菲律宾亚星

       作为能源，氢的优势极度凸起。一是，氢元素散布宽泛，约占宇宙物质总量的81.75%，在地球水体中储量丰硕；二是，氢气的点火热值高，是汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍；三是，氢气点火的产品只有一种——水。起源丰硕，能量密度高，清洁无传染，集三沉优势于一身，在提倡绿色发展的今天，氢能源的开发与利用受到前所未有的器沉。

　　近年来，我国氢能技术及产业急剧发展：首列氢能源市域列车实现达速试跑，海水直接造氢技术在福建海试成功，《氢能产业发展中持久规划（2021—2035年）》《氢能产业尺度系统建设指南（2023版）》等陆续推出……氢能作为清洁能源，为经济社会发展注入强劲动力，也成为深受关注的科技话题。

　　既是清洁能源，也是“多彩”能源

　　氢元素并不蹬宗氢能源。从人类利用氢能的广义角度来看，太阳质量的72%是氢，它几十亿年来通过持续不休的热核聚变，把氢中的能量转换成光能，源源不休地投递地球，驱动地球上的物质循环与能量循环，生长了地球上的性命。而我们日常出产生涯中用到的氢能，重要是氢和氧进行化学反映开释出的化学能。

　　数百年来，人类从未终场对低能耗、低成本氢能造取技术的索求。由于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等闲找到“氢矿”，而要通过科技伎俩来造取氢气。19世纪后，氢燃料动力火箭把人类带入瑰丽的太空，氢燃料电池技术的出现则让“氢—电”直接转换成为可能。直到今天，科学家仍在致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、高密度的能源大局。

　　氢能是“多彩”的。凭据分歧造取方式，氢能可分为绿氢、灰氢、蓝氢、紫氢、金氢等。其中，灰氢来自煤炭造氢、天然气造氢、工业副产氢气，属于直接造氢，成本较低，但必要亏损煤、天然气等化石能源，会产生大量二氧化碳。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，将造备过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造氢。近年来，地质学家还发现了金氢，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。在这一过程中，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过程不休再生氢气。金氢因其地质贮藏勘测和开采难度极大，目前尚未得到充分开发利用。

　　最为沉要的绿氢，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，以电解水方式造取氢气。绿氢在造取过程中根基不产生温室气体，是目前氢能发展的重要趋向。放眼世界，绿氢成为列国清洁能源转型的沉要一环，不少国度出台了有关政策，激励建设大规模绿氢供给链。2023年8月，我国首个万吨级光伏发电直接造绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目全面建成投产，每年可出产2万吨绿氢，削减二氧化碳排放约48.5万吨。

　　创新“开采”方式，向海洋要氢

　　进入21世纪，氢能利用场景越发宽泛。从汽车到船舶，从工厂到家庭，氢能呈此刻社会出产生涯各个方面，不少大型城市起头兴建加氢站等基础设施，氢能源技术与产业得到大规模推广。中国作为氢能出产大国和使用大国，有力推动氢能发展。在交通领域，2022年我国氢能源汽车保有量初次突破万辆，预计到2025年有望增至10万辆。

　　在旺盛的需要疏导下，绿氢造取的成本大大降低。目前，绿氢重要通过电解水来造取，成本的80%来自电解过程的能耗。凭据工作道理、温度以及所用电解池资料的分歧，电解水造氢可分为碱性电解水、质子互换膜电解水、高温固体氧化物电解水3类。碱性电解水技术成熟度较高，拥有成本优势，是现有大规模绿氢工程项主张重要规划。质子互换膜电解水技术效能高于碱性电解水，系统集成单一，但必要使用贵金属铂、铱等作为催化剂，目前设备成本约为碱性电解水的3倍，将来需通过新型催化剂的开发和膜电极造备技术的发展提升性价比。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），氢气被高效地分离出来，被以为是理论效能最高的电解水造氢技术。综合来看，发展新型电解质资料、提高关键资料寿命、优化工作温度成为电解造氢技术的发展方向。

　　新的造取方式也在开发中。其中，海水直接电解造氢技术和海优势电技术备受关注。将来绿氢的大规模出产，与风能、太阳能等可再生能源相耦合是关键。出格是在海优势电发展迅速，海水资源颇为丰硕（地球水资源总量的97%）的布景下，利用海水直接电解造氢技术和海优势电技术向海洋要氢，成为绿氢造取的沉要方向。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路等进行远距离运输，提供了大量氢能。

　　实现海水直接造氢的设想，要迈过不少技术门槛。电解海水造取氢有两种方式：一是淡化海水至纯水再造氢，技术复杂、成本高，难以规；霾；二是海水直接电解造氢，难点在于海水成分复杂，对设备中的催化剂、电极、隔阂要求很高。经过持久攻关，我们尝试用物理力学步骤，在一种透气不透水的“膜”作用下，把海水里的水汽“抽”出来，断绝海水中的杂质离子，从而使水汽成为电解造氢用的“纯水”，向电解液补水。2022年11月，这一成就颁发在《天然》杂志，后被科技部评为2022年中国科学十猛进展之一。将来，海水直接造氢有望启发氢能源技术和产业化新赛路。

　　储用结合，丰硕利用伎俩

　　解决了氢能的起源和造取成本问题，就要思考若何把氢能投递各类利用场景并创新氢能利用方式。贮存和运输，始终是人类能源利用的技术课题。氢气密度幼、易点火，因而储运成本高，存在安全风险，持久以来影响着氢能利用。为此，科学家们正尝试将氢转化为易储易运的氨或甲醇，进而实现绿氢大规模利用。好比，以经典的哈伯—博施工艺借助氮气及氢气造取氨气，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”，丰硕了化肥、工业等传统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给。另表，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在即零排放。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要巨大，有关产业总产能有待进一步提高，绿色清洁液体燃料远景辽阔，有望成为更具经济性的绿氢消纳利用新蹊径。

　　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）等传统使用方式表，绿氢还能够作为能源、燃料来使用。氢燃料电池是目前被宽泛看好的氢能利用路线。氢燃料电池汽车具备零排放、零传染、无噪声、补充燃料快、续航能力强蹬着势。2022年北京冬奥会期间，超过1000辆氢能源汽车投入使用，并建设了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，氢能交通工具能够实现风、光、水到氢再到水的“无碳物质关环”，组成绿色发展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，每年约莫可削减10余吨二氧化碳排放。将来，氢能大巴、氢能沉卡、氢动力船舶、氢动力无人机等都可能出现，氢能交通工具也有望与其他新能源交通工具一路，构筑城乡发展的运力网络。

　　瞻望将来，在实现“双碳”指标的过程中，氢能源将在交通、工业、构筑、电力、国防、航空航天等领域阐扬更大作用。这必要科研工作者和一线企业共同致力，开发氢能造取、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，还有很多奥秘期待我们去索求发现。