Michael Barnard：美国的新氢战略，错误的部门，错误的起草者
迈克尔·巴纳德（Michael Barnard）是Agora能源技术公司（一家基于二氧化碳的氧化还原流的初创公司）的董事会观察员和战略家，ELECTRON航空（一家电动航空初创公司）的顾问委员会成员，TFIE战略公司的首席战略家和distnc技术公司的联合创始人。他花时间预测未来40-80年的去碳化方案，并协助高管、董事会和投资者在今天做出明智的选择。无论是航空加油、电网存储、车联网还是氢气需求，他的工作都是基于物理学、经济学和人性的基本原理，并以多个领域的脱碳要求和创新为依据。他在北美、亚洲和拉丁美洲的领导职位增强了他的全球视野。他定期在多个渠道发表关于创新、商业、技术和政策的文章。他可以参加董事会、战略顾问和演讲活动。以下内容是他对美国氢能战略的评论；
美国的氢能战略被定位在错误的联邦部门。它被交到那些整天与化石燃料打交道的人手中，他们的模式是燃烧化石燃料获取能源，而不是以电为能源的模式。它没有通过Remelt对一个好的战略的第一项测试，因此它的原则和行动也将是失败的。
美国能源部（DOE）在向低碳经济转型的过程中处于一个有趣的位置。其预算的55%用于核能，但美国100个左右的核反应堆大部分都在老化，除了几个之外，所有的反应堆都将在2035年之前退出电网。美国当然没有任何计划建造100个新的核反应堆，因为该国已经不具备成功推广核电的条件，而且目前对SMR的希望可能无法实现。
虽然能源部一半以上的预算都集中在核电上，但美国实际上将用可再生能源、额外的传输--特别是高压直流--和储存来取代绝大多数的核电，就像世界上几乎所有其他国家一样。所有这些技术也都在能源部的职权范围内。到目前为止还不错，尽管官僚机构和内部藩篱无疑将缓慢地接受这一点。
但能源部也处理化石燃料，作为其投资组合中的少数。它有很大一部分预算和工作人员在处理煤炭、石油和天然气。这可能是其最近发布的氢气战略草案的部分问题所在。
鉴于拜登的减少通货膨胀法案（IRA）已经对欧洲大陆绿色氢气电解的额外性规则产生了负面影响，有趣的是，氢气战略仍然有湿墨。美国的模式是为制造绿色氢气提供补贴，使其价格接近于黑色和灰色氢气，而这些钱是可以谈的，欧洲的主要参与者明确表示他们会去美国。因此，欧洲的氢气的电网电力，没有要求为足够的风能和太阳能建立PPA以满足需求。遗憾的是。
因此，让我们来谈谈什么是好的战略。我读过绝大多数的战略书籍--这是战略家的职业病--当然，除了克劳塞维茨的《战争论》之外，所有经常被引用的书籍或被认为很重要的书籍我都读过。实际上只有两本关于战略的好书，一本是关于军事问题的《孙子》，另一本是关于非军事问题的鲁梅尔特的《好战略坏战略》。差异和为什么重要。其他的书要么是严重关注军事技术能力和特定时期的联盟，要么是几年后读起来极其糟糕的时尚商业书，因为那些了不起的公司的例子现在变成了大部分失败公司的名单（《蓝海战略》在这方面很突出）。然后，有几本与战略相关的书被强烈推荐，如瓦克的《灰犀牛》（比《黑天鹅》有用得多），克里斯坦森和雷诺的《创新者的解决方案》以及马尔霍特拉和巴泽曼的《谈判天才》。
但这一评估明显属于非军事战略阵营，因此我将使用鲁梅尔特的良好战略的内核来构建我对能源部氢气战略的想法。
战略是设计一种应对挑战的方法。因此，一个好的战略必须确定要克服的挑战，并设计出一种方法来克服它。为了做到这一点，一个好的战略的内核包含三个要素：诊断、指导性政策和连贯的行动。
诊断是这里的关键所在。必须清楚地了解正在发生的事情。经验性的现实对好的战略至关重要。
这是我对2100年之前的氢气需求的预测，已经重复了好几次。我用它来协助主要的机构投资者、风险投资公司和可再生能源部署组织，使他们对未来十年的投资、资源配置和行动计划的战略到位。
这个预测最明显的一点是什么？氢气需求正在萎缩，在未来几十年的大部分时间里不会增长。为什么？因为氢气不是一个去碳化的解决方案，它是一个全球变暖问题。
黑氢和灰氢是全球所有航空业范围内的一个二氧化碳问题。工作之一是停止挖洞，而今天的氢气制造是一个大铲子。今天，这一切都来自于化石燃料，上游天然和煤层甲烷泄漏的二氧化碳和蒸汽重整或煤气化的二氧化碳排放量是制造氢气的二氧化碳质量的12到35倍以上。
它的最大部分被用于化石燃料的提炼，具体来说是炼油厂，在那里它主要被用于像加拿大阿尔伯塔省的产品那样的重质原油的脱硫，以及用于稳定理想的芳烃的加氢处理，这是一个数量少得多但价值高的市场。在我们今天消费的1.2亿吨纯氢和合成气混合氢中，大约有5000万，即42%。第二大块是用于以氨为基础的化肥，约3300万吨，或约28%。如果我们想认真处理全球变暖问题，炼油厂的使用必须大部分消失。氨基肥料的使用也必须从根本上减少，通过将自给自足的农民转移到城市就业、精准农业、低耕农业和农业遗传学解决方案（如Pivot Bio的强化固氮微生物）这四个趋势或战略。
氢气今天不用于能源。它被用于提炼能源载体的工业过程，它被用于制造肥料的工业过程。其他用途包括将植物油加氢以生产食用油产品和其他一堆东西。
但它现在不是能源的载体。这就引出了一个问题。
为什么美国能源部被赋予起草氢气战略的任务？
职责的安排预示着答案，即氢气在未来将被用作能源载体。而没有什么理由相信这是真的。
这使得能源部成为定位氢能战略的一个有问题的地方。根据定义，他们不能不将其视为一种能源载体。这是他们的整个范式。
TFIE Strategy Inc. 首席策略师 Michael Barnard 的住宅、商业和工业热源的性感/不性感、实用/不实用象限图。
热能在整个经济中都很重要，但工业热能在未来几乎总是由电力驱动的解决方案更好地提供。有几个工业过程，如水泥熟料窑，我知道在那里有一个特定的火焰喷射的价值，但这些是例外，而不是规则。来自DOC的工业政策更有可能从对热的需求开始，而不是从对液体或气体燃料要求的错误假设开始。
正如三十年来一直为全球客户设计模块化化学处理计划的化学工艺工程师保罗-马丁（Paul Martin）在几个场合告诉我的那样，他所做的一切都使用电力，直到成本效益分析表明，当允许大气被用作开放式下水道时，化石燃料更便宜。
TFIE Strategy Inc 首席策略师 Michael Barnard 对 2060 年主要类别的电网存储容量的预测。
然后是用于长期储存的氢气。在我与能源部贷款项目办公室主任Jigar Shah的讨论中，其中一个令人头疼的问题是在犹他州的一个旧煤厂遗址上为一个氢气盐穴储存和发电设施提供5.04亿美元的贷款。当时的论断是，它重新利用了向洛杉矶的输电，所以它是好的。但是，他们把天然气发电放在这个地方，以取代煤炭，这将需要一堆新的天然气管道来供应天然气，没有支线传输到这个地方，把可再生能源带到这里来制造绿色氢气，而且绿色氢气的往返效率很低。由于犹他州不希望煤城消失，这才获得批准，但在主要经济目的消失后，保持一个有几千人的农村小镇的活力，并不是一个战略上合理的能源或去碳化解决方案。
像世界上其他主要国家一样，美国今天拥有大量的抽水蓄能的电网。该技术是迄今为止世界上最大的电网存储形式，也是迄今为止在建的最大的电网存储形式，2022年投入使用的单一抽水机设施使全球电网上的所有电池存储相形见绌。这是适合电网存储的规模和技术。相比之下，氢气只是一种糟糕的技术。
TFIE Strategy Inc 首席策略师 Michael Barnard 的性感与实用性象限图。
然后是用于卡车和公共汽车的氢燃料和合成燃料，这也在美国能源部的战略中被吹捧。在这个世界上，中国道路上有 500,000 辆电池电动巴士，电动卡车的数量大致相同，今天多家制造商正在交付新的电池电动半成品，每辆氢动力巴士和卡车测试计划已经证明，与电池电动相比，它们不经济，可能会在途中连接电网或在某些地方进行感应充电。
TFIE Strategy Inc 首席策略师 Michael Barnard 提供的地面运输燃料替代品（包括柴油、合成柴油和生物柴油）的成本和碳表。
你必须通过柴油驱动的眼镜来看待这个世界，以假设在电池电动是一种选择时，在卡车和公共汽车中燃烧气体或液体是一种合适的选择。合成燃料的二氧化碳排放量更高，成本也更高。这主要是经济问题，燃料成本约占卡车运输成本的 21%。我在 2018 年和 2019 年对Carbon Engineering 的直接空气捕获空燃计划进行了端到端的评估，从那时起经济和技术一直没有变化。
TFIE Strategy Inc 首席策略师 Michael Barnard 的性感/不性感、实用/不实用的海运脱碳象限图。
海上运输有不同的故事，这是 DOE 战略中氢的另一个目标。如果该策略起源于负责海运的交通部，那么这里可能会有一些合理的材料。然而，有很多人，比如马士基，正试图打破由绿色氢制造的合成燃料的圈子，所以也许不会。
DOE 的作者可能不知道一些关键点。首先是所有深水航运的 40% 用于大陆之间的散装石油、天然气和煤炭运输。这一切都会过去的。其次是所有深水航运的 15% 用于生铁矿石，与许多煤炭前往相同的港口以制造钢铁。这将大大减少。谷物等其他大宗商品已经开始集装箱化。目标是集装箱运输，换句话说，它更小。
接下来，问题一如既往地是多少航运可以电气化。答案是，所有内陆航运和大约三分之二的近岸航运都可以使用电池运行，要么永久安装在船上并像Corvus Energy 十多年来一直在做的那样充电，要么将电池放在标准集装箱中（ TEU）并在港口更换它们，这种解决方案也适用于我将要乘坐的火车。几个月前，正如我与后者公司的能源存储和优化全球副总裁 Andy Tang讨论的那样，特斯拉和瓦锡兰已经在全球范围内交付安装了电池的 TEU 用于电网存储。
TFIE Strategy Inc 首席策略师迈克尔·巴纳德（Michael Barnard）绘制的图表：加燃料前的海运兆吨级化石燃料。
这只留下了需要解决方案的不断下降的深水航运领域，而且极不可能是氢或合成燃料。在我对海运替代燃料的评估中，我选择生物燃料作为主导解决方案的最高概率。我对该空间到 2100 年的海洋能源需求的预测清楚地表明，全球秸秆纤维素生物燃料的承载能力对于实际上难以为航空和航运的长途航段加油是绰绰有余的。
TFIE Strategy Inc. 首席策略师 Michael Barnard 对 2100 年航空燃料需求类型的预测
因此，对于航空，美国能源部认为的另一个领域是绿色氢需求的目标。从上面引用的相同碳工程评估以及我对该运输部分的加油选项的评估中，很明显氢不适合直接使用，合成燃料将比 SAF 生物燃料贵得多。
TFIE Strategy Inc 首席策略师 Michael Barnard 的碳工程合成燃料案例研究表。
无法通过不断改进的电池实现电气化的将使用 SAF 生物燃料。它们自 2011 年以来一直存在，大多数航空航天原始设备制造商都在对其飞机进行认证，并且他们今天在测试航线上使用混合或单独的 SAF 生物燃料与真实的货物和乘客。但如表所示，只要 Jet A-1 之类的价格便宜，这就是航空将使用的。值得庆幸的是，随着航空燃料奇怪的免税条件结束，世界多个地区正在发生变化，这是我几个月前探索的。
然后是铁路，这是美国能源部战略认为具有高价值的另一个目标。中国在过去 15 年中建成了25,000 英里的高速、并网、电气化货运和客运铁路，覆盖了 93% 的国内城市，并将周边国家连接到网络中。德国刚刚宣布，在 50 英里的测试路线之后，它将不再建造任何氢能铁路，因为经济研究表明，它的成本是并网/电池混合动力的 3 倍，而且几乎比电池电动贵得多。美国的所有货运列车发动机都已经是柴电混合动力，将它们与架空线并网是全球普遍的做法。
再一次，这些充满电池的 TEU 是电池电动火车系统的完美组件，可在现有的转运点充电，起重机也全电动化。十年前有 CN Rail 作为客户，研究了全球集装箱运输，研究了集装箱港口管理软件，让 TEU 装满电池在集装箱转运设施中充电，然后放到等待的火车车厢或货舱中，这是相对微不足道的集装箱船。
最后，该战略将住宅和商业供暖作为氢气的目标。我已经探索过这个（见上面的加热象限图），还有其他几十个，氢气比天然气加热要贵得多，而且安全性要低得多。当空气、地面和水源热泵已经为非常大的商业和住宅建筑加油时，性能系数为 3 到 5，在德克萨斯州的超级工厂建造，并且没有用于住宅或商业用途的氢气炉或炉子可购买或认证使用，您真的必须要燃烧一些东西才能考虑使用氢气作为替代品。
我可能会回到这一点，以解决关于需要通过管道、铁路和船舶运输氢气的错误假设，这是 DOE 战略所犯的另一组范式错误。可以说，几乎所有的氢气都是在今天的需求点生产的，因为它运输起来非常困难和昂贵，而且它的低能量密度和微小的分子尺寸意味着运输超过几百米的距离非常昂贵。我已经评估了管道和运输氢的成本，与将可再生电力投入高压直流(?HVDC?)?线路相比毫无意义，这是一种全球通用技术，第三个海底 HVDC 互连器进入英国，中国数万公里的 HVDC，摩洛哥到英国 HVDC 下的 HVDC建设，以及澳大利亚到新加坡的高压直流输电提议。
能源传输的未来是电流沿着高压直流和交流线路流动，而不是移动分子。
美国能源部的战略如果以这种形式持续下去，会给美国带来如此大的问题，原因在于它首先将氢的注意力分散为一个脱碳问题，因此不会立即得到解决。其次，这将导致许多组织浪费大量时间和金钱在没有需求的地方建设基础设施来制造氢气。在某些情况下，氢气将能够重新用于高价值用途，例如氨基肥料。但在很多情况下，它只是一头昂贵的白象，并以巨大的代价转移到更有用的地方。
那么，为什么美国会做出这个明显糟糕的选择呢？为什么氢位于 DOE 而不是 DOC 中？为什么所有这些明显死胡同的用例都被认为是能源部战略所声称的“氢的战略性、高影响用途”？
好吧，拥有大量税收和特许权使用费收入的化石燃料行业和政府正在努力游说使氢成为化石燃料的“替代品”。他们知道，除非氢承担重任，否则他们的化石燃料储备的经济价值为零。正如迈克尔·利布雷希 (Michael Liebreich) 喜欢指出的那样，化石燃料行业不会因为推动氢而失败。他们要么推迟真正的气候行动，要么获得大量政府资金，从他们的化石燃料储备中制造蓝色氢。
哦，我有没有提到美国能源部的氢战略也是从化石燃料中制造氢，并附上碳捕获和储存？你惊喜吗？
由于错误的框架，美国的氢战略被定位在错误的联邦部门。它被交到那些整天处理化石燃料的人手中，他们有一种燃烧化石燃料的范式，而不是用电来换能源的范式。它未能通过 Rumelt 的测试，即制定好的战略、接受经验现实的第一件事，因此它的原则和行动也将失败。
美国应该尽快回到绘图板上，我很乐意帮助他们。
