为支撑我国“双碳”目标的实现

加快降低碳排放步伐

氢能作为重要的清洁能源

将如何帮助我们

实现绿色低碳转型？

这个“国际清洁能源日”

一起进入神秘的氢能世界！

（图源：pixabay）

　　氢能为什么是清洁能源？ 

　　氢气燃烧是指氢气（H₂）与氧气（O₂）在点燃条件下发生的剧烈放热化学反应，生成水（H₂O）并释放大量能量。其化学方程式为：2H₂+O₂→2H₂O+能量。该反应具有高热值（单位质量燃料释放的能量大）、无碳排放、产物仅为水等优点，被视为理想的清洁能源利用方式。每千克氢气燃烧释放的能量约为142兆焦耳，约为同质量汽油的3倍。  

　　氢能如何制取？ 

　　依据氢气的制备来源与技术路径，氢能可分为绿氢与蓝氢两大技术路线。 

　　绿氢（Green Hydrogen）是指通过可再生能源（如太阳能、风能）供电的水电解技术生产的氢气，整个过程中不产生碳排放，是最清洁的氢能形式。电解水反应的方程式为：2H₂O→2H₂+O₂。绿氢被视为未来能源体系的重要组成部分，可用于氢燃料电池汽车、工业原料（如炼钢、合成氨）、储能和跨季节能源调节。 

　　蓝氢（Blue Hydrogen）是指以化石燃料（如天然气）为原料，通过蒸汽甲烷重整等方式制取氢气，同时配套碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）技术，将产生的二氧化碳捕获并深埋地下，从而大幅降低碳排放的氢气类型。蓝氢被视为从灰氢（通过化石燃料产生的氢气）向绿氢过渡的重要中间方案，在可再生能源尚未完全普及的情况下有助于减少氢能产业的碳足迹。 

（图源：科普中国）

　　此外，还有粉氢（用核能电解水制成的氢）、绿松石氢（通过热裂解从天然气中得到的氢）等处于起步阶段的新方法制取的氢。 　  

　　氢基燃料是什么？ 

　　氢基燃料（hydrogen-based fuel）不仅指纯氢气，还指以绿氢为重要原料，与其他元素（如碳、氮）通过系列化学反应生成的合成燃料或含氢的液态、固态载体，它们相比纯氢气更易于储存、运输和使用。目前技术条件下获得的产品主要有绿氨（将绿氢与通过空气分离获得的氮气合成的氨）、绿色甲醇（将绿氢与捕获的二氧化碳合成而生产的甲醇）、绿色航煤（利用绿氢与可再生碳源合成的航空燃料）等。 

　　氢基燃料体系主要包括三个关键环节：氢气制备（电解水或化石燃料，结合碳捕获的封存和利用技术）、储运（高压气态或液态的绿氨或甲醇输运）和终端转化（燃料电池发电、氢内燃机燃烧动力或化工用途）。

（图源：pixabay）

　　绿色应用有何挑战？ 

　　1.在经济性方面，与方便开采、储量丰富的化石燃料相比，氢较难从地球上其他元素中分离出来，绿氢制取成本高于传统化石能源，尤其是电解槽里的一些关键材料，如质子交换膜（PEM）技术所需的铂催化剂，成本居高不下。核心设备与材料仍有进口依赖，如PEM电解槽、电堆模组与高压碳纤维瓶仍需提高国产化率。 

　　2.在氢气储存和运输方面，氢气分子小、易泄漏、易燃爆，对储存容器和管道要求高，常见储运方式包括高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢及管道输氢等。氢气储运成本高、技术难度大，加压、泄漏与爆炸风险需要严格监管，是制约氢冶金大规模发展的关键瓶颈之一。 

　　3.在材料与装备适配性方面，氢气易引发“氢脆”问题，氢原子钻进金属会削弱金属结构强度，因此需要研发抗氢脆的新材料，如Ni-Mo合金（镍钼合金），或采用陶瓷涂层或复合材料缓解氢脆。此外，氢气燃烧时火焰辐射弱、流速快，与传统燃料燃烧差别大，这意味着水泥回转窑、玻璃熔窑等工业窑炉的传热结构和燃烧器需要针对性设计和改造。同时，氢能煅烧的基础设施建设相对滞后，加氢站数量少，输氢管网覆盖范围小，跨区域的氢气储运网络几乎未成型，不利于大量运输。 

　　4.相关技术标准在行业内尚未统一规范，安全操作标准和规范也有待完善。产业回收系统尚未完备，燃料电池组件与气瓶废旧处理机制仍在构建。标准体系虽在升级，但仍存在制定时滞、标准配套不平衡不完善、地方与行业标准差异大等问题，制约了统一监管与跨区互认。   

　　绿色发展前景 

　　目前，与氢能相关的产业链布局正逐步完善。在上游制氢环节，电解水制氢项目已在全国大规模规划建设，主要集中在西北和华北地区。在中游储运环节，虽仍面临挑战，但企业与科研机构积极探索高压气态、固态储氢等技术，部分项目已取得阶段性成果。在下游应用领域，工业窑炉改造、燃烧器设计等相关企业不断加大研发投入，以适配氢能燃烧特性。 

　　具体而言，在交通领域，燃料电池将燃料（通常是氢气）与氧化剂（通常是氧气）通过电化学反应直接转化为电能，副产物主要是水和热。其具备快充、低温启动强、续航长的优势，适用于重型卡车、公交、商用车与航运等场景。在航天领域，燃料电池被广泛用于提供电力和饮用水。在工业领域，绿氢可替代炼钢、化工等行业中的氢源，实现低碳化生产。在能源系统领域，氢可作为载体用于长期储能、调峰和平衡风光波动发电输出。 

（图源：科普中国）

　　随着政策激励机制的不断完善，以及全产业链协同创新的深化推进，预计在2030年前，氢能将实现规模化应用，为全球高耗能产业的低碳转型提供具有中国特色的技术解决方案。未来，氢能作为一种清洁、低碳的能源形式，具备巨大的发展潜力，将逐渐成为全球能源转型的重要组成部分。 

（来源：科普中国；《氢能革命：清洁能源的未来蓝图》）　　

　　延伸阅读 

《氢能革命：清洁能源的未来蓝图》

作者：[意]马可·阿尔韦拉

索书号：TK91-49/4

　　从交通和基础设施到供暖和电力，氢能可以取代化石能源，促进经济增长，并鼓励全球对气候变化采取行动。它还可以解决当今可再生能源最令人头疼的问题，如风能与太阳能的运输、储存及其对天气变化的脆弱性，电池的笨重、短寿命和低效率等。氢能革命不仅是一项强大的新技术的宣言，它还是一个充满希望的未来启示。本书以气候变化为切入点，系统阐述氢能作为清洁能源在交通、基建等领域的应用潜力，分析氢气的制取方法、运输技术及多场景使用方案。内容涵盖氢能发展历史、氢电协同路径、绿氢生产技术，并结合天然气管道运营实践论证氢能规模化可行性。