我在五年之前，寫了《永遠的未來技術》一文，討論兩種被廣汎吹捧的新能源，也就是核聚變和氫經(jīng)濟。當時我下的結論，是核聚變發(fā)電和氫動力汽車，都是不切實際的妄想，要在本世紀有經(jīng)濟性地普遍部署是“不可能的”（在我的詞匯里指低于0.01%的成功機率；不過中國現(xiàn)在所專注的Tokamak設計，其實成功可能性只有10^-10，德國的Stellarator才對應著10^-5）。五年后復盤，當年為Toyota Mirai鼓噪造勢的人早已噤聲；核聚變雖然仍舊吃香，但這是因爲它每一代實驗的周期長達30年（例如ITER計劃始于2007年，到2020年預計全規(guī)模實驗開始的時間已經(jīng)被延到2035年），要等待真相大白于世，只怕我們這一輩人早都死光了。這正是Goebbels所說的，謊言越大越難揭發(fā)。反過來考慮，核聚變至少還建立在真正的科學理論基礎之上，投進去的錢也主要留在國內(nèi)，所以遠遠沒有大對撞機那么離譜，我個人力量有限，還是專注在揭發(fā)后者這個真正誤國誤民的大忽悠上吧。

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最近幾周，又有了新一批鼓吹氫經(jīng)濟的科普文章在表面上無關聯(lián)的西方媒體相繼刊出（例如

https://earther./europe-has-a-130-billion-natural-gas-problem-1841448077 ，https:///Alternative-Energy/Fuel-Cells/Green-Hydrogen-Is-Right-Around-The-Corner.html# 和https://www./sites/patsapinsley/2020/02/11/its-time-to-talk-hydrogen/#196f8756470b ），這是有財團勢力在背后推動才會出現(xiàn)的現(xiàn)象，不過這次倒不是Toyota或其他汽車公司要推銷新型的氫動力汽車；事實上過去五年中，汽車工業(yè)界已經(jīng)放棄了氫動力和柴油，準備在2030年之前把應對環(huán)保壓力的重點轉移到電動汽車上。這一波氫經(jīng)濟公關要宣傳的，其實是我在《永遠的未來技術》的正文和留言討論中簡單提到的（例如這句話：“用氫來儲能，以備尖峰用電時發(fā)電，或許是可行的”），工業(yè)化集中處理氫氣，作爲電網(wǎng)儲能的一部分，所以它并不是無的放矢的吹噓。我預期在未來幾年，這方面的科普宣傳和投資計劃都會持續(xù)出臺，所以在這里先向讀者解釋清楚此事背后的科技、經(jīng)濟和商業(yè)考慮。

我們先回顧一下，氫能源在工業(yè)應用上的短處和困難。這其中最嚴重的，當然是我在《永遠的未來技術》里特別強調(diào)的安全性問題。氫氣非常容易爆炸，天然氣與之相比都溫和得不得了，要在城市里普建加氫站實在不是明智之舉；即使爲了政治或商業(yè)迷思而硬干，也必然會在幾年內(nèi)被現(xiàn)實打臉。事實上，當前世界只有極少數(shù)的消費者加氫站，但是已經(jīng)不斷發(fā)生嚴重的爆炸案；只看去年，就有六月在美國加州Santa Clara和挪威的Oslo一連爆了兩次，到了九月南韓的五個站中也爆了一個。這樣的出事機率是每年百分之幾的級別，而且還是在大公司不惜工本來直營的背景下發(fā)生的；如果加氫站如同美國的加油站一樣，隨便哪一個個體戶都可以開，那么其危險程度可想而知。

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氫的危險性太高，不適合直接面向消費者，所以只能考慮工業(yè)上由專業(yè)人員集中管理的可能應用。但是現(xiàn)代石化工業(yè)已經(jīng)有百年歷史，規(guī)模龐大、種類繁多，爲什么氫氣始終沒有取得一席之地呢？這是因爲氫本身還有好幾個特性，使得生產(chǎn)、儲存、運輸和使用都很困難。

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首先，在地球表面常見的分子之中，氫是除了氦之外尺寸最小的。工業(yè)上一般應用的金屬材料，包括碳鋼、不鏽鋼、鋁合金、鈦合金、鎳合金和鋯合金，晶格間隙都容許氫分子的滲透，很快就會造成機械性能的嚴重退化，這叫做“氫脆”“Hydrogen Embrittlement”。另一方面，氫氣管道的密封隔離也格外困難；再加上氫氣密度太低，儲存起來不是極高壓就是極低溫，使得如氫氧火箭發(fā)動機的設計與製造上就是麻煩不斷。在航天這種高價值特殊用途還可以勉強忍受（即使如此，甲烷燃料火箭仍然是新一代的研發(fā)熱點），在一般能源供應上，氫的儲存筒和運輸管道，規(guī)格和價位都遠超天然氣，也就沒有經(jīng)濟上的競爭力。

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其次，許多科普文章喜歡吹捧的PEM（Proton Exchange Membrane，質(zhì)子交換膜）燃料電池，其實非常地不實用。經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，雖然名義上有60%的效率，至今仍然無法可靠地將壽命延長到超過幾個月的連續(xù)使用（參見https://www./books/proton-exchange-membrane-fuel-cell/degradation-in-pem-fuel-cells-and-mitigation-strategies-using-system-design-and-control ）

，所以基本也沒有什么經(jīng)濟性可言。德國勉強把它用在212型潛艇上，但這又是因爲特殊軍事用途對高昂成本的承受力比民用工業(yè)高得多，潛艇的AIP系統(tǒng)也不須要365天24小時持續(xù)運作。

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第三，氫氣生產(chǎn)和使用過程的效率低得驚人。直接用水電解的話，陰極、陽極、電解液都很容易失效，以致于目前能工業(yè)化大量持續(xù)生產(chǎn)的最高能量效率只有25%！做爲對照，大型工業(yè)馬達在電能和動能之間的轉換效率已經(jīng)達到99%以上。所以現(xiàn)在石化工業(yè)遇到非得用上氫氣的化學反應時，反而是采用天然氣做原料，通過效率大約70%的Steam Reforming Process（蒸汽重整）來產(chǎn)製氫氣；這也就是人類目前要生產(chǎn)氫氣最具經(jīng)濟性的方法。接下來如果要長期儲存，壓縮氫氣會損失15%的能量，使用時減壓釋放再損失5%，這樣一來，就算未來有了技術突破，能解決PEM燃料電池的耐用性問題，從生產(chǎn)-儲存-釋放-發(fā)電的氫氣發(fā)電總效率也不會高于70%*85%*95%*60%=34%，這還不如小汽車上燒汽油的內(nèi)燃機，更別提直接燒天然氣的聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪（Combined Cycle Gas Turbine，CCGT）發(fā)電站早已經(jīng)有實用化的64%總效率。

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既然氫能源技術的缺陷如此明顯而嚴重，爲什么會有人想推動建立它的產(chǎn)業(yè)生態(tài)呢？這其實有其特殊的時代背景，倒不算是忽悠。我們先從臺面上的公開因素談起，也就是因應氣候變化而必須減少使用化石燃料來發(fā)電的全球共識。

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在2015年巴黎協(xié)約訂定有關削減碳排放的議程之中，歐盟的態(tài)度最爲積極，采用可再生能源來取代核電、煤電和天然氣電廠的計劃也最爲激進。然而如同我在《臺灣能源供應的未來》的正文和留言欄中解釋過的，風能和太陽能這兩種主要的可再生能源雖然在價格上已經(jīng)有競爭力，但是它們看天吃飯、時有時無的特性，卻代表著先天不可能獨力滿足所有的電力需求。晝夜之間的變化，還可以靠將大型電池組聯(lián)入電網(wǎng)來解決；冬夏之間的季節(jié)差異，就需要能量密度更高、長期儲存更方便可靠的技術。所以在最近幾年，各式各樣的腦洞大開，如大型升降機或山頂蓄水池等等，居然都能得到投資。但是這些儲存物理位能的辦法，實用性明顯地可疑，真正靠譜的還是化學能。

照理説，天然氣目前供過于求，價格很便宜，碳排放也顯著低于煤電。雖然甲烷泄露（Methane Emission Slippage）是個大問題，而且向來沒有精確可靠的統(tǒng)計或監(jiān)管（參見前文《統(tǒng)計與謊言》以及 https://www./section/energy-environment/interview/us-scientist-methane-leakage-reports-have-an-inherent-low-bias/  ） ，但是在2020年一月底，歐盟總算決定要動手彌補（參見 https://www./section/energy-environment/news/eu-working-on-plans-to-expose-climate-impact-of-natural-gas/1428789/  ）

，首先建立甲烷檢測體系，包括專職的監(jiān)視衛(wèi)星，十年之內(nèi)可能會杜絕大部分的隨意工業(yè)排放。再加上天然氣發(fā)電效率高、啓動快、基礎設施完備、技術成熟，實在是最佳的調(diào)峰和尖載（Load Following/Peaking Power）電力來源。

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但是歐洲白左文化盛行，不講究理性權衡折衷；在他們眼中，燒天然氣也會產(chǎn)生CO2，那么就只能是中短期內(nèi)的過渡辦法，到了2050年全電網(wǎng)都必須是100%的可再生能源。美國加州也在2018年提出以2045年為最后期限的計劃（模仿夏威夷的前例；但是加州比夏威夷要大得多了，執(zhí)行起來的現(xiàn)實問題也就更困難許多），MIT隨即發(fā)表論文（參見 https://www./s/611987/how-california-could-affordably-reach-100-percent-clean-electricity/ ）

指出硬要追求100%的可再生電力來源，會比以80%為目標貴上許多倍（“…costs begin to rise exponentially once the share of variable renewables crosses roughly the 80 percent threshold”）。這是因爲不但可再生能源的供應有很大的不可控波動，電力需求曲綫本身也有它自己的各種規(guī)律和隨機起伏，如果硬是要求可再生能源的低谷也要高過電力需求的高峰，那么就必須有數(shù)十倍于長期平均值的應急供應量。由于電池的能量密度很低、壽命又短，所以即使大規(guī)模應用在電網(wǎng)儲能上，仍然沒有經(jīng)濟上可接受的解決方案。

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不過MIT的論文假設了儲能技術不會有突破性的進展，于是很多人在這里看出商機。既然前面提到的儲存物理位能的辦法，明顯地不實用，自然有人開始檢視各種化學能儲存方案。最近冒出來好幾個直接用CO2合成甲烷的論文，也是這個背景下的產(chǎn)物，但這比物理位能還要不切實際；真正在乎經(jīng)濟性和實用性的大企業(yè)，最后還是覺得氫氣是目前已知最不壞的選項。

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他們會得到這個結論，有以下的一些考慮：

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1）電解得氫和燃料電池的耐用性和效率問題，相對來説還算是容易解決的?；?0-20年來做研發(fā)，把電解的效率提高到60%，燃料電池的壽命提升到3-5年，成功的機率在50%上下，遠高于學術界和創(chuàng)投界的那些狂想。

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2）MIT論文論證了這些尖載電力需求的頻率，發(fā)現(xiàn)以年度總發(fā)電量來計算，是很小的百分比（亦即x%，x<10），那么氫能源循環(huán)的效率雖低（假設60%*85%*95%*60%=29%），浪費的仍然只是百分之幾（x%*（100%/29%-1）=2.44*x%）；這比起只用電池，還是便宜了好幾倍。

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3）這些企業(yè)很多是化石燃料能源體系的既有玩家，而在所有的無碳能源選項中，氫最靠近他們的核心技術能力（Core Competence）；例如輸氣管道雖然必須改進材料，但與現(xiàn)有的天然氣基礎設施還是有許多類似之處。趕快把氫能源扶持上位，是他們在這場技術革命中維持營收和利潤水平的最佳途徑。

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瞭解了這些背景資訊，我們就能正確解讀最近的一些新發(fā)展。例如法國的Engie公司剛剛投資在Cappelle-la-Grande村，對100家用戶提供混入20%氫氣的天然氣，而這些氫氣來自特別安裝在當?shù)氐男⌒碗娊庋u氫設備。這樣的系統(tǒng)毫無經(jīng)濟效益可言，除了公關價值之外，其實是用來實驗既有天然氣管道所能承受混入氫氣百分比的極限（似乎是25%）。Engie的資產(chǎn)包括了法國的天然氣管道系統(tǒng)，所以這是他們關心的議題之一。

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至于不受白左思想控制的經(jīng)濟體系，其實可以直接忽略最新這一波歐美能源公司有關氫能源的公關推銷。用天然氣、核電和電池儲能來輔助風能和太陽能發(fā)電，是遠遠效率最高、經(jīng)濟性最好的解決方案；投入大量人力、物力、財力去追求100%的零碳指標，不但是無意義的虛榮，而且會造成很大的浪費。

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