氢能:来源丰富 绿色低碳

本文转自：厦门日报 能源是人类活动的物质基础，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，相比于传统的化石能源，氢能不会产生温室气体和污染物，可以实现零排放，对环境和人类健康具有积极的影响。

氢能作为一种替代能源进入人们的视野，要追溯到20世纪70年代。如今，占全球经济总量75%的国家均已推出氢能发展政策，积极推动氢能发展。

水电解制氢和核能制氢受到关注

氢气的来源比较广泛，主要有化石能源制氢、含氢物质制氢、化工副产物氢气回收、太阳能和风能制氢。就目前技术来说，水电解制氢和核能制氢受到的关注比较高。

水电解制氢是将经过提纯的水注入通有直流电的电解槽中，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，气体通过调节阀控制输出，送入储罐中。水电解制氢的成本在于电能，如果有较便宜的电能，将大幅降低制氢成本。水电解制氢能够得到高纯度的氢气，将降低后续的使用成本。

核能制氢就是将核反应堆与先进制氢工艺耦合，进行氢的大规模生产。核能制氢具有不产生温室气体、以水为原料、高效率、大规模等优点。随着技术和工艺的不断发展，核能制氢技术有望成为未来大规模制氢的重要技术选择。但目前核制氢工艺不像水电解制氢技术那么成熟，还面临着多种制约。安全性也是制约核能制氢的一个因素。

氢分解和储存技术成氢能发展瓶颈

氢能发展的瓶颈主要在于氢分解和储存技术。氢分解是指将水分解成氢和氧的过程，而氢储存则是指将氢气以安全、高效的方式进行储存，并在需要时释放出来。

氢分解技术需要克服能量损失和成本问题。目前，常见的氢分解方法包括电解水和热解水。电解水是将水通过电解转化为氢和氧，但是需要消耗大量的电能，成本较高。热解水则是利用高温反应将水分解成氢和氧，但是需要使用高温反应器，成本依然较高。因此，如何降低氢分解的成本，提高能量利用效率，是当前氢能发展中亟待解决的问题。

氢储存技术需要克服安全和效率问题。氢气是一种高压、易燃、易爆的气体，需要采用合适的储存方式进行保存。目前，常见的氢储存方法包括压缩氢气、液态氢和固态氢。压缩氢气是将氢气压缩到高压状态，但是需要消耗大量的能量，并且储存密度较低。液态氢则是将氢气冷却至极低温度下变成液态，但是需要高昂的制冷成本和储存设备成本。固态氢则是将氢气吸附于材料表面或嵌入材料中，但是储存密度较低，需要进一步提高储存效率。因此，如何选择合适的氢储存方式，提高储存效率和安全性，也是当前氢能发展中亟待解决的问题。

针对上述问题，科学家们正在积极探索解决方案。一方面，研究人员正在开发新型的氢分解技术，如光催化、电化学催化等，以提高氢分解效率和降低成本。另一方面，研究人员正在研究新型的氢储存材料和技术，如金属有机骨架、氢化物材料等，以提高储存密度和安全性。

我国已在四大领域推广应用氢能

在交通领域，公路长途运输、铁路、航空及航运将氢能视为减少碳排放的重要燃料之一。现阶段我国主要以氢燃料电池客车和重卡为主，数量超过6000辆。在相应配套基础设施方面，我国已累计建成加氢站超过250座，约占全球数量的40%，居世界第一。

目前我国氢能应用占比最大的领域是工业领域。氢气可代替焦炭和天然气作为还原剂，可以消除炼铁和炼钢过程中的绝大部分碳排放。利用可再生能源电力电解水制氢，然后合成氨、甲醇等化工产品，有利于化工领域大幅度降碳减排。

建筑领域需要消耗大量的电能和热能，与交通领域、工业领域并列为我国三大“耗能大户”。利用氢燃料电池纯发电效率仅约为50%，而通过热电联产方式的综合效率可达85%——氢燃料电池在为建筑发电的同时，余热可回收用于供暖和热水。据估计，2050年全球10%的建筑供热和8%的建筑供能将由氢气提供，每年可减排7亿吨二氧化碳。

在电力领域，因可再生能源具有不稳定性，通过电—氢—电的转化方式，氢能可成为一种新型的储能形式。2019年8月，我国首个兆瓦级氢储能项目在安徽六安落地，并于2022年成功实现并网发电。

氢能产业被确定为战略性新兴产业

2022年3月，国家发展和改革委员会发布《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，氢能产业被确定为战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。近年来，我国氢能产业发展迅速，基本涵盖了氢气制—储—输—用全链条。

氢能产业链的上游为制氢，我国是世界第一产氢大国，氢气产能约3300万吨。目前，我国氢气制取以煤制氢方式为主，通过化石燃料燃烧产生的氢气，再应用碳捕集和封存技术，实现低碳制氢。未来，随着可再生能源发电成本持续降低，可通过太阳能、风力等可再生能源发电进行电解水制氢，在制氢过程中没有碳排放。

氢能产业链的中游是氢储运，高压气态储运技术已商业化，是最为广泛的氢能储运方式。长管拖车运输灵活性高，适用于短距离、小体量输氢；液氢存储和固态储氢无需压力容器，运输便捷，是未来实现大规模氢能储运的方向。

氢能产业链下游为氢的综合应用，氢气作为一种工业原料可广泛应用于石油、化工、冶金、电子、医疗等领域，还可通过氢燃料电池或氢内燃机转化为电能和热能，覆盖社会生产生活的方方面面。到2060年，我国氢能需求预计达1.3亿吨，其中工业需求占主导地位，占比约60%；交通运输领域将逐年扩大运用规模，达到31%。

（厦门市老科协 供稿）