在兩個(gè)月前的冬奧會(huì )開(kāi)幕式上，以“微火”形態(tài)呈現的火炬成為許多人腦海中經(jīng)典瞬間，而這一瞬間的“幕后推手”，正是氫燃料。同樣，冬奧會(huì )上的接力火炬使用的也是氫燃料，實(shí)現了冬奧會(huì )歷史上火炬燃燒零碳排放。據北京冬奧組委會(huì )公布的數據，1000多輛氫燃料汽車(chē)和配備的30多個(gè)加氫站進(jìn)行了示范運營(yíng)，落實(shí)貫徹“綠色辦奧”理念。

燃燒過(guò)程不排放二氧化碳，氫燃料是如何做到的？這么好的能源，又為什么現在才使用？關(guān)于氫能的問(wèn)題有很多，讓我們一起一探究竟吧。

氫的概念：未來(lái)可期的二次能源

氫，化學(xué)元素符號為H，在元素周期表中位于第一位，是最輕的元素，也是宇宙中含量最多的元素，大約占據宇宙質(zhì)量的75%。在地球上，自然條件形成的單質(zhì)相對罕見(jiàn)，因此，氫能作為一種二次能源，與煤、石油、天然氣等傳統的化石能源不同，難以直接從自然界獲取。既然如此，氫能為何又成為了燃料呢？

這是因為氫的熱值很高（120.0MJ/kg），是同質(zhì)量焦炭、汽油等化石燃料熱值的2–4倍，也就是說(shuō)燃燒相同質(zhì)量的燃料時(shí)，氫所產(chǎn)生的熱量是焦炭、汽油等化石燃料的2–4倍；同時(shí)氫能具有能量密度高、存儲形式多樣的特點(diǎn)，可以調配太陽(yáng)能、風(fēng)能等作為能源載體。

最重要的一點(diǎn)是，氫氣僅僅含有氫元素，因此燃燒的產(chǎn)物中只有水，而傳統的化石燃料因為含有碳元素，所以燃燒時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的二氧化碳。因此氫氣作為燃料可以徹底實(shí)現零碳排放，在“綠色環(huán)?！狈矫嬉饬x重大，被視為 21 世紀最具發(fā)展潛力的綠色二次能源。

據國際氫能委員會(huì )預測，到2050年，氫能將承擔全球18%的能源終端需求，創(chuàng )造超過(guò)2.5萬(wàn)億美元的市場(chǎng)價(jià)值。以上種種，足以見(jiàn)得氫能的重要性。

盡管氫能作為燃料有著(zhù)如此豐富的優(yōu)勢，但關(guān)于它的開(kāi)發(fā)和利用，卻又充滿(mǎn)著(zhù)諸多挑戰。氫能的開(kāi)發(fā)和利用，可以分為制取、儲運和終端使用三個(gè)環(huán)節。需要每個(gè)環(huán)節同時(shí)進(jìn)步，戰勝各自的技術(shù)壁壘，才能實(shí)現氫氣的最終利用。

氫的制?。骸盎宜{綠”是指顏色嗎？

雖然氫能是綠色能源，但氫的制取過(guò)程卻并非完全零碳排。氫能按照其制取方式，可分為灰氫、藍氫、綠氫三種。

灰氫，是通過(guò)化石燃料（石油、天然氣、煤炭）燃燒產(chǎn)生的氫氣，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )有二氧化碳的排放?；覛涞纳a(chǎn)成本較低，制氫技術(shù)也較為簡(jiǎn)單，目前，市面上絕大多數氫氣是灰氫，約占當今全球氫氣產(chǎn)量的95％左右。

藍氫，是天然氣制氫，在產(chǎn)生溫室氣體的同時(shí)，會(huì )使用碳捕捉、利用與封存（CCUS）等技術(shù)，對溫室氣體進(jìn)行捕獲，從而實(shí)現低碳排放生產(chǎn)。

綠氫，是通過(guò)再生能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等）制造的氫氣，比如通過(guò)可再生能源發(fā)電進(jìn)行電解水制氫。在這一過(guò)程中，完全沒(méi)有碳排放，也是制氫的終極目標，但由于目前技術(shù)限制，制綠氫成本較高，距離大規模應用仍需時(shí)間。

氫的儲運：這是個(gè)技術(shù)活兒

氫氣易燃、易爆，在空氣中的體積濃度在4.0%～75.6%之間時(shí)，遇火源就會(huì )爆炸。同時(shí)，氫氣本身活躍性較高，容易和鋼材發(fā)生“氫脆”現象，導致儲運裝置材料力學(xué)性能下降、塑性下降，出現開(kāi)裂或損傷的情況。氫能的運輸通常根據儲氫狀態(tài)的不同和運輸量的不同有所調整，主要有氣氫、液氫和固氫輸送3種方式。

那么，在確保安全的前提下，提高儲氫容量、降低成本、提高易取用性就是儲運技術(shù)的重點(diǎn)。儲氫技術(shù)可分為物理儲氫、化學(xué)儲氫兩大類(lèi)。

1、物理儲氫

物理儲氫主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、物理吸附儲氫以及地下儲氫等方式。

高壓氣態(tài)儲氫是將氫氣壓縮儲存在高壓瓶當中。這種方式可在常溫操作，充放氫速度快，技術(shù)相對成熟。

低溫液態(tài)儲氫是將氫氣在低溫高壓條件下液化后儲存在容器中，具有儲存容器體積小的優(yōu)點(diǎn)。但這一方法需要容器保持低溫絕熱真空，對于技術(shù)也是個(gè)不小的挑戰。

吸附儲氫是通過(guò)分子間作用力，以物理吸附將氫氣儲存在大比表面的材料中。

地下儲氫與傳統氣瓶?jì)湎啾仁窃诘叵蔓}層中挖出一個(gè)“容器”來(lái)儲氫，與風(fēng)光儲一體化項目結合，可以充分利用地下空間，有效儲存氫氣。

2、化學(xué)儲氫

化學(xué)儲氫通過(guò)利用儲存介質(zhì)與氫氣結合為穩定化合物的方式實(shí)現氫儲存，用氫時(shí)，再通過(guò)加熱或其他方式使化合物分解放氫，同時(shí)回收儲存介質(zhì)。

氫的終端使用：用在電池上效果杠杠

當我們足夠了解氫的制取與儲存之后，關(guān)于氫能的利用也被科學(xué)家提上了日程。目前氫燃料電池是氫能較為常見(jiàn)的終端應用。早在20世紀60年代，氫燃料電池就已被應用于航空航天，進(jìn)入70年代后，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和成本的不斷降低，氫燃料電池逐漸應用于各大領(lǐng)域，包括發(fā)電、汽車(chē)、船舶和無(wú)人機等。

冬奧會(huì )上氫能成為“主角”能源的場(chǎng)景，不僅是面向全社會(huì )的宣傳推廣，更是我國向世界展現出能源結構轉型，踐行碳達峰、碳中和承諾的決心與能力。氫能發(fā)展道阻且長(cháng)，行則將至，讓我們共同期待“氫自由”的那一天。