綠色雙嬌的困境

綠色能源是目前最時髦的一個話題，各國都在盡其所能地在推進。盡管有了很大的進步，似乎氣候變化的速度比科學家預計的要快，原來設定的比工業化時代平均氣溫不超過1.5度的閾值恐怕已經打破，或者接近打破。按照公認的模型計算結果，地球將進入一個不可逆的持續溫度升高漩渦。而最近全球普遍的驚人的高溫，啟示這可不是開玩笑，阿聯酋的溫度已經達到66度，完全可以煮熟雞蛋，也可以煮熟你的腦子，如果你沒有汗腺降溫的話。如果全世界都60多度，人類該完犢子了！

不管怎麽樣，綠色過程都應該加速。除了改進已有的技術手段，如光電，風電，電動汽車，電池技術外，還取決於新的，突破性的思維從而帶來突破性的科技。

電池驅動的電動車有了很大進步，但現有電池的能量密度比汽油還是差得很多，就算勉強能驅動通勤小汽車，對驅動長途運輸的大卡車，輪船還是力不從心，更不用說飛機了。光風發電由於其時間和電量，頻率的不均勻性，在並入統一輸電網有個複雜的同步問題，否則會引發電網崩潰，甚至毀壞。除了使用不同的儲電設備（抽水電站，壓縮氣站，飛輪，化學電池）， 最可行的還是用天然氣發電站作為同步和備用站， 如果用煤電，需要保持至少30%的基礎發電量，核電不能用於調節。而天然氣與煤電都有碳排的問題。

有一個東西，可以解決上麵所有的問題，那就是氫氣。 氫氣的能量密度比汽油都要高，既可以燃燒，產物隻是水，天然氣， 煤，燃油能幹的事，氫氣都能幹！也可以作為電池能量的原料，日本的氫動汽車具有比目前已有的電動車更大的優勢，而驅動大卡車，輪船也沒有問題。

但是，氫氣也有問題。氫遠非如此簡單或幹淨。首先，氫是最易爆炸和易燃的氣體之一——飛艇“興登堡號”就是用它充滿的——但它的真正挑戰與其分子非常小以及作為氣體的密度非常低有關。這意味著氫很難被包容，需要很大體積的氫來產生能量。與甲烷相比，你需要大約三倍的氫體積才能獲得相同數量的能量。

微小的氫分子可以穿過微小的縫隙，因此設計用於包容甲烷的結構（例如管道、接頭、鍋爐和炊具）以及用於儲存天然氣的設施（例如儲罐或地質構造（鹽穴或耗盡的天然氣田））會讓氫分子逸出，而甲烷分子則不會。測試表明，這種情況所帶來的安全問題不大，因為氫的輕意味著它很快就會消散，但泄漏也會加劇使用氫作為能源儲存器的經濟性。

氫也很難移動。為了讓氣體通過管道移動，必須使用壓縮機將其壓縮並推動。這個過程需要能量：將氫通過管道移動的損失是甲烷的十倍：高達30%。換句話說，你需要用掉近三分之一的氣體來將其從A點運輸到B點。

氫還會導致管道和儲存設備中的金屬變脆，導致材料退化和潛在的安全問題。特殊材料或塗層可以緩解這些影響，但它們會給本來就複雜而昂貴的係統增加進一步的複雜性和成本。

事實上，所有這些都很昂貴。氫儲存基礎設施尚不存在，生產設施也大多不存在，而且建造它們將耗費數十億英鎊。然後，儲存氫的基本成本可能至少是儲存甲烷成本的四倍。由於氫的基本屬性，每個階段都會損失大量能量。

在現有技術條件下，有一種東西，可能是真正的救星，那就是天然氣，或更準確地講，是液化天然氣LNG （liquid natural gas).在三種主要化石燃料中，使用天然氣，比石油要減排34%，約減排1/3。而比使用煤炭要減排53.5%，即減排一半以上!

以中國2021年的數據為例，煤發電占總發電量的60%。如果全部改為天然氣發電，碳排將減少一半，中國差不多能達到許諾的要求了。而且，在風，光等新能源供電方麵，需要一個調節係統。如果全依賴蓄水電站等大型儲電設施，顯然是不現實的，但核電無法瞬間調節發電量，煤電有個明顯的延遲（幾天），隻有氣電可以完成瞬間實時調峰。氣電和新能源發電，能起到一個完美的配合作用。

除了煤發電，汽車也是重要的碳源。其實，天然氣是個替代電池，氫氣的理想的車用動力源。天然氣在常壓下冷卻至-162℃後液化形成LNG，其燃點為650℃，爆炸極限為5%~15%，安全性較高。LNG汽車可以明顯地壓縮天然氣體積(600倍體積），一次充氣，可以行駛500km甚至1000km以上，非常適合長途運輸使用。而使用LNG，隻需要對現有汽油汽車作一個簡單改裝即可。以前中國就有很多使用液化石油氣的出租車，使用的是和家用一樣的液化鋼瓶，因此對此應該不陌生。

碳排中，發電占43%，運輸占26%（2020年數據）， 主要分別來自於煤發電和汽油開車。如果使用天然氣替代，則70%的碳排就腰斬了一半，比費勁在其它方麵的努力，效率更高，效果更好。

天然氣和LNG還不完全是一會事。理想的能量方式是能實現在時間和空間上的移動，煤，油和核元素都是如此，但風電，太陽能發電等就不能。天然氣是氣體，移動需要一個管道，和輸電線路沒啥區別。但將天然氣轉化為LNG，就非常容易移動了，和汽油在一個水平上。而且，通常天然氣要經過過濾後製成LNG，這樣，LNG是比天然氣更幹淨的能源。

但是天然氣的主要成分甲烷，和二氧化碳同為溫室氣體，會導致全球變暖。而且，甲烷比二氧化碳對氣候的影響更大，因為它比二氧化碳更有效地吸收熱量。甲烷的全球變暖潛能（GWP）是二氧化碳的25倍，這意味著在相同質量下，甲烷會比二氧化碳積蓄更多的熱量。

天然氣，無論是氣體還是LNG，都會泄漏。因為其溫室效應是二氧化碳的25倍，就算通過使用天然氣比煤少了30-75%的二氧化碳排放，如果泄漏了0.03%， 0.03x25=75%,那就抵消了好處。2019年，美國LNG的自然泄漏率為0.02%-0.03%。這意味著每生產1000立方英尺的LNG，會泄漏0.2-0.3立方英尺的甲烷, 和使用煤基本得失相抵。2019年，美國管道天然氣的自然泄漏率為0.2%, 0.2x25=500%, 比使用煤還要差！

在走向綠色的道路上，這兩個最有希望的東西，都有很大的問題。看來，綠色道路上沒有單個的救世主，還是要靠綜合的方法來解決！