中國儲能網(wǎng)訊：氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，在全球能源轉型和應對氣候變化中扮演著日益重要的角色。本版今日起刊發(fā)“關注氫能”系列科普報道。這一期，讓我們先來了解什么是氫能吧。
清潔低碳
氫在元素周期表中位于第一位，是地球上質(zhì)量最輕的化學元素。氫在地球上主要以化合物的形態(tài)儲存于水和化石燃料中，是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，構成了宇宙質(zhì)量的75%。
氫儲量豐富，來源廣泛，能夠滿足大規(guī)模應用需求。在氫的應用過程中，氫與氧反應只生成能量和水，氫在燃料電池電化學反應過程中或是作為工業(yè)原料，都不會產(chǎn)生污染物和二氧化碳，可以真正實現(xiàn)零碳排放。
氫不僅可以作為單一的能源載體，還能夠與其他化學元素結合生成多種氫基衍生物，如氨、甲醇等，在能源和工業(yè)領域具有豐富的應用場景。氨由氫氣和氮氣反應合成，是化肥生產(chǎn)的關鍵原料，還可作為無碳燃料或氫氣的運輸載體，解決現(xiàn)階段氫氣儲存和運輸不便的難題。甲醇由氫氣與一氧化碳或二氧化碳反應生成，是化工生產(chǎn)的重要原料，也因較高的能量密度和相對穩(wěn)定的化學性質(zhì)，成為燃料電池與內(nèi)燃機的替代燃料之一。
與其他常見燃料相比，氫熱值高，利用形式多樣，可作為替代化石燃料的新型燃料。氫既可以通過氫內(nèi)燃機和氫燃氣輪機直接燃燒提供動力和電力，還能夠通過氫燃料電池發(fā)生電化學反應實現(xiàn)供電供熱。
氫能是指氫作為能量載體通過化學反應產(chǎn)生的能源。比如，氫氣在燃料電池中與氧氣反應生成水，并在此過程中產(chǎn)生電能；或直接燃燒產(chǎn)生熱能。氫能在自然界不是天然存在的，需要通過一次能源化學加工或轉化產(chǎn)生。氫能具有來源廣泛、便于儲存、靈活高效、清潔低碳、安全可控的特點，被廣泛認為是未來最具有發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉?，正逐步成為全球能源轉型發(fā)展的重要載體之一。
氫能可以實現(xiàn)大規(guī)模存儲、遠距離輸送和“氫—電”互換，對于優(yōu)化能源結構、保障能源安全具有重要意義。一方面，氫能可以規(guī)?；娲茉?，降低我國油氣對外依存度。通過可再生能源大規(guī)模電解水制取的氫氣（綠氫），可在交通、化工等領域大規(guī)模替代石油和天然氣，有效減少油氣進口，保障國家能源對外安全。另一方面，建立“電氫體系”，可以實現(xiàn)國家能源供給多元化。氫能作為實體能源，運輸途徑多樣，能實現(xiàn)跨時間和跨地域的時空轉移。未來如果建成氫能供給與應用網(wǎng)絡，可以提升我國能源系統(tǒng)的安全性。
我國具有良好的制氫基礎與大規(guī)模的應用市場，發(fā)展氫能優(yōu)勢顯著。近年來，氫能的應用場景加速拓展，產(chǎn)業(yè)鏈中下游實現(xiàn)“多點開花”。我國首列氫能源市域列車成功達速試跑，實現(xiàn)全系統(tǒng)、全場景、多層級的性能驗證；全球首個氫氣品質(zhì)移動檢測車公開亮相，攻克可移動化氣體痕量高精度分析技術的“卡脖子”難題；國家能源氫儲運創(chuàng)新平臺推動我國氫儲運關鍵技術自主化和產(chǎn)業(yè)鏈自控……
氫能產(chǎn)業(yè)鏈
氫能產(chǎn)業(yè)鏈有多個環(huán)節(jié)，上游是氫氣的制備環(huán)節(jié)，中游是氫氣的儲運環(huán)節(jié)，下游是氫氣的加注與應用環(huán)節(jié)。
氫氣需要通過制氫技術進行提取。氫氣的主要制取技術包括化石燃料制氫（如煤制氫、石油制氫、天然氣制氫等）和非化石燃料制氫（如電解水制氫、生物質(zhì)制氫、太陽能制氫等）?，F(xiàn)有制氫技術大多依賴化石能源，無法避免碳排放。氫能根據(jù)制取方式和碳排放量不同，主要分為灰氫、藍氫、綠氫三種。
●灰氫：通過化石燃料（如煤炭、天然氣）制取氫氣，對釋放的二氧化碳不做任何處理，碳排放量高。由于生產(chǎn)成本較低且技術相對成熟，目前，灰氫占了全球氫氣產(chǎn)量的最大份額。
●藍氫：在化石能源制氫的基礎上利用碳捕集、利用與封存技術捕獲和存儲生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳。由于碳排放量遠低于灰氫，藍氫被視為過渡性低碳能源。
●綠氫：通過可再生能源（如太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能等）生產(chǎn)的氫氣，在制氫過程中基本上不產(chǎn)生溫室氣體，因此被稱為“零碳氫氣”，被視為未來氫能生產(chǎn)的理想來源。
氫氣的存儲與運輸是連接氫氣生產(chǎn)和終端應用的關鍵環(huán)節(jié)。作為一種清潔能源，氫氣的儲運不僅直接制約其在能源系統(tǒng)中的應用效率，也對氫能經(jīng)濟的整體成本構成起到重要作用。氫氣的存儲方式在很大程度上取決于其用途、存儲量及運輸距離，目前主要包括高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫三種。各種方式根據(jù)其技術特點，有著相應的應用場景。從技術發(fā)展方向看，高壓氣態(tài)儲氫技術比較成熟。氫氣的運輸方式包括高壓氣態(tài)運輸、低溫液態(tài)運輸以及管道輸氫等，方式的選擇取決于運輸距離、運輸量及經(jīng)濟性。
氫能在交通、工業(yè)、建筑和電力等諸多領域均有廣闊應用前景。在交通領域，公路長途運輸、鐵路、航空及航運將氫能視為減少碳排放的重要燃料之一。氫能除了具有能源燃料屬性外，還是重要的工業(yè)原料，可代替焦炭和天然氣作為還原劑，消除煉鐵和煉鋼過程中的絕大部分碳排放。在電力領域，通過“電—氫—電”的轉化方式，氫能可成為一種新型的儲能形式。同時，電氫耦合也將在我國構建現(xiàn)代能源體系中發(fā)揮重要作用。
快速發(fā)展
在全球應對氣候變化挑戰(zhàn)的大背景下，氫能已成為全球主要國家加快能源轉型升級、培育經(jīng)濟新增長點的重要戰(zhàn)略選擇。目前，已有60多個國家和地區(qū)將氫能納入能源戰(zhàn)略。
2022年3月，我國印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，系統(tǒng)謀劃和整體推進氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，努力打造多元主體、協(xié)同創(chuàng)新、集群發(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)。近年來，在該規(guī)劃的指導下，我國系統(tǒng)推進氫能全產(chǎn)業(yè)鏈建設，在創(chuàng)新體系培育、基礎設施布局、應用場景拓展及政策制度完善等領域持續(xù)發(fā)力，已初步構建起較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)體系，氫能產(chǎn)業(yè)“制儲輸用”各環(huán)節(jié)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢。
目前，我國已建成可再生能源制氫項目產(chǎn)能占全球比例超50%，我國成為可再生能源制氫及相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展引領者。“三北”地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一批項目建成投運，逐步貫通氫能“制取—儲運—應用”全流程，發(fā)揮了較好示范作用。同時，我國積極推動氫能產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈、創(chuàng)新鏈合作，參與國際標準和認證體系建設，為全球能源轉型貢獻中國智慧。
