南非綠氫生產：理想豐滿，現實骨感

每日都有數百萬的引擎與工廠燃燒化石燃料，釋放出二氧化碳——這種溫室氣體會將熱量困在地球大氣層中，加劇氣候變遷。現在，不妨想像一種清潔燃料，它不會造成汙染，燃燒後僅產生水分。這便是綠氫的前景，它是利用太陽能與風能將水分解成氫和氧而製成的。

包括南非在內的全球各國，都將綠氫視為應對氣候變遷的關鍵工具。南非已有計畫，要將綠氫用於各個方面，從為農場生產肥料，到為工廠和重型卡車提供動力。

然而，當全球各國政府都在推動將綠氫作為清潔能源解決方案時，一個關鍵現實卻被忽視了：生產綠氫僅僅是這複雜難題中的一塊拼圖。綠氫專案的成功，有賴於同步發展將綠氫運輸到工業端的基礎設施。同時，產業界也需要採用新技術，或是改造現有裝置，才能從使用化石燃料轉而使用綠氫。

生產一公斤的綠氫，最多需要30公升的淡水。這意味著，如果在缺水地區設立綠氫中心，就需要海水淡化廠或水資源回收廠。這就好比建造一個新的鐵路系統，如果不先鋪設鐵軌，也不確保有火車能在上面行駛，就不可能建造火車站。

即便如此，南非仍目標在2030年前建立70億瓦的氫生產能力，足夠同時為高達700萬戶家庭供電。

我們是化學工程師，在石化產業累積了超過半個世紀的經驗，並研究了南非綠氫商業化的潛力。基於我們的經驗，我們最新的研究聚焦於雄心勃勃的能源專案成敗的原因。我們研究瞭如何管理建立綠氫產業的風險，從專案執行到市場準備就緒，以一種對已開發和發展中國家都公平的方式。

為了建立我們的風險評估框架，我們分析了全球先驅能源廠的歷史資料，並研究了大型專案（建設成本超過200億蘭特或10億美元）所面臨的一些挑戰。我們透過衡量每噸氫使用所避免的二氧化碳排放量，比較了不同的綠氫使用方式，這幫助我們瞭解哪些應用在減排方面最有效。

我們的風險評估結果令人震驚：那些急於大規模採用新技術的專案，成本通常會比初始估計增加兩到三倍。而且超過一半的專案在頭六個月無法達到生產目標。

我們的風險分析還顯示，包括南非在內，全球建造生產廠所需的資金，只是建立一個運作良好的綠氫經濟所需成本的一小部分。政府必須考慮這些風險，否則就會出現閒置資產：昂貴的設施因缺乏配套基礎設施而無法充分利用。

氫，包括綠氫，只能透過昂貴的專用管道運輸，或是透過極高壓力進行壓縮運輸。其他運輸方式包括先將其轉化為氨等其他化學物質，或是在零下253攝氏度下將其轉化為液態。僅在運輸過程中，透過壓縮、液化、轉化為載體（如氨或甲醇）以及管道或船運效率低下等方式，最多可能損失48%的能量含量，而這些都需要大量的能源輸入。

大多數現有的天然氣管道若不進行大幅改造，就無法輸送純氫。這些技術難題意味著幾乎要從頭開始建造新的基礎設施。

如果克服了綠氫運輸的這些障礙，下一個問題就是綠氫需要有配備相應設施的客戶來使用它。例如，鋼鐵業正考慮從汙染性的煉爐轉向使用綠氫生產鋼鐵，這幾乎不會產生二氧化碳排放，但需要全新的基礎設施。

加油站也是一個例子。要將普通加油站改造成能夠為氫能車輛服務的加油站，就需要大型冷卻廠和低溫儲存罐（用於在零下250攝氏度以下儲存液化氣），或是高壓儲存容器和壓縮機。氫燃料加註站的運作更像是一個小型化工廠，而非傳統的加油站。

南非政府的綠氫戰略計劃開展24項可行性研究，以瞭解本地產業如何生產和使用綠氫，同時也有出口的計劃。但生產和運輸綠氫的成本高達化石燃料替代品的五倍，而且氫很難跨洋運輸。這意味著在短期到中期內，不太可能有大量的綠氫出口。

這些因素給潛在的綠氫產業帶來了風險，使得綠氫專案難以吸引融資。如果運輸系統和終端使用者尚未準備就緒，耗資數十億的生產設施就難以自圓其說。

此外，值得考慮的是，在許多情況下，太陽能或風能比綠氫更便宜、更高效。例如，與電動車電池相比，綠氫為汽車提供動力既昂貴又低效；與使用熱泵的電暖器相比，用綠氫取暖也是如此。

我們的研究建議，南非政府應首先聚焦於那些易於從化石燃料轉向使用綠氫的產業。例如，可以在同一地點生產綠氫並將其轉化為綠氨，而無需新建管道。綠氨可用於製造農用肥料，以固體顆粒形式運輸，因此無需額外的基礎設施來運輸和銷售綠色肥料袋。然而，以綠氨為基礎的肥料成本較高，這將成為本地銷售的一個問題。氮肥用於玉米等主要作物，肥料成本上升將對糧食價格產生連鎖反應。

向綠氫過渡需要整個供應鏈的精心協調。與其採取「建好它，顧客就會來」的策略，生產、運輸和使用的基礎設施必須同時建設。隨著各國爭相實現氣候目標，政策制定者必須討論綠氫產業所需的所有基礎設施。如果整個價值鏈不能協調發展，向清潔能源的過渡可能會受阻。