氢能源为经济社会发展注入强劲动力
发布时间：2024-06-14 23:11:34
作为能源，氢的优势十分突出。一是，氢元素分布广，约占宇宙物质总量的81.75%，在地球水体中储量丰富；二是，氢气的热值高，是汽油的3倍、焦炭的4.5倍；三是，氢气的产物只有一种——水。来源丰富，能量密度高，清洁无污染，集三重优势于一身，倡导绿色发展，氢能源的开发与利用受到前所未有的重视。氢元素并不等于氢能源。从人类利用氢能的广义角度来看，太阳质量的72%是氢，它几十亿年来通过持续不断的热核聚变，把氢中的能量转换成光能，源源不断地送达地球，驱动地球上的物质循环与能量循环，孕育了地球上的生命。而我们日常生产生活中用到的氢能，主要是氢和氧进行化学反应释放出的化学能。
氢能是“多彩”的。根据不同制取方式，氢能可分为绿氢、灰氢、蓝氢、紫氢、金氢等。其中，灰氢来自煤炭制氢、天然气制氢、工业副产氢气，属于直接制氢，成本较低，但需要消耗煤、天然气等化石能源，会产生大量二氧化碳。目前，灰氢产量约占全球氢气产量的九成以上。蓝氢则是在灰氢基础上，将制备过程中排放的二氧化碳副产品捕获、利用和封存。紫氢是利用核能进行大规模电解水制氢。近年来，地质学家还发现了金氢，它由地下水与地下橄榄石（一种呈绿色的镁铁硅酸盐）等矿物相互作用，使水被还原为氧气和氢气。在这一过程中，氧气与矿物中的铁结合，氢气则逃逸到周围的岩石中，并利用地下矿石的石化过程不断再生氢气。金氢因其地质储藏勘测和开采难度极大，目前尚未得到充分开发利用。
绿氢，是通过风能或太阳能等可再生清洁能源发电，再利用这些清洁电能，以电解水方式制取氢气。绿氢在制取过程中基本不产生温室气体，是目前氢能发展的主要趋势。
解决了氢能的来源和制取成本问题，就要考虑如何把氢能送达各类应用场景并创新氢能利用方式。储存和运输，始终是人类能源利用的技术课题。氢气密度小、易燃，因而储运成本高，存在安全，长期以来影响着氢能利用。为此，科学家们正尝试将氢转化为易储易运的氨或甲醇，进而实现绿氢大规模应用。比如，以经典的哈伯—博施工艺借助氮气及氢气制取氨气，或利用新兴的电化学常压低能耗合成氨技术，实现“氢氨融合”，丰富了化肥、工业等传统用氨行业及绿氨掺混发电、绿色船用燃料等下游新兴领域的能源供给。另外，利用绿氢和二氧化碳合成绿色甲醇，也能实现氢能整体的全周期近零排放。目前全球市场对绿色甲醇、绿氨、柴油等绿色清洁液体燃料需求巨大，相关产业总产能有待进一步提高，绿色清洁液体燃料前景广阔，有望成为更具经济性的绿氢消纳利用新路径。
除了作为化工原料（如石油炼化、合成氨、合成甲醇）和工业工艺气体（如钢铁、半导体行业还原剂）等传统使用方式外，绿氢还可以作为能源、燃料来使用。氢燃料电池是目前被看好的氢能利用路线。氢燃料电池汽车具备零排放、零污染、无噪声、补充燃料快、续航能力强等优势。2022年北京冬奥会期间，超过1000辆氢能源汽车使用，并配备了30多个加氢站，这是迄今为止氢燃料电池汽车在全球大规模的集中示范运营。
在新技术加持下，氢能交通工具可以实现风、光、水到氢再到水的“无碳物质闭环”，构成绿色发展的一次次清洁能量循环。比如氢能源市域列车，以每天500公里里程计，每年大约可减少10余吨二氧化碳排放。未来，氢能大巴、氢能重卡、氢动力船舶、氢动力无人机等都可能出现，氢能交通工具也有望与其他新能源交通工具一道，构筑城乡发展的运力网络。
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