氢能：能源转型的希望之光

在全球积极应对气候变化、努力实现碳减排目标的大背景下，清洁能源的开发与利用成为了时代的主旋律。氢能，作为一种极具潜力的清洁能源，正逐渐走进人们的视野，成为能源领域研究与发展的焦点。它不仅被视为解决当前能源困境的关键路径，更承载着人类对未来可持续能源体系的美好憧憬。

氢，作为宇宙中分布最为广泛的元素，构成了宇宙质量的 75%。在地球上，氢主要以化合态的形式存在，水便是其重要的储存载体。氢能，简单来说，是通过氢和氧的化学反应所释放出的化学能。作为一种二次清洁能源，它具有诸多令人瞩目的特性。首先，氢的燃烧热值极高，是汽油的 3 倍、酒精的 3.9 倍、焦炭的 4.5 倍。这意味着相同质量的氢在燃烧时能够释放出远超传统化石燃料的能量，为能源供应提供了强大的动力支持。其次，氢燃烧的产物只有水，不产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物，真正做到了零污染排放，是当之无愧的 “最干净的能源”。此外，氢的资源丰富，可持续性强，若能将海水中的氢全部提取出来，其所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量总和还要大 9000 倍。这些显著优势，使得氢能在能源领域脱颖而出，成为了众多国家和科研机构竞相研究与发展的对象。

[此处插入一张氢能相关的图片，比如展示氢气燃烧的火焰、氢燃料电池汽车运行、电解水制氢设备等能体现氢能应用或制取过程的图片]

氢能的应用领域广泛且前景广阔

在工业领域，氢气早已是重要的工业原料，被广泛应用于合成氨、合成甲醇、石油化工和冶金等诸多关键产业。在双碳目标的严格约束下，氢基能源在工业领域的应用规模预计将迎来快速增长。在化学工业中，氢气是合成氨、甲醇等产品的核心原料之一；在炼油工业里，氢气被大量用于对石脑油、粗柴油、燃料油、重油的脱硫、石油炼制、催化裂化以及不饱和烃等的加氢精制，以显著提高油品的质量；在尼龙塑料、农药、油脂化学和精细化学品加工过程中，氢气同样不可或缺，用于生产相应的产品。在电子工业中，氢气主要担当保护气体的角色。在电子材料、半导体材料和器件、集成电路及电真空器件的生产过程中，高纯氢作为还原气、携带气和保护气，发挥着至关重要的作用。在冶金工业，诸如钨、钼、钛等有色金属的生产和加工，均需使用氢气作为还原剂和保护气。在硅钢片、磁性材料和磁性合金的生产中，高纯氢气用于提高材料的磁性和稳定性。粉末冶金生产以及薄板和带钢轧制过程中，常用氢 — 氮混合气体作为保护气。在油脂工业，氢气用于将液态油氢化为固态或半固态的脂肪，生产人造奶油或肥皂工业用的硬化油，不仅能使油脂稳定贮存，还能有效抵抗细菌的生长，提高油的黏度。氢气还广泛应用于动植物油脂的硬化，如制造人造奶油、脆化奶油、润滑脂等。在轻工业，例如石英玻璃、人造宝石的制造和加工，以及浮法玻璃生产中，氢气被用作燃烧气或保护气。同时，氢气还可作为汽轮发电机的冷却剂，发挥其高效的散热性能。

交通领域，化石能源的清洁绿色替代是实现碳减排的关键路径之一。绿色氢基能源作为交通燃料，在公路交通、铁路交通、航空、航海等多个场景展现出巨大的应用潜力，为未来交通运输行业的低碳转型提供了有效的解决方案。近年来，氢燃料电池汽车发展迅猛。与纯电动汽车和传统燃油车相比，燃料电池汽车具有温室气体排放低、燃料加注时间短、续航里程高等突出优点，尤其适用于中长距离或重载运输。目前，燃料电池汽车产业政策优先支持商用车发展，国内现阶段的燃料车主要以客车和重卡等商用车为主，乘用车则多应用于租赁领域。在铁路交通领域，氢能的应用主要体现在以氢基能源燃料电池替代传统内燃机，为火车提供全新的动力来源。氢基动力火车具有无需对现有铁路轨道进行电气化改造即可实现铁路运输行业减排的显著优势，同时具备零排放、可持续、运行效率高、安全性高等特点。航空业的碳排量主要源于化石能源的燃烧，氢能的应用可以有效减少航空业对原油的依赖，大幅降低温室及有害气体排放。航运业的碳减排主要依赖于氢、氨等新型低碳技术和燃料的开发及商业化。氢动力船舶基于燃料电池的氢能应用模式，不仅能实现能源的高效利用、达到零排放，还能提升船舶的舒适度，高度契合未来绿色船舶市场的需求，具有极为广阔的应用前景。

电力领域，氢能源具有发电、储能、远距离传输和供应电力等多重用途。氢气可以通过氢能源发电厂转化为电能，也可借助太阳能电池板或燃料电池实现这一转化过程。氢能发电在解决电网削峰填谷、促进新能源稳定并网方面发挥着重要作用，能够显著提高可再生能源所发电力并网的稳定性以及电力系统的安全性和灵活性，同时大幅降低碳排放。目前，主要采用氢燃料电池发电技术与新能源耦合发电技术。其中，燃料电池发电技术减少了对煤炭的依赖，降低了二氧化碳排放，且发电效率极高。建筑领域的用能需求主要集中在供暖（空间采暖）和供热（生活热水）方面，传统的供暖供热方式主要依赖煤炭和天然气等化石能源的燃烧。将氢基能源作为未来建筑用能的主要载体，能够有力推动建筑领域的低碳绿色发展。氢基能源在建筑领域的应用主要包括天然气管道掺氢和建筑热电联供系统。

氢能产业的发展现状与挑战并存

近年来，全球氢能产业呈现出快速发展的态势。截至 2024 年底，全球可再生能源制氢项目累计建成产能超 25 万吨 / 年，而我国在这一领域成绩斐然，占比超 50%，已逐步跃居全球可再生能源制氢及相关产业发展的前列。国际氢能委员会与麦肯锡公司联合发布的《全球氢能指南》报告显示，目前全球已有超过 500 个清洁氢能项目趋于成熟，总投资额高达 1100 亿美元，仅过去一年就增加了 350 亿美元。过去五年间，氢能行业投资年增长率超过 50%，当前承诺的总产能已超过 600 万吨 / 年，其中 100 万吨 / 年已投入运营。然而，在蓬勃发展的背后，氢能产业也面临着诸多严峻的挑战。

从市场应用层面来看，在交通领域，氢燃料电池汽车虽备受关注，但发展速度仍未达预期。今年作为氢燃料电池汽车示范收官之年，整体市场增量阶段性放缓，目前氢燃料电池汽车保有量与 “到 2025 年保有量达 5 万辆” 的规划目标仍存在一定差距。在基础设施建设方面，加氢站的建设数量虽稳步增长，但与市场需求相比，缺口依然巨大。建设成本高、运营难度大等问题，严重制约着加氢站的快速布局。此外，氢能产业链各环节的技术仍有待进一步突破，绿氢的大规模应用仍面临成本过高等难题，这些因素极大地限制了氢能市场的大规模拓展，也对氢能企业的经营状况造成了不利影响。当前，我国氢能行业尚处于商业化发展初期，产业成熟度与市场规模尚未达到理想水平，在技术创新、成本控制、应用场景拓展等方面仍需持续发力，以突破发展瓶颈。例如，我国目前主要采用网电制氢，但网电制氢成本难以有效降低，关键在于实现就地消纳光伏、风电的余电来制氢，即离网制氢。然而，新能源电源的波动性与化工生产所需的稳定性之间存在天然的耦合难题，柔性制氢技术成为行业亟待攻克的难点。部分企业已在这方面展开探索，如阳光氢能董事长彭超才介绍，其公司的柔性制氢基于六大核心技术、三大核心设备，实现了制氢系统与风、光、储、网等多种能源形式及多种应用场景的柔性融合，构建了灵活、高效、友好的绿电制氢系统。但彭超才也强调，当前绿氢项目面临下游承购商不明确及制造商产能过剩风险。据有关机构预测，到 2025 年全球电解槽厂商产能将达 105GW，超过绿氢项目需求量，存在产能过剩风险。

氢能的未来充满希望与无限可能

尽管面临诸多挑战，但展望未来，氢能产业依然充满希望。随着技术的不断创新与突破，绿氢成本有望趋近灰氢成本。中国科学院院士唐叔贤以包头市为例进行预测，当地制取绿氢的成本在几年内有望降至 12 元 / 千克，届时氢能市场需求量将迎来爆发式增长。水电水利规划设计总院院长助理兼办公室主任彭烁君表示，“十五五” 时期，国内绿氢需求规模预计为 240 万吨 / 年至 430 万吨 / 年。在项目布局方面，内蒙古、东三省、新疆等地适宜开展基地化可再生能源制氢布局；在基础设施方面，将重点建设由内蒙古至京津冀鲁的长距离输氢管网，同时规划建设由内蒙古至陕西、宁夏、山西的输氢管网，以及由蒙东及东三省至上海的绿色甲醇专用航道。

为推动氢能产业健康、可持续发展，业内专家提出了一系列建议。在技术研发方面，应加强绿氢相关技术的研发和应用，重点支持高灵活性电解水制氢、光解水制氢等前沿技术的研究，以提高绿氢生产效率和经济性。在基础设施布局上，需超前谋划，统筹规划全国氢能基础设施网络建设。鼓励多种储运技术并行发展，建立安全高效的氢能物流体系，并推动氢能与电网、天然气网的融合发展。在区域协同方面，制定全国氢能产业布局规划，促进区域间优势互补和协同发展，建立跨区域乃至跨国的氢能交易机制，实现资源的高效配置。在政策支持体系上，进一步完善氢能产业标准体系，优化财税、金融支持政策，建立碳定价机制，提高绿氢的市场竞争力，同时加强国际合作，积极参与全球氢能治理。

随着全球对气候变化问题的关注度不断提升，以及对清洁能源需求的持续增长，氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源，其发展前景极为广阔。它有望在未来能源体系中占据重要地位，成为能源终端实现绿色低碳转型的核心载体，推动全球能源结构向更加清洁、可持续的方向转变。然而，要实现这一宏伟目标，还需要政府、企业、科研机构以及社会各界的共同努力，携手攻克技术难题、降低成本、完善基础设施，为氢能产业的蓬勃发展创造良好的环境。

关于氢能，常见的问答如下：

1. 氢能的制取方式主要有哪些？：目前主要有化石燃料重整制氢、电解水制氢、生物质制氢等。化石燃料重整制氢技术较为成熟，但会产生一定碳排放；电解水制氢若利用可再生能源发电进行，则可实现绿色制氢；生物质制氢是利用生物质资源转化为氢气。
2. 氢能储存和运输存在哪些困难？：氢气密度小，储存难度大，高压气态储氢需要特殊高压容器，成本较高且存在一定安全风险；液态储氢则需要将氢气冷却至极低温度，能耗大。运输方面，长距离运输基础设施不完善，管道输氢建设成本高，气氢拖车运输效率相对较低。
3. 氢燃料电池汽车与传统燃油汽车相比，优势体现在哪里？：氢燃料电池汽车温室气体排放低甚至可达零排放，对环境友好；燃料加注时间短，与传统燃油车加油时间相近，不像电动汽车充电时间较长；续航里程相对较高，能满足中长距离出行需求。
4. 发展氢能产业对国家能源安全有何重要意义？：可以减少对传统化石能源进口的依赖，降低因国际能源市场波动带来的风险，构建多元化的能源供应体系，增强国家能源供应的稳定性和自主性。
5. 目前制约氢能大规模应用的关键因素是什么？：主要是成本问题，包括制氢成本、储存运输成本以及终端应用设备成本较高。此外，技术仍需进一步突破，如提高制氢效率、改进储氢和输氢技术等，基础设施建设滞后也限制了其大规模推广。