为什么氢能基础设施必须以特定目的进行设计和建造？
众所周知，人们雄心勃勃地将氢能作为气候解决方案。许多氢能基础设施建设的支持者认为，通过庞大的现有天然气系统网络输送氢气是一种可行的替代方案。
然而，尽管有可能将部分现有天然气基础设施重新用于氢气生产，但出于安全和能源方面的考虑，这些用途仅限于我们目前从化石天然气中获得的能源的一小部分；而且，重新利用一个并非为氢气设计的系统存在严重的工程学问题。
为了评估这些挑战，Ilissa Ocko（Spark Climate Solutions高级气候科学家）、Sofia Esquivel Elizondo（EDF低碳能源科学家）在《能源科学与工程》杂志上发表了一篇由氢能科学联盟的Paul Martin领导的研究报告，该报告还有其他专业工程师和科学家共同参与。
研究发现，将氢气引入现有的天然气基础设施比乍看起来要复杂得多，并且可能对安全、能源供应、气候和成本产生重大影响。在设计和开发符合用途的氢气基础设施时，必须经过深思熟虑。
研究提出观点，氢气基础设施必须以用途为导向进行设计和建造。而当今的天然气基础设施并非为氢气而建。这两者就存在矛盾了。
很明显，由于可见的未来，全球对氢气的需求会持续增加。据国际能源署估计，到2030年，全球可能需要1.5亿吨低碳氢气，而我们目前缺乏能够安全高效地运输这些氢气的基础设施。
我们的天然气系统，包括长途运输、本地配送和终端使用设备，是专门为天然气设计的。
虽然将这些基础设施重新用于氢气似乎合乎逻辑，但天然气（约95%的成分是甲烷）和氢气的物理和化学性质截然不同。氢气是最小的分子：比甲烷轻八倍，单位质量能量密度更低，反应性更强，也更易燃。
旧的天然气管道不处理好，用来输氢会有安全隐患
几十年来，人们就知道，当今的天然气输送管道在输送大量氢气时可能会因氢腐蚀开裂，从而导致诸如可燃性危险等安全风险，这使得现有管网在不进行大规模且成本高昂的改造的情况下，极不适合输送100%的氢气。
即使少量氢气混入由高屈服强度碳钢制成的高压天然气管道中，预计疲劳开裂速度也会显著加快，最高可达30倍；管道材料的抗断裂性能也会降低高达50%。
大量氢气排放到空气中，也被一些研究人员抨击会导致气候变暖。他们认为，随着整个输氢管道的泄漏（包括裂缝和与氢气不相容的材料）问题累积，可能会造成气候变暖风险。
因用制宜，为氢能设计氢气输送基础设施
研究认为，尽管面临挑战，氢能作为清洁能源转型的重要组成部分仍将发挥重要作用，因此我们需要投资建设合适的基础设施。
如果我们让科学、工程和证据告诉我们氢能在哪里能够以最低风险提供最高价值，我们就能做出明智的决策，设计出真正符合目标的基础设施网络。
一些核心原则包括：
为合适的用例建设基础设施
氢能将是全球20-30%二氧化碳排放脱碳的关键，这些排放无法仅通过直接电气化实现，例如用于生产化肥或钢铁的重工业流程。
但在大多数其他情况下，氢能的替代方案（例如直接使用可再生电力）更安全、更清洁、更经济。
在目前还能使用天然气的地方，很难一步到位将氢能视为可替代能源。
例如，根据现有技术，在许多情况下，将氢气（就像我们目前使用天然气一样）输送到建筑物和家庭中，从经济、气候和安全的角度来看都是不合理的。
专为氢能设计基础设施
考虑到氢能的独特性能及其虽小却重要的应用范围，一些目标行业将受益于氢能专用基础设施。应专门设计新的存储输送方式来容纳和运输氢分子，以满足这些应用的需求。
材料选择、系统属性、存储系统、设备和装置都需要针对氢能的特性进行设计、测试和优化。
需要仔细检查价值链的每个组成部分，以确定其与该系统的兼容性和安全性。管道材料就是一个很好的例子：一般来说，低屈服强度钢管更适合氢能，因为它们不易疲劳，而且更经济。
构建短而高效的氢能价值链，应尽可能缩短其物理价值链
鉴于氢能独特的优势和风险，研究表明，应尽可能缩短其物理价值链（项目间的物理距离是重要因素）。为了减少生产过程和储运基础设施的成本和排放，氢能生产应尽可能靠近用氢的地方。
短而高效的氢能价值链可以涵盖产业集群内的生产、运输、储存和使用。
研究最后认为，虽然把旧的天然气管道重新利用起来输送氢气，看似是一个有吸引力的解决方案，但考虑到工程实际情况，通常行不通。
行业和政策制定者需要仔细考虑专家的工程建议，以设计出安全且符合环境和经济效益的氢能系统。