作为能源，氢的（de）优势十分突出。一是，氢元素（sù）分布广泛，约占宇（yǔ）宙（zhòu）物质总（zǒng）量的81.75%，在地球水体中储量丰富；二是，氢（qīng）气的燃烧（shāo）热值高，是汽（qì）油的（de）3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍；三（sān）是，氢（qīng）气（qì）燃烧的产物只有一种——水（shuǐ）。来源丰富（fù），能量密度高（gāo），清洁（jié）无污染，集三重优势于一（yī）身，在倡导绿色发展的今天，氢能源的开发与利（lì）用受到前所未（wèi）有的重视（shì）。

近年来，我国氢能（néng）技（jì）术及产业快（kuài）速发展（zhǎn）：首列氢能源市域列车完成达速试跑，海水直接制（zhì）氢技术在福建海试成功，《氢（qīng）能产业发展中长期规（guī）划（2021—2035年）》《氢能产业（yè）标准（zhǔn）体系建设（shè）指南（2023版）》等陆续推出……氢能作为清洁能源，为经济（jì）社会发展注入强劲动力，也成为（wéi）深受关（guān）注的科（kē）技话题。

既是清洁能（néng）源，也（yě）是（shì）“多彩”能源（yuán）

氢（qīng）元素并不等于氢能源。从人类利用（yòng）氢能的广义（yì）角度来（lái）看，太阳质量的72%是氢，它几（jǐ）十亿年来通过持续不断的热核聚（jù）变，把氢中的能量转换成光能，源（yuán）源不断地送达（dá）地（dì）球，驱动地球上的（de）物质循（xún）环（huán）与能量（liàng）循环，孕育了地球上的生命。而我们日常生产生活中用（yòng）到（dào）的氢能，主要是氢和（hé）氧进行化学反应释放（fàng）出的化学能。

数百年来，人类（lèi）从未停止对低（dī）能（néng）耗、低（dī）成本（běn）氢能（néng）制取（qǔ）技术的探索。因（yīn）为地球上的氢元（yuán）素只占（zhàn）地（dì）球总质量的（de）0.76%，其中氢单质（zhì），也就是氢分子的（de）赋存（cún）更是极其稀少，所以人类无法像勘探开采（cǎi）石油和煤炭那样（yàng）轻易（yì）找到“氢矿”，而要通过科技手（shǒu）段来制取氢（qīng）气。19世纪后（hòu），氢（qīng）燃料（liào）动力火（huǒ）箭把人类带入瑰丽的太空，氢燃（rán）料电池技（jì）术的出现则让“氢—电（diàn）”直接转换成为可能。直到（dào）今天，科学（xué）家（jiā）仍在努（nǔ）力将地球上的太（tài）阳（yáng）能（néng）、风（fēng）能（néng）、海（hǎi）洋（yáng）能等可再生能源，再度（dù）转化为氢这一清（qīng）洁、高密（mì）度的能源形式。

氢能是“多彩”的。根据（jù）不同制（zhì）取方式，氢能可分为（wéi）绿氢、灰氢、蓝氢、紫氢、金氢等。其中，灰氢来（lái）自煤炭制（zhì）氢、天然气（qì）制氢、工业（yè）副产氢气，属于直接制（zhì）氢，成本较（jiào）低，但需要（yào）消耗煤、天然气等化石（shí）能（néng）源，会（huì）产生（shēng）大量二氧化碳。目前（qián），灰氢产量约占全球氢气产量的九（jiǔ）成以上（shàng）。蓝氢则是在灰氢基础上，将制备过（guò）程中排放的（de）二氧化碳副产品捕获（huò）、利用（yòng）和封存，更加环保。紫（zǐ）氢是利用核能（néng）进行大规模电解水制氢。近年来，地质学家还发现（xiàn）了金氢，它由地下（xià）水（shuǐ）与地（dì）下橄榄（lǎn）石（一种呈绿色的镁铁硅酸盐）等矿（kuàng）物（wù）相互作（zuò）用，使水被还（hái）原为氧气和氢气。在这一过程中，氧气（qì）与矿物中的（de）铁结合，氢气则逃逸到（dào）周围的岩石（shí）中（zhōng），并（bìng）利用地下矿石的石化过程不断再生氢气（qì）。金（jīn）氢因其地质储藏勘测和开采（cǎi）难（nán）度极大（dà），目前尚（shàng）未得（dé）到充分开发利用。

最为重要的绿氢（qīng），是通过（guò）风能或太阳能等可再生清洁能源（yuán）发电，再利用这些清洁电（diàn）能（néng），以电解（jiě）水（shuǐ）方式（shì）制取氢气（qì）。绿（lǜ）氢在（zài）制取过（guò）程中基本不产生温室气体（tǐ），是目前氢能发展的主要趋（qū）势。放眼世界，绿氢成为各国清洁能源转型的重要一环，不少国家出台了相关（guān）政策，鼓励建设（shè）大规模绿氢供应链。2023年8月，我国首（shǒu）个万吨级光伏发电直（zhí）接制绿氢项目（mù）——新疆库车绿氢示（shì）范项目全面建成投产（chǎn），每年可生（shēng）产2万（wàn）吨绿氢，减少二氧化（huà）碳（tàn）排放约48.5万吨。

创新“开采”方式，向海洋要氢

进入21世纪，氢（qīng）能应用（yòng）场景（jǐng）更加广泛。从汽车到船舶，从工厂到（dào）家庭（tíng），氢能出现在（zài）社会生产生活各个方面，不少大型（xíng）城市开始兴建加氢（qīng）站等基础设施，氢能源技（jì）术与产业得到（dào）大规模推广（guǎng）。中国作为氢能（néng）生（shēng）产大国和使用（yòng）大国，有力推动（dòng）氢能发展。在交通领域，2022年我（wǒ）国氢能源（yuán）汽（qì）车保有量首（shǒu）次（cì）突破万辆，预计到2025年（nián）有望增至10万辆（liàng）。

在旺盛的需求（qiú）引导（dǎo）下，绿氢（qīng）制取的成本大大降（jiàng）低。目前，绿氢主要通过（guò）电（diàn）解水来制（zhì）取（qǔ），成（chéng）本的80%来自电解过（guò）程的（de）能耗（hào）。根据工作（zuò）原理、温度以及所用电（diàn）解池材料的不同，电（diàn）解（jiě）水制氢可分为碱性电解（jiě）水、质子交换膜（mó）电解（jiě）水、高温（wēn）固体（tǐ）氧化物（wù）电解（jiě）水3类（lèi）。碱性电解水（shuǐ）技术成熟度较高，具（jù）有成（chéng）本（běn）优势（shì），是现有大规模绿（lǜ）氢工（gōng）程（chéng）项目（mù）的主要方案。质子交换膜电解水（shuǐ）技（jì）术效率高（gāo）于碱性电（diàn）解水，系统集成简单，但需（xū）要使用贵金属铂、铱（yī）等作为催化剂，目前设备成本约为（wéi）碱性电解水的3倍（bèi），未（wèi）来需通过（guò）新型（xíng）催（cuī）化剂的开发（fā）和膜电极制备技术（shù）的发展提升性（xìng）价比。高温（wēn）固体（tǐ）氧（yǎng）化（huà）物电解水技术，则是在500—800摄氏度高温下（xià），将（jiāng）电能和热能（néng）转化为化学能（néng）（氢（qīng）能），氢气被高（gāo）效地分离出（chū）来（lái），被认为是理论效率最高的电解水制氢（qīng）技术。综（zōng）合来看，发展新型电解质材料、提高关键（jiàn）材（cái）料（liào）寿命、优化工作温（wēn）度成为电解（jiě）制氢（qīng）技术的发展方向（xiàng）。

新的制取方式（shì）也在开（kāi）发中。其中，海水（shuǐ）直接电解制氢（qīng）技术和海上风电技（jì）术备受关（guān）注。未来绿氢的大规（guī）模生（shēng）产，与风能、太阳能等可（kě）再生能源相（xiàng）耦合是关键。特（tè）别是在海（hǎi）上风电（diàn）发展迅速，海水资源（yuán）颇（pō）为丰富（地（dì）球水（shuǐ）资源总量的97%）的背景下，利用海水直接电解制氢技术（shù）和海上风电技术向海（hǎi）洋（yáng）要氢（qīng），成（chéng）为绿氢制取的重要（yào）方向（xiàng）。这（zhè）就像（xiàng）在大海上建起一座座“氢（qīng）矿”，产出的绿氢（qīng）可直接通过海上油气管道（dào）等进（jìn）行远（yuǎn）距离运输（shū），提供了（le）大（dà）量氢能。

实现海（hǎi）水直接制氢的设想，要迈过不少技（jì）术（shù）门槛。电解海水（shuǐ）制取氢有两种（zhǒng）方式：一是淡化海水至纯水（shuǐ）再制氢，技术（shù）复（fù）杂、成本高，难以规模化生产；二是海水（shuǐ）直接电（diàn）解制（zhì）氢，难（nán）点在于海（hǎi）水成分复杂（zá），对（duì）设备中的催（cuī）化剂、电极、隔膜要求很高。经（jīng）过长期（qī）攻关，我们尝试用（yòng）物理力学方法（fǎ），在一种透气（qì）不透水的“膜”作用下，把海水里的水汽“抽”出来，隔绝海水中的杂质离子，从而使水汽成为电解制氢用的“纯水”，向电解液补水。2022年11月，这（zhè）一（yī）成果（guǒ）发表（biǎo）在《自（zì）然》杂志，后被科技部评（píng）为2022年中国科学十大进（jìn）展之一。未来，海水直接（jiē）制氢有（yǒu）望（wàng）开辟氢能源技术和产业化新（xīn）赛道。

储用结合，丰（fēng）富利用手（shǒu）段

解决（jué）了（le）氢（qīng）能的来（lái）源（yuán）和制取成本问题，就要考虑如何把氢能送（sòng）达各类应用场景并（bìng）创新氢能（néng）利用方式。储存（cún）和运输，始（shǐ）终是（shì）人类能源（yuán）利用的技术课题。氢气密（mì）度小、易燃烧（shāo），因而储运成（chéng）本高，存在（zài）安全风（fēng）险，长期以来影响着氢能利用（yòng）。为此，科学（xué）家们正尝试将氢（qīng）转化为易储易运的（de）氨或甲（jiǎ）醇，进（jìn）而实现（xiàn）绿氢大（dà）规模应用。比如，以经典的哈伯—博施（shī）工艺（yì）借助（zhù）氮气及（jí）氢气制取氨（ān）气，或利用新兴（xìng）的电（diàn）化（huà）学常压低能耗合成氨（ān）技术（shù），实（shí）现（xiàn）“氢氨（ān）融合”，丰富（fù）了化肥、工业等传统用氨行（háng）业及绿氨掺混发电、绿色（sè）船用燃料等下游新兴领域的能源供给。另外，利用绿氢和二氧（yǎng）化碳合成绿色甲醇（chún），也能实现氢（qīng）能整体的全周（zhōu）期近零（líng）排（pái）放。目前（qián）全球市场对绿色甲醇（chún）、绿氨、生物柴油等绿（lǜ）色清洁（jié）液体燃料（liào）需求巨大，相关产业总产能有待进（jìn）一步提高（gāo），绿色清洁（jié）液体燃料前景广（guǎng）阔，有望（wàng）成为（wéi）更具经济性的（de）绿（lǜ）氢消纳利用新路径。

除了作为化工原料（如石油炼化、合成氨、合成甲醇）和（hé）工业工（gōng）艺气体（tǐ）（如钢铁、半导体（tǐ）行（háng）业还（hái）原（yuán）剂）等传统使（shǐ）用方式（shì）外，绿氢（qīng）还可（kě）以作为能源、燃料来使用。氢燃（rán）料（liào）电池是目前被（bèi）广泛（fàn）看好的氢能利用路线。氢燃料（liào）电池汽车（chē）具备零排放、零（líng）污染、无噪声、补充燃料（liào）快、续（xù）航（háng）能（néng）力强等优势。2022年（nián）北（běi）京冬奥会期间，超过1000辆（liàng）氢能源汽（qì）车投入使用，并配备了（le）30多个加氢（qīng）站，这是（shì）迄今（jīn）为止氢燃料电（diàn）池汽车在全（quán）球最大规模的集中示范（fàn）运营（yíng）。

在新技术加持下，氢能交通（tōng）工具可（kě）以（yǐ）实现风、光、水（shuǐ）到氢再到（dào）水（shuǐ）的“无碳物质闭环”，构成（chéng）绿色发展的一次次清洁能（néng）量循环。比如氢能源市域列车，以每天500公里里程计，每年（nián）大约（yuē）可减少10余（yú）吨二氧化碳排放。未（wèi）来（lái），氢能大巴、氢能重卡、氢动力船舶、氢动力无人机（jī）等都（dōu）可（kě）能（néng）出现，氢（qīng）能交（jiāo）通工（gōng）具（jù）也有望与其他（tā）新（xīn）能源交通工具（jù）一道，构筑城乡发展的运（yùn）力网络。

展望未来，在实现“双碳”目标（biāo）的过（guò）程中，氢能源（yuán）将（jiāng）在交通、工业、建筑、电（diàn）力、国（guó）防、航空航天等领域发挥更（gèng）大作用。这需要科研（yán）工作者和一线企业共同努（nǔ）力，开（kāi）发氢能制取、储（chǔ）存、运输、利用等一系列新技术。时不（bú）我待，元素周期表上（shàng）的第（dì）一个（gè）名字（zì），还有许多奥秘等待我们去探索发现。