氢能是一场押注万亿美元的豪赌
来源/ Bloomberg，作者：David Fickling
世界正处于可能成为其最重要的能源实验的节点上。
如果能够成功建立一个生产绿色氢气的新工业，我们就可能获得了防止毁灭性气候变化的最后一块拼图。如果最终失败了，我们可能在一个无价值的事情上花费了数千亿美元。
这就是为什么最近几个月欧洲、澳大利亚和智利宣布的一系列氢气项目让人既兴奋又担忧。仅欧盟就预计到2050年在绿色氢气上花费高达4700亿欧元。如果要让整个世界朝着同样的方向发展，所花费的费用至少是其两倍。
一个可行的绿色氢气产业可以为钢铁、水泥和化肥生产提供动力；为卡车、火车、船舶和飞机提供燃料；平衡基于风能和太阳能的电网，并在此过程中消除全球约四分之一的二氧化碳排放。
这样的前景将有助于实现经济领域的低碳化，而这是风能和太阳能无法达到的。它还将为零碳电力的需求提供一个强大的新来源，这种电力为电解器提供动力，将水分解成氧气和绿色氢气。
氢电解厂附近的风力涡轮机
不过，前途未卜。目前，这种电解氢的规模几乎还只是一个家庭手工作坊的水平。大多数电解器都是手工制造，世界上99%的工业氢气不是“绿色的”，而是“灰色的”，是用天然气或煤炭生产的，其碳排放水平依旧很高。最大的电解器生产商挪威的Nel ASA公司，每年能生产80兆瓦的电解器，规模不大。为了让世界走上零排放的道路，我们需要安装200万兆瓦或更多。
氢的“颜色”。氢的生产因原料和最终产品的不同而不同左：“灰氢”，化石燃料燃烧获得，产生副产物二氧化碳；中：“蓝氢”，化石燃料燃烧获得，可以捕获和储存大部分被释放出来的二氧化碳；右“绿氢”，电解水获得，副产物是氧气
在过去十年里，可再生能源和锂离子电池改变了能源行业的方式。在2005年左右，即使是像英国经济学家尼古拉斯•斯特恩（Nicholas Stern）这样的气候行动倡导者，也不认为风能和太阳能能在2030年代之前与化石燃料进行经济竞争。
事情的结果却截然不同。Lazard Ltd.指出，自2009年以来，美国无补贴的太阳能发电成本已经下降了90%，风能下降了70%。根据BloombergNEF的数据，电池价格在类似时期下滑了87%。煤炭已经在从电力领域撤退，许多世界上最大的独立石油公司认为石油需求已经达到或接近峰值。
如果绿色氢能实现可再生动力式的成本下降，从目前的每公斤3美元到8美元，它就很有机会与成本仅为1美元的灰氢竞争。如果部署失败或技术出现，世界将留下一批耗巨资建设的氢气生产厂遗址。此外，本可用于其他脱碳技术的数十亿资金将被浪费掉。
能源的平均水平成本：核能（Nuclear），煤（Coal），基本负载气体（Baseload Gas），太阳能（Solar），风能（Wind）。在过去的十年里，可再生能源已经成功地削弱了传统的发电能力
我们所面临的这两种未来中的哪一种将由“莱特定律”（Wright’s Law）决定，这是一个关于制造业的假设，可以追溯到飞机工业的早期。它指出，累计产量每增加一倍，技术成本就会以一个固定的百分比下降。
工厂更善于寻找效率；需求的增加推动了规模经济；更大的产量鼓励供应商以更便宜的价格生产原材料。(更著名的摩尔定律预言了计算能力成本的急剧下降，它可以被理解为莱特定律的一个特例)。
这个成本下降的百分比被称为“学习率”，似乎可以解释为什么新生的可再生能源技术可以如此迅速地变得便宜。根据BloombergNEF的数据，太阳能组件的学习率高达28.5%，这意味着安装量增加8倍，成本将降低近三分之二。价格的下降就会引发更多的需求，鼓励更多的太阳能安装，再次降低成本，形成良性循环。化石技术无法与这种优势竞争，因为它们最大的成本通常是燃料本身，而燃料的价格并没有出现长期的下降趋势。
学习率的不确定性决定了一项技术的成败，如果你假设一个更大的现有容量，增加容量所带来的成本下降将会更小，如果你假设一个更快的学习速度，成本下降的幅度会更大学习率的预估与电解器的成本有关，而不是图表中显示的氢的成本。绿色氢的价格实际上有很大的差异
绿色氢气是否会走上与太阳能、风能和电池相同的道路？我们有充分的理由这么认为。首先，绿色氢气厂近一半的成本将来自于为电解器提供电力的可再生发电机和电池，我们已经有很多关于那里学习率的数据。另一半大部分是电解器本身，彭博社NEF估计这些显示的改进幅度在18%到20%，与锂离子电池相当。
但也有潜在的问题。学习率假说现在被认可了，但就在15年前，人们对它的看法还比较怀疑。原材料的价格可能会使成本下降长期脱轨，正如我们在21世纪第一个10年里看到的那样，由于制造光伏硅片所需的多晶硅短缺，太阳能价格停滞了10年之久。钴的类似短缺也可能使锂离子电池的预期价格下降脱轨。PEM电解器是生产绿色氢气的最有前途的技术之一，目前的设计受铂族金属和Chemours公司生产的合成膜Nafion的价格影响很大。
更大的问题可能是，成本的下降高度依赖于对学习率和累积能力估计的准确性，而目前仍然缺乏可靠的数据来进行这种分析。
电解器的安装量估计从170兆瓦到20,000兆瓦不等。在前一种情况下，在未来十年内安装10万兆瓦的电解器会使容量翻10倍。按18%的学习率计算，这应该会降低近90%的成本，使电解器与任何基于化石燃料的替代品相比都具有竞争力。
在后一种情况下，我们只能看到两到三倍的增长，这是不可能够的。学习率本身也显示出很大的误差条。一项学习率为24%的技术，在电解器预估的上限，只需要将产能翻倍四五倍就可以将价格降低一半。如果学习率为12%，在下限，你需要将安装量增加50倍。
这种不确定性可能会促使结果大相径庭。如果现有产能较低，学习率较高，绿色氢气可能会像风能、太阳能和电池一样，给能源带来巨大的变革。如果现有产能较高，学习率较低，投资者可能会在该技术能够扩大规模之前就放弃该技术。
