注，我们终于进入了氢能发展的新时代。欧洲早在20多年前就开始致力于氢能发展，而“绿色协议”更是推动了相关研究、合作和部署。毫无疑问，欧洲在实现2050年目标方面取得了长足进步，其他国家也在加速推进各自的氢能战略。在美国，在乔·拜登的领导下，氢能发展正在蓬勃发展。正如美国能源部宣布的那样，一项5250万美元的拨款将资助31个项目，以推进下一代清洁氢能技术的发展，并支持能源部近期宣布的“氢能地球计划”（Hydrogen Energy Earthshot），该计划旨在降低成本并加速清洁氢能领域的发展。这些都清晰地表明，氢能是美国能源转型战略的关键组成部分。
氢不再是神话，也不再是儒勒·凡尔纳的设想：“水终有一天会被用作燃料，构成水的氢和氧，无论单独使用还是一起使用，都将提供取之不尽的热能和光能，其强度是煤炭无法企及的”，这将成为现实。.
参考资料：
Powerbox (PRBX)：
https://www.prbx.com/
欧盟绿色协议：
https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en
欧盟氢能：
https://ec.europa.eu/energy/topics/energy-system-integration/hydrogen_en
欧盟清洁氢能联盟
https://www.ech2a.eu/
欧盟燃料电池和氢能联合计划
https://www.fch.europa.eu/
Mariestad ElectriVillage（Youtube 视频）
https://youtu.be/ryfOEIqQTco?list=PLT-QkyUkOkuuT_PZU-QBx40juY6jmWva1
空客零排放
https://www.airbus.com/innovation/zero-emission/hydrogen/zeroe.html
德国 – 韦瑟林 REFHYNE PEM 电解槽工厂
https://www.shell.com/energy-and-innovation/new-energies/hydrogen.html
关于 Powerbox：Powerbox
成立于 1974 年，总部位于瑞典，业务遍及四大洲 15 个国家，为全球客户提供服务。公司专注于四大主要市场——工业、医疗、交通/铁路和国防——并针对这些市场设计和销售适用于严苛应用的高端电源转换系统。Powerbox 的使命是利用自身专业知识，满足客户的所有能源需求，从而提升客户的竞争力。从产品先进组件的设计到提供高水平的客户服务，公司业务的方方面面都围绕着这一目标展开。Powerbox 以其降低能耗的技术创新以及在最大限度减少环境影响的同时管理产品全生命周期的能力而闻名。Powerbox 是 Cosel 集团旗下公司。
作者简介：
Patrick Le Fèvre，Powerbox市场营销与传播总监，是一位经验丰富、资质卓越的工程师，在电力电子领域拥有35年的成功经验。他一直致力于将数字能源等新技术商业化，并积极推动节能技术创新。Le Fèvre曾在世界领先的国际电力电子会议上发表过多篇白皮书和文章，这些内容已被全球媒体转载350余次。此外，他还积极参与各类环保论坛，分享其在清洁能源领域的专业知识和经验。
Patrick Le Fèvre，
Powerbox市场营销与传播总监
