朱頭山
無意邀眾賞，一心追殘陽
這次伊朗戰爭引發的世界能源危機，目前就能源領域而言，有兩個贏家：美國和中國。美國的頁岩油氣產業，其成本較高，一直處於停產限產狀態，但由於霍爾木茲海峽被堵，世界供油量大減，油價氣價上升，這使得頁岩技術有利可圖。而美國充足的供給，航路不受中東亂局的影響，使其成為渴油國家的首選。美國油廠也因此攢得盆滿缽滿。但為何美國油價還是那麽高？因為油價是由布倫特世界油價決定的，美國的體製不允許國家自行製定油價（中國可以），因此，雖然美國油企得利，國家除了拿點稅收，並無法直接得利，美國老百姓則要支付高油價，另外，高油價還影響了美國的國際信譽，因此，總體而言，美國是受損的。
中國得利在電力相關產業的出口得到提振。太陽能，風能，儲電池，電車，這些產業本來在中國都處於產能過剩狀態，很多廠家破產，停產。因為這場危機，銷量大增。從伊朗危機，以及美國在用油來絞殺古巴，讓很多缺油缺氣的國家產生了危機感，它門不但要大量采購不依賴於油氣的發電裝置，如光伏和風機，也要盡快將能源應用從油氣為主變到以電為主，比如運輸從油車變成電車。光和風是沒法被封鎖的，但有關的終端裝置也得變成用電的才有意義。目前中國是電工業全產業鏈相關產品的主要提供者，沒有之一。
中國是全世界終端能源消費電能占比占比最高的國家，大約30%左右，相比之下，美國約20%，歐盟21%， 日本26%。舉個例子，很多工業過程（如加熱、熔煉），以及冬天取暖，西方仍使用天然氣，而中國在過去十年進行了大規模的“電能替代”，將工廠裏的鍋爐和動力係統，以及大多數取暖都改成了電力驅動。美國和歐洲的燃油汽車保有量極大，且燃油車壽命長，替換慢。中國不僅新能源汽車滲透率已突破 50%，更重要的是公共交通（公交、地鐵、高鐵）的電化幾乎是 100%，高鐵在遠途運輸中的地位高於航空，這極大地拉高了交通領域的電化水平。
2025 年中國全社會用電量首次突破 10 萬億千瓦時 (10.37 萬億 kWh)，而美國同期的發電量約為 4.6 萬億 kWh。 中國的發電量已經達到了美國的 2.25 – 2.5 倍。這個差距還在以每年 5%–6% 的速度拉大（而美國增速通常在 1%–3%）。中國一年的發電量不僅超過了美國，還高於歐盟（約 2.7 萬億 kWh）、日本（約 1 萬億 kWh）、俄羅斯和印度的總和。特別是。2025 年中國風電和光伏的合計裝機量正式超過了火電。也就是說，雖然中國發電多，但其中“綠電”的成色越來越足，每 3 度電裏就有 1 度多是風光水電。
但中國的電化願景也有一個痛點：綠色能源集中的地方，多在地廣人稀的西北，而中國的用電中心，則在至少千裏以外的東部。如果全用超高壓電路輸電，電路的成本非常高，還有較高的維持成本，建設周期，對環境的影響等。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同頻問題，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。
現在這個問題已經益發嚴重了，很多風光電出現大量的廢棄現象，發的電沒法用，白白廢棄掉。有沒有一個較輸電線更好，更經濟的方法呢？
電通過水解可以變成氫， 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。
但氫氣的儲存和運輸是個麻煩。首先，氫是最易爆炸和易燃的氣體之一——爆炸的飛艇“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。
但是，氫可不光是燃料，目前全球生產的氫氣約 90% 以上 實際上是作為工業原料（利用其化學分子特性）被消耗的。如果把氫能比作“能源界的新秀”，那氫氣在化工界則是深耕多年的“全能勞模”。以下是氫氣在非燃料領域的四大核心功用：
1. 農業與化工：生命的“麵包師”，氫氣是化肥工業的基石，直接關係到全球的糧食安全。
合成氨 (Ammonia)： 這是氫氣最大的去向（約占全球需求的 50%）。氫氣與空氣中的氮氣通過哈伯法（Haber-Bosch）合成氨，進而生產尿素、硝酸銨等氮肥。可以說，現代農業產量的一半歸功於氫氣。
合成甲醇 (Methanol)： 氫氣與一氧化碳或二氧化碳反應生成甲醇。甲醇是基礎有機化工原料，可進一步生產甲醛、塑料、化纖等無數日常用品。
2. 石油與煤化工：油品的“淨化器”
在煉油廠中，氫氣不是用來燒的，而是用來“洗”油和“拆”油的：
加氫脫硫 (Hydrodesulfurization)： 原油中含有硫、氮等雜質，燃燒會產生酸雨。氫氣能將這些硫原子“拔”出來變成硫化氫，從而生產出超低硫的清潔柴油和汽油。
加氫裂化 (Hydrocracking)： 氫氣能將沉重、粘稠的重油分子“拆解”成輕質、高價值的航空煤油或汽油。
3. 電子與半導體：芯片的“理療師”
在極度精密的芯片製造過程中，氫氣是不可或缺的工藝氣體：
還原與清洗： 在高溫退火工藝中，氫氣作為還原性氣體，能去除矽片表麵的氧化層和雜質，確保晶體結構的完美。
外延生長： 在製造最先進的晶體管時，氫氣作為載氣，幫助化學物質精準地沉積在芯片表麵，形成隻有幾個原子厚的薄膜。
極紫外光刻 (EUV)： 在最頂尖的 EUV 光刻機內部，氫氣被用來吹掃和清洗錫蒸汽，防止汙染光學係統。
4. 冶金與食品工業：跨界的“改造專家”
氫冶金 (Green Steel)： 傳統煉鋼用焦炭還原鐵礦石，排出大量 $CO_2$。現在的尖端工藝改用氫氣代替焦炭作為還原劑，副產物隻有水，這是鋼鐵行業實現碳中和的關鍵。
油脂加氫： 在食品工業中，氫氣被用來將液態植物油轉化為半固態的脂肪（如代可可脂、人造奶油），改變其口感並延長保質期。
醫藥合成： 許多藥物分子的合成都需要通過“加氫反應”來精確控製分子結構，提升藥效。
因此，將那些本來要廢棄的綠電，電解水變成氫氣，運輸到東部作為燃料或化工原料，是個很不錯的思路，也是中國現在花大價錢投資的行業。目前有兩個大的方向。
一是把氫變成甲醇，運輸到東部，甲醇本身就是一種重要化工原料或燃料，也可以將甲醇再轉化為氫，用以各種應用。甲醇可以在常溫常壓下運輸，穩定性較好。其合成的基本方程式，H2+CO——CH3-OH。 目前最常用的方法，通過劣質煤或生物質（秸稈，垃圾）氣化反應，C+H2O——CO+H2，煤或生物質中的氫碳比（H/C）通常很低，不足以直接合成甲醇（合成甲醇需要 H2 與 CO 的比例約為 2:1），缺口的那部分 H2 由西北廉價的風光電解水（綠氫）來提供。
從甲醇再變回氫氣（即甲醇重整製氫），在技術上非常成熟，目前的經濟角色主要是作為“氫氣的液態壓縮包”其方程式為：CH3-OH+H2O---CO2+3H3. 理論上 1 摩爾甲醇可以產生 3 摩爾氫氣。 這個過程需要加熱（通常在 250-300度），因此需要消耗一部分燃料（通常是燃燒甲醇本身或尾氣）來維持反應。其成本每公斤氫氣大約17-22元，相比之下，高壓氫運輸光運輸費就需25元，還有甲醇中一部分氫是通過煤氣化產生的，較為便宜，而高壓氫氣運輸的綠氫全為電解氫，則成本更高。
另一個方向是在天然氣中摻氫氣（大約10-20%）用於燃料應用。前麵說了，氫氣通過管道運輸有很多問題，但如果小比例摻用，則完全可以用現有的天然氣管道和設施，不用進行改造。
大家可能記得，在天然氣廣泛應用之前，曾有一種煤氣，其成分為氫氣，CO，和少量的甲烷，通常為煤加水氣化後的產物。但低壓應用中，氫脆現象不明顯。這也為現在摻氫提供了一個現實應用先例。
摻氫所以被認為是一種有吸引力的方案，主要因為它巧妙地利用了現有的能源基礎設施，解決了氫能產業在初期麵臨的高昂成本和技術瓶頸。現有的長輸管道和城市管網不用技術改造，即可運輸含氫比例在 10%–20% 左右的混合氣體，無需推倒重建。 天然氣管網和地下儲氣庫本身就是一個巨大的“儲能池”，可以接納可再生能源通過電解水產生的“綠氫”，緩解棄風棄光問題。由於氫氣燃燒的產物是水，在天然氣中摻入氫氣可以直接降低單位熱值的碳排放。
目前，全球多個國家（包括中國、德國、英國）都在進行試點項目，逐步驗證 10%–30% 摻氫比例下的長期運行可靠性。這不僅是能源結構的優化，更是實現“氫能社會”最經濟的路徑之一。
通過這些舉措，既能解決西北綠色電能的儲存問題，又能為未來的氫經濟提供一個可行的轉型，不失為一個很好的方向，讓我們拭目以待其效果.
說起中國的耗電量，我前些天看到蘇州的新聞報道，說是2025年，蘇州一個城市的用電，超過了捷克一個國家的用電，而且其中綠電的百分比達到了百分之40多，相當驚人。
從西往東輸電，電線有電阻，要消耗能量。刮風有可能把電線吹斷，要維護。
把電轉換成儲能物質，從西往東運儲能物質，也要消耗能量，如火車耗電等等。
理論上，從西往東輸電，唯一不消耗能量的方法，是用超導體，電阻為零。但很貴，也許不可行。