灰氫是通過化石燃料(例如煤炭)燃燒產(chǎn)生的氫氣。這種類型的氫氣約占當(dāng)今全球氫氣產(chǎn)量的95%。灰氫還包括在電解水制氫的過程中，使用的電力由化石燃料產(chǎn)生(存在碳排放)。綠氫是利用可再生能源(例如太陽能或風(fēng)能)發(fā)電后通過電解工序制氫，其碳排放可以達(dá)到凈零。藍(lán)氫也由化石燃料產(chǎn)生，主要來源是天然氣。與綠氫相比，藍(lán)氫電力需求較低，且配套了碳捕集與封存(CCS)技術(shù)。由于CCS技術(shù)需要相對罕見的地質(zhì)條件，因此在全球范圍內(nèi)藍(lán)氫比綠氫更難獲取。

在煉油或氨生產(chǎn)中，約有80%的專用氫氣生產(chǎn)(氫氣也作為其他過程的副產(chǎn)品產(chǎn)生)用作原料。天然氣制氫最常用的方法是蒸汽甲烷重整，從重整過程中釋放出高濃度的二氧化碳，而從天然氣燃燒中排放出濃度較低的二氧化碳。將碳捕集、利用與封存應(yīng)用于蒸汽甲烷重整工藝流程，是制備藍(lán)氫的方法，其二氧化碳排放量比灰氫少50%~60%(從產(chǎn)生的每千克氫約10千克二氧化碳到每千克氫約5千克二氧化碳)。

當(dāng)前，藍(lán)氫的生產(chǎn)成本隨著二氧化碳儲(chǔ)率的增加而上升。碳捕集使灰氫的成本每千克增加0.25美元 ，這意味著減排成本約為每噸二氧化碳50美元，相當(dāng)于2020年美國環(huán)境保護(hù)署使用碳的全球社會(huì)成本估算值。此外，從廢氣中捕集二氧化碳，將使每千克氫氣的生產(chǎn)成本增加0.40美元，每噸碳減排成本將超100美元。

隨著碳捕集設(shè)備成本下降和基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)大、從蒸汽甲烷重整到自熱重整的轉(zhuǎn)變(過程和燃燒排放結(jié)合在一起)，藍(lán)氫的成本可能會(huì)降低。據(jù)預(yù)測，到2030年，自熱重整產(chǎn)生的藍(lán)氫將捕集高達(dá)95%的二氧化碳排放，每千克氫氣的成本為1.25美元，僅比低排放的每千克氫氣高0.20美元，超過如今的低端蒸汽甲烷重整成本。

綠氫的生產(chǎn)成本明顯高于藍(lán)氫，盡管藍(lán)氫的固定成本高于綠氫。氫氣具有相似的能源效率，生產(chǎn)成本的差異是兩個(gè)因素造成的：首先，電力的能源成本遠(yuǎn)高于天然氣。以能源為基礎(chǔ)，天然氣每百萬英熱單位為3.5美元，相當(dāng)于電力每兆瓦時(shí)12美元，相比之下，補(bǔ)貼前的風(fēng)能和太陽能成本為每兆瓦時(shí)30~40美元。其次，由于綠氫的生產(chǎn)受到零碳能源可用性的限制，它只能在很短的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行。因此，盡管每兆瓦綠氫容量的投資成本低于藍(lán)氫，但低利用率使綠氫的每千克氫氣的資本成本高于藍(lán)氫。

降低綠氫成本取決于更低的電力成本和更低的資本成本。在最佳位置上，太陽能和陸上風(fēng)電的成本可能會(huì)在2030年降為每兆瓦時(shí)25美元左右，到2050年降至每兆瓦時(shí)15美元。利用率的提高受到風(fēng)能和太陽能容量因素的限制，但在發(fā)電情況互補(bǔ)的地方結(jié)合風(fēng)能和太陽能，或電池儲(chǔ)存，可以幫助生產(chǎn)更多的綠氫。盡管核能將提供連續(xù)的能源，但因?yàn)樘嘿F而沒有價(jià)格優(yōu)勢。每千克氫的成本也會(huì)隨著電解槽成本的降低而降低，這可以通過擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和自動(dòng)化而降低。到2050年，電解槽的成本預(yù)計(jì)下降90%，如果實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)綠氫的成本將低于灰氫。

(資料來源：地球能量局)