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摘 要：为了实现碳中和，日本目前正在考虑使用氢气作为发电的能源。为什么要用氢气来发电呢？本文简单介绍了氢能作为新能源备受关注的理由以及氢能发电的优势。
关键字：氢能、氢能发电、氢能应用、碳中和、温室气体净零排放
日本政府宣布了在2050年以前实现“碳中和”的目标，即实现二氧化碳（CO2）等温室气体的净零排放。
然而实现这一目标并非易事。日本资源能源厅的数据显示，日本温室气体排放量当中约九成是CO2，而这些CO2当中有四成是电力部门所排放的。
电力部门所排放的CO2当中，有一大半源自于火电厂。也就是说，要实现“碳中和”，就需要减少火力发电，改用其他CO2排放量少的发电形式。
替代发电方案包括太阳能发电和风力发电。两者都是可再生能源，因此发电时不产生CO2，但其问题在于发电量会受天气影响而减少。
氢能发电同样不会产生CO2，且发电量不受天气左右，这种双重特点使人们开始考虑氢能发电的应用。
相较于以往的发电形式，氢能发电有怎样的特征呢？根据日本经济产业省的资料，可总结出以下四大优势：
（1）属于可再生能源发电，可以通过煤炭、天然气等多种资源生产氢气，资源调配更为多样化。
（2）燃烧时不排放废气及CO2，只产生水，更为环保。
（3）可应用于燃料电池汽车、发电、钢铁等工业部门，应用领域广泛。
（4）日本的专利申请数量世界第一。
从碳中和的角度来讲，可以说最大优势就是第二点“不释放CO2”。
利用氢能发电有两种方式。一种方式是燃烧氢气，利用其产生的能量推动叶轮来发电；另一种方式则是“燃料电池”，让氢气（H2）与空气中的氧气（O2）发生化学反应来发电。
燃料电池在发电时只生成水（H2O)，不排放CO2，是更有利于碳中和的一种发电方式。
但是，氢能发电仍然存在困难，那就是生产成本过高。如前文所述，用氢能发电有利于CO2减排，但实际上氢能的储运成本非常高，很难实现应用。
根据日本经济产业省的资料，目前日本每1Nm3（标准立方米）氢气成本为170日元（约9元），目标是在2030年降至30日元（1.6元），未来再降低到20日元（1元）。
除了成本问题，还有一个矛盾的问题，那就是生产氢气的过程中会排放CO2。
生产氢气的一种方式是通过高温燃烧使煤或天然气气化，然后再提纯获得氢气。然而在这一过程中无可避免地会产生CO2（由此得到的氢气称为“灰氢”）。现在通过一些方法可以捕集、封存制氢过程中排放的CO2，或将其用于其他用途，从而最终减少CO2排放（由此得到的氢气称为“蓝氢”）。
还有一种方法可以在不排放CO2的情况下生产氢气，那就是采用可再生能源电力，通过电解水来制备氢气（由此得到的氢气称为“绿氢”）。福岛县浪江町已经启动了利用可再生能源制氢的大型项目。
虽然仍有一些问题存在，但利用氢能发电的技术已经逐渐应用到我们的生活当中，特别是在汽车领域的应用已十分深入。
例如丰田汽车公司发布的氢能源汽车“MIRAI”。MIRAI是一款“燃料电池汽车”（FCV，Fuel Cell Vehicle），它不使用任何汽油，而是将氧气（来自空气）和氢气导入燃料电池以产生电力，并以此驱动电机让车辆行驶。
MIRAI以氢气为燃料，用户可以在分布于日本全国各地的加氢站进行氢气加注。第一代MIRAI汽车于2014年上市，经过完全重新设计的第二代也于2020年发售。近期还可以看到MIRAI作为出租车的应用案例。
丰田汽车公司还生产了靠氢能发电驱动的燃料电池公交车“SORA”，该车型已经被引入多条公交线路。例如在东京，“JR竹芝 氢能穿梭巴士”限时段行驶于东京站-竹芝-日之出码头线路。
利用氢能的列车也已经登上舞台。JR东日本于3月开始试运行其新型列车“HYBARI”，该列车车顶装载了储氢瓶，通过瓶内氢气和空气中的氧气反应进行发电。同时，该列车还能将产生的电力存贮于蓄电池当中，实现了燃料电池和蓄电池的混合系统。HIBARI于2022年3月进行了试运行，并计划于2030年实现商业化应用。
氢能发电的应用场景还比较有限，但随着这项技术的逐步引入，碳中和也会逐步成为现实。如果有机会，不妨试着坐一坐燃料电池汽车或巴士，亲身感受一下氢能的潜力吧。
翻译：王京徽
审校：李 涵
统稿：李淑珊
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