氢正逐步走向能源舞台中央

2025-11-14 12:44:00

在《第三次工业革命》作者杰里米·里夫金看来，氢与人类的能源演进息息相关，是“21世纪的终极能源”。他认为三次能源革命存在一个规律：碳含量降低、氢含量上升。燃料中碳原子数目与氢原子的比例从固态的煤（1：1），到液态的石油（1：2），再到气态的天然气（1：4），脱碳不断加速、含氢越来越高，这已成为能源开发利用的自然规律和发展趋势。

从应对现实环境污染挑战来看，氢能作为零碳绿色的新能源，具有环保安全、能量密度大、转化效率高、储量丰富和适用范围广等特点，可实现从开发到利用全过程的零排放、零污染，是最具发展潜力的高效替代新能源。欧、美、日等世界强国都将发展氢能提升到国家战略层面，尤其注重这一技术在汽车领域的应用。氢是一种清洁、高效的能源载体，在燃烧时生成水，不产生污染物。随着全球能源需求不断增长和环境污染问题日益加剧，氢能正成为一种来源丰富、绿色环保、能量密度高、储存方式与利用形式多样的无碳二次能源，但安全问题是氢能发展面临的重要课题之一。据了解，氢能利用已得到世界各国政府、科研机构和企业的高度关注。

氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。

在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11％的氢。泥土里约有1．5％的氢，石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在，而地球表面约70％被水所覆盖，储水量很大，因此可以说氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。

氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的性质。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来为房间内取暖和空调使用。氢能具有效率高、来源丰富、用途广泛的优势，可以在3～5分钟内给电池灌满燃料，被视为是“未来能源”。与传统动力汽车及纯电动车相比，氢燃料电池汽车动力更可持续、能效更高、续航能力更强，且可实现零碳排放，被国际公认为“终极新能源汽车解决方案”。氢作为汽车燃料不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气，用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机作多大的改进。氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。另外，使用氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用。

现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4％的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，因此人们正在积极探索研究制氢新方法。随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用太阳光分解水来制取氢气。作为未来能源结构转型的重要方式和终极目标，氢能行业在2050年之前有望在制氢和燃料电池领域创造出一个价值2．5万亿美元的市场，按照目前该领域每100万美元创造12个就业岗位的水平估算，届时将创造约3000万个直接和间接就业岗位。根据国际氢能委员会的预计，到2050年全球的氢能消费需求量将由目前的约8万亿英热单位（大约相当于13．6亿桶石油）增至78万亿英热单位（约合132．6亿桶石油），交通运输、工业原料和工业用能源是未来氢能需求最大的三个领域，约占2050年全球氢能需求总量的3/4。氢可以在使世界能源供应脱碳、缓解气候变化方面扮演了一个重要的角色。氢作为能源载体的预测，对氢气的需求用于住宅和商业空间供暖、工业热量和运输，在各种模拟情景下，在2050年将达到每年3900万吨至1．61亿吨氢。目前，用于能源每年仅有约1000吨的氢生产量，主要用于氢燃料电池电动汽车。DNVGL的研究报告分析了两种类型的低碳氢生产的前景。蓝色氢生产来自化石燃料（通过蒸汽甲烷重整或煤气化），带有碳捕获和封存以减少碳足迹。它将主要用于建筑物采暖和工业过程。绿色氢是使用低温室气体排放的电能用于使水电解，它将主要用于移动性用氢。氢作为能源载体的预测，在某些地区到2030年可以使绿色氢达到与蓝色氢生产成本平价。该报告声称，绿色氢可以通过从各种可再生能源，比如风能和太阳能光伏电站，利用剩余电力来创造价值。它也为在离岸300多公里的平台上将天然气重整生产运输用蓝色氢提出了一个可行的商业概念，带有碳捕获和封存。

阅读原文