氢能源为经济社会生长注入强劲动力
来源：国家能源局网站
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宣布时间：2024-06-12
作为能源 ，氢的优势十分突出。一是 ，氢元素漫衍广泛 ，约占宇宙物质总量的81.75% ，在地球水体中储量富厚；二是 ，氢气的燃烧热值高 ，是汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍；三是 ，氢气燃烧的产品只有一种——水。来源富厚 ，能量密度高 ，清洁无污染 ，集三重优势于一身 ，在提倡绿色生长的今天 ，氢能源的开发与利用受到前所未有的重视。
近年来 ，我国氢能技术及工业快速生长：首列氢能源市域列车完成达速试跑 ，海水直接制氢技术在福建海试乐成 ，《氢能工业生长中恒久计划（2021—2035年）》《氢能工业标准体系建设指南（2023版）》等陆续推出……氢能作为清洁能源 ，为经济社会生长注入强劲动力 ，也成为深受关注的科技话题。
既是清洁能源 ，也是“多彩”能源
氢元素并不即是氢能源。从人类利用氢能的广义角度来看 ，太阳质量的72%是氢 ，它几十亿年来通过连续不绝的热核聚变 ，把氢中的能量转换成光能 ，源源不绝地送达地球 ，驱动地球上的物质循环与能量循环 ，孕育了地球上的生命。而我们日常生爆发活中用到的氢能 ，主要是氢和氧进行化学反应释放出的化学能。
数百年来 ，人类从未停止对低能耗、低本钱氢能制取技术的探索。因为地球上的氢元素只占地球总质量的0.76% ，其中氢单质 ，也就是氢分子的赋存更是极其稀少 ，所以人类无法像勘探开采石油和煤炭那样轻易找到“氢矿” ，而要通过科技手段来制取氢气。19世纪后 ，氢燃料动力火箭把人类带入美丽的太空 ，氢燃料电池技术的泛起则让“氢—电”直接转换成为可能。直到今天 ，科学家仍在努力将地球上的太阳能、风能、海洋能等可再生能源 ，再度转化为氢这一清洁、高密度的能源形式。
氢能是“多彩”的。凭据差别制取方法 ，氢能可分为绿氢、灰氢、蓝氢、紫氢、金氢等。其中 ，灰氢来自煤炭制氢、天然气制氢、工业副产氢气 ，属于直接制氢 ，本钱较低 ，但需要消耗煤、天然气等化石能源 ，会爆发大宗二氧化碳。目前 ，灰氢产量约占全球氢气产量的九成以上。蓝氢则是在灰氢基础上 ，将制备历程中排放的二氧化碳副产品捕获、利用和封存 ，越发环保。紫氢是利用核能进行大规模电解水制氢。近年来 ，地质学家还发明了金氢 ，它由地下水与地下橄榄石（一种呈绿色的镁铁硅酸盐）等矿物相互作用 ，使水被还原为氧气和氢气。在这一历程中 ，氧气与矿物中的铁结合 ，氢气则逃逸到周围的岩石中 ，并利用地下矿石的石化历程不绝再生氢气。金氢因其地质蕴藏勘测和开采难度极大 ，目前尚未获得充离开发利用。
最为重要的绿氢 ，是通过风能或太阳能等可再生清洁能源发电 ，再利用这些清洁电能 ，以电解水方法制取氢气。绿氢在制取历程中基本不爆发温室气体 ，是目前氢能生长的主要趋势。放眼世界 ，绿氢成为各国清洁能源转型的重要一环 ，不少国家出台了相关政策 ，勉励建设大规模绿氢供应链。2023年8月 ，我国首个万吨级光伏发电直接制绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目全面建成投产 ，每年可生产2万吨绿氢 ，减少二氧化碳排放约48.5万吨。
立异“开采”方法 ，向海洋要氢
进入21世纪 ，氢能应用场景越发广泛。从汽车到船舶 ，从工厂抵家庭 ，氢能泛起在社会生爆发活各个方面 ，不少大型都会开始兴建加氢站等基础设施 ，氢能源技术与工业获得大规模推广。中国作为氢能生产大国和使用大国 ，有力推动氢能生长。在交通领域 ，2022年我国氢能源汽车保有量首次突破万辆 ，预计到2025年有望增至10万辆。
在旺盛的需求引导下 ，绿氢制取的本钱大大降低。目前 ，绿氢主要通过电解水来制取 ，本钱的80%来自电解历程的能耗。凭据事情原理、温度以及所用电解池质料的差别 ，电解水制氢可分为碱性电解水、质子交换膜电解水、高温固体氧化物电解水3类。碱性电解水技术成熟度较高 ，具有本钱优势 ，是现有大规模绿氢工程项目的主要计划。质子交换膜电解水技术效率高于碱性电解水 ，系统集成简单 ，但需要使用贵金属铂、铱等作为催化剂 ，目前设备本钱约为碱性电解水的3倍 ，未来需通过新型催化剂的开发和膜电极制备技术的生长提升性价比。高温固体氧化物电解水技术 ，则是在500—800摄氏度高温下 ，将电能和热能转化为化学能（氢能） ，氢气被高效地疏散出来 ，被认为是理论效率最高的电解水制氢技术。综合来看 ，生长新型电解质质料、提高要害质料寿命、优化事情温度成为电解制氢技术的生长偏向。
新的制取方法也在开发中。其中 ，海水直接电解制氢技术和海上风电技术备受关注。未来绿氢的大规模生产 ，与风能、太阳能等可再生能源相耦合是要害。特别是在海上风电生长迅速 ，海水资源颇为富厚（地球水资源总量的97%）的配景下 ，利用海水直接电解制氢技术和海上风电技术向海洋要氢 ，成为绿氢制取的重要偏向。这就像在大海上建起一座座“氢矿” ，产出的绿氢可直接通过海上油气管道等进行远距离运输 ，提供了大宗氢能。
实现海水直接制氢的设想 ，要迈过不少技术门槛。电解海水制取氢有两种方法：一是淡化海水至纯水再制氢 ，技术庞大、本钱高 ，难以规�；�；二是海水直接电解制氢 ，难点在于海水身分庞大 ，对设备中的催化剂、电极、隔膜要求很高。经过恒久攻关 ，我们实验用物理力学要领 ，在一种透气不透水的“膜”作用下 ，把海水里的水汽“抽”出来 ，阻遏海水中的杂质离子 ，从而使水汽成为电解制氢用的“纯水” ，向电解液补水。2022年11月 ，这一结果宣布在《自然》杂志 ，后被科技部评为2022年中国科学十大进展之一。未来 ，海水直接制氢有望开辟氢能源技术和工业化新赛道。
储用结合 ，富重利用手段
解决了氢能的来源和制取本钱问题 ，就要考虑如何把氢能送达种种应用场景并立异氢能利用方法。贮存和运输 ，始终是人类能源利用的技术课题。氢气密度小、易燃烧 ，因而储运本钱高 ，保存宁静危害 ，恒久以来影响着氢能利用。为此 ，科学家们正实验将氢转化为易储易运的氨或甲醇 ，进而实现绿氢大规模应用。好比 ，以经典的哈伯—博施工艺借助氮气及氢气制取氨气 ，或利用新兴的电化学常压低能耗合成氨技术 ，实现“氢氨融合” ，富厚了化肥、工业等古板用氨行业及绿氨掺混发电、绿色船用燃料等下游新兴领域的能源供应。另外 ，利用绿氢和二氧化碳合成绿色甲醇 ，也能实现氢能整体的全周期近零排放。目前全球市场对绿色甲醇、绿氨、生物柴油等绿色清洁液体燃料需求巨大 ，相关工业总产能有待进一步提高 ，绿色清洁液体燃料前景辽阔 ，有望成为更具经济性的绿氢消纳利用新路径。
除了作为化工原料（如石油炼化、合成氨、合成甲醇）和工业工艺气体（如钢铁、半导体行业还原剂）等古板使用方法外 ，绿氢还可以作为能源、燃料来使用。氢燃料电池是目前被广泛看好的氢能利用路线。氢燃料电池汽车具备零排放、零污染、无噪声、增补燃料快、续航能力强等优势。2022年北京冬奥会期间 ，凌驾1000辆氢能源汽车投入使用 ，并配备了30多个加氢站 ，这是迄今为止氢燃料电池汽车在全球最大规模的集中示范运营。
在新技术加持下 ，氢能交通工具可以实现风、光、水到氢再到水的“无碳物质闭环” ，组成绿色生长的一次次清洁能量循环。好比氢能源市域列车 ，以每天500公里里程计 ，每年约莫可减少10余吨二氧化碳排放。未来 ，氢能大巴、氢能重卡、氢动力船舶、氢动力无人机等都可能泛起 ，氢能交通工具也有望与其他新能源交通工具一道 ，构筑城乡生长的运力网络。
展望未来 ，在实现“双碳”目标的历程中 ，氢能源将在交通、工业、建筑、电力、国防、航空航天等领域发挥更着述用。这需要科研事情者和一线企业配合努力 ，开发氢能制取、贮存、运输、利用等一系列新技术。时不我待 ，元素周期表上的第一个名字 ，另有许多秘密期待我们去探索发明。