氢气加热被认为是死胡同

2022年10月04日03:47:20 科学 1073

人类所有能源消耗的一半用于取暖,其中近 50% 用于家庭取暖和热水。对于电力 - 只有 19%。由此可见,供暖问题甚至比电力更重要,如果不放弃化石燃料,这里就不可能实现绿色转型。然而,正如新的科学工作所表明的那样,氢在这个角色中只是一个白日梦。


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Joule 杂志发表了一篇关于将热能转化为氢气的可能性的 32 篇科学论文的评论,在许多西方国家,氢气被认为是绿色转型的关键组成部分。该研究首次在该领域中没有考虑由某些对大规模向氢过渡感兴趣的公司资助的工作。结果,该评论的作者 Jan Rosenow 得出了一些相当有趣的结论。

正如他所指出的,该领域的几乎所有独立(就资金来源而言)工作都表明,氢加热不仅比现有的锅炉房更昂贵,而且解决加热问题的这种看似更昂贵的方法,如热泵(变频空调,用于加热)和太阳能加热(太阳光线加热房屋屋顶上的冷却剂,这已经加热了加热回路的水)。这个结论很难被称为预期,因为通常最后两种加热方法比锅炉房贵几倍。

产热问题是向碳中和经济过渡的主要障碍。关键不仅在于人类用于产生热量的能量是发电的两倍半。同样重要的是,冬季对热量的需求比夏季高出许多倍,即使考虑到消耗热量略多于一半的工业,夏季的消耗量也几乎没有减少。结果,同样的英国在冬季每单位时间消耗的能量是温暖月份的四倍。

在不燃烧燃料的情况下解决这个问题是很困难的。理论上,您可以使用电力驱动的热泵加热。但在这种情况下,冬季用电量将比夏季高出两到三倍(在正常情况下,不是严冬的情况下)。夏季以三分之一产能运行的电力行业将长期闲置无人认领,这将大幅提高其发电价格。许多人希望避免这种后果。


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氢的使用方案。从 SES 和 WES 获得的用于家庭取暖的显着缺点阻碍了其广泛使用

“对于决策者来说,用于加热的氢气被视为具有吸引力。用氢气代替甲烷似乎很容易,这不会改变家庭的任何事情。但实际上,需要进行重大的技术变革——包括房屋中的管道,所有这些都会花费人们很多钱,” Jan Roznau说。

此外,作者补充说,今天几乎所有的氢都是从化石燃料中获得的,这使得它不是碳中和的。从“绿色”电力(来自风电场和太阳能发电厂)中获取氢气仍然比从甲烷中便宜几倍。能源效率低仍然是这里的一个关键问题:电解的效率仅为 80%,典型的燃气锅炉为 85%,这就是氢气加热的最终效率不高于 70% 的原因。

由电力驱动的热泵虽然会因输电线中的电阻而损失 5-10% 的能量,但通常每千瓦时接收 3 到 4 千瓦时的热量(差异通过从室外冬季空气中吸收热量来消除) )。也就是说,当温度高于零时,它们的总电力成本比氢加热低三倍或更多。

罗斯瑙一般不反对氢。他指出,这可能有助于行业“脱碳”。它比住宅和商业建筑消耗的热量略多,这主要是高电位热量,温度高达数百度。没有热泵可以提供这一点,也没有绿色氢的替代品(至少在西方采用的方法的框架内,事实上,它们当然存在,但现在西方国家还没有)。但在家庭部门,他强调,这种气体不仅会增加他们的成本,还会迫使他们增加自然资源的浪费,提高整体能源消耗。

尽管 Rosnau 正确地概述了氢的一些问题(巧合地与这篇Naked Science 文章的部分论文相吻合),但他并没有详述热泵的缺点,这使得它们作为天然气替代品的成功值得怀疑。事实是,在零下五度及以下,对于一千瓦时的电力,热泵产生大约一千瓦时的热能:在这样的温度下冷却室外空气来加热房间变得非常困难。

因此,在实践中,在一个完全改用热泵的国家,在最寒冷的冬季,冬季的峰值能源消耗将是夏季的四到五倍。也就是说,这种供暖将被迫依赖发电厂的巨大容量 - 是现有发电厂的倍数 - 几乎全年都将处于闲置状态,仅在最寒冷的日子开启。很明显,这样的决定对社会的成本将是巨大的。因此,其他作者不止一次指出:向热泵的过渡也将大大增加供暖成本。

与此同时,供暖的价格已经成为许多现代社会的痛处。例如,在英国,即使在 2022 年的价格冲击之前,每年就有 6.05 万人死于寒冷天气,约占每年总人口的 0.1%。已经可靠地确定,在温度更差的房间里,人的平均血压会升高。而且,它与室内的冬季温度比室外更多。

由于这种压力的系统性增加,心血管疾病死亡的可能性增加,这是感冒死亡的主要因素。取暖成本的成倍增加将不可避免地导致西方国家居民家中温度的下降,以及随之而来的所有后果。

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