最具发展潜力的绿色二次能源——氢能
①在北京冬奥会开幕式上，以“微火”形态呈现的火炬成为许多人脑海中的经典瞬间。而这一瞬间的“幕后推手”，正是氢燃料。氢燃料燃烧过程不排放二氧化碳，氢燃料是如何做到的？这么好的能源，又为什么现在才使用？
②氢，化学元素符号为H，在元素周期表中位于第一位，是最轻的元素，也是宇宙中含量最多的元素，大约占据宇宙质量的75%。氢能作为一种二次能源，与煤、石油、天然气等传统的化石能源不同，难以直接从自然界获取。但氢的热值很高，燃烧相同质量的燃料时，氢所产生的热量是焦炭、汽油等化石燃料的2-4倍；同时氢能具有能量密度高、存储形式多样的特点，可以调配太阳能、风能等作为能源载体。最重要的一点是，氢气仅仅含有氢元素，燃烧的产物中只有水，而传统的化石燃料因为含有碳元素，所以燃烧时会产生大量的二氧化碳。因此氢气作为燃料可以彻底实现零碳排放，在“绿色环保”方面意义重大，被视为21世纪最具发展潜力的绿色二次能源。氢能作为燃料有着丰富的优势，但它的开发和利用充满着诸多挑战。氢能的开发和利用，可以分为制取、储运和终端使用三个环节。需要每个环节同时进步，战胜各自的技术壁垒，才能实现氢气的最终利用。
③虽然氢能是绿色能源，但氢的制取过程却并非完全零碳排。氢能按照其制取方式，可分为灰氢、蓝氢、绿氢三种：灰氢，是通过化石燃料（石油、天然气、煤炭）燃烧产生的氢气，在生产过程中会有二氧化碳的排放。灰氢的生产成本较低，制氢技术也较为简单，目前，市面上绝大多数氢气是灰氢，约占当今全球氢气产量的95%左右；蓝氢，是天然气制氢，在产生温室气体的同时，会使用碳捕捉、利用与封存等技术，对温室气体进行捕获，从而实现低碳排放生产；绿氢，是通过再生能源（太阳能、风能、核能等）制造的氢气，比如通过可再生能源发电进行电解水制氢。在这一过程中，完全没有碳排放，也是制氢的终极目标，但由于目前技术限制，制绿氢成本较高，距离大规模应用仍需时间。
④氢气易燃、易爆，氢能的运输主要有气氢、液氢和固氢输送3种方式。在确保安全的前提下，提高储氢容量、降低成本、提高易取用性是储运技术的重点。储氢技术可分为物理储氢、化学储氢两大类。物理储氢主要有高压气态储氢、低温液态储氢、物理吸附储氢以及地下储氢等方式。高压气态储氢是将氢气压缩储存在高压瓶当中。可在常温操作，充放氢速度快，技术相对成熟；低温液态储氢是将氢气在低温高压条件下液化后储存在容器中，具有储存容器体积小的优点；吸附储氢是通过分子间作用力，以物理吸附将氢气储存在大比表面的材料中；地下储氢是在地下盐层中挖出一个“容器”来储氢，与风光储一体化项目结合，可以充分利用地下空间，有效储存氢气。
⑤当我们足够了解氢的制取与储存之后，关于氢能的利用也被科学家提上了日程。目前氢燃料电池是氢能较为常见的终端应用。早在20世纪60年代，氢燃料电池就已被应用于航空航天，进入70年代后，随着技术的进步和成本的不断降低，氢燃料电池逐渐应用于各大领域，包括发电、汽车、船舶和无人机等。
（刊载于2022年6月，有删改）
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