在兩個月前的冬奧會開幕式上，以“微火”形態呈現的火炬成為許多人腦海中經典瞬間，而這一瞬間的“幕后推手”，正是氫燃料。同樣，冬奧會上的接力火炬使用的也是氫燃料，實現了冬奧會歷史上火炬燃燒零碳排放。據北京冬奧組委會公布的數據，1000多輛氫燃料汽車和配備的30多個加氫站進行了示范運營，落實貫徹“綠色辦奧”理念。

燃燒過程不排放二氧化碳，氫燃料是如何做到的？這麼好的能源，又為什麼現在才使用？關於氫能的問題有很多，讓我們一起一探究竟吧。

氫的概念：未來可期的二次能源

氫，化學元素符號為H，在元素周期表中位於第一位，是最輕的元素，也是宇宙中含量最多的元素，大約佔據宇宙質量的75%。在地球上，自然條件形成的單質相對罕見，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），是同質量焦炭、汽油等化石燃料熱值的2–4倍，也就是說燃燒相同質量的燃料時，氫所產生的熱量是焦炭、汽油等化石燃料的2–4倍﹔同時氫能具有能量密度高、存儲形式多樣的特點，可以調配太陽能、風能等作為能源載體。

最重要的一點是，氫氣僅僅含有氫元素，因此燃燒的產物中隻有水，而傳統的化石燃料因為含有碳元素，所以燃燒時會產生大量的二氧化碳。因此氫氣作為燃料可以徹底實現零碳排放，在“綠色環保”方面意義重大，被視為 21 世紀最具發展潛力的綠色二次能源。

據國際氫能委員會預測，到2050年，氫能將承擔全球18%的能源終端需求，創造超過2.5萬億美元的市場價值。以上種種，足以見得氫能的重要性。

盡管氫能作為燃料有著如此豐富的優勢，但關於它的開發和利用，卻又充滿著諸多挑戰。氫能的開發和利用，可以分為制取、儲運和終端使用三個環節。需要每個環節同時進步，戰勝各自的技術壁壘，才能實現氫氣的最終利用。

氫的制取：“灰藍綠”是指顏色嗎？

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

灰氫，是通過化石燃料（石油、天然氣、煤炭）燃燒產生的氫氣，在生產過程中會有二氧化碳的排放。灰氫的生產成本較低，制氫技術也較為簡單，目前，市面上絕大多數氫氣是灰氫，約佔當今全球氫氣產量的95％左右。

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

綠氫，是通過再生能源（太陽能、風能、核能等）制造的氫氣，比如通過可再生能源發電進行電解水制氫。在這一過程中，完全沒有碳排放，也是制氫的終極目標，但由於目前技術限制，制綠氫成本較高，距離大規模應用仍需時間。

氫的儲運：這是個技術活兒

氫氣易燃、易爆，在空氣中的體積濃度在4.0%∼75.6%之間時，遇火源就會爆炸。同時，氫氣本身活躍性較高，容易和鋼材發生“氫脆”現象，導致儲運裝置材料力學性能下降、塑性下降，出現開裂或損傷的情況。氫能的運輸通常根據儲氫狀態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。

那麼，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的重點。儲氫技術可分為物理儲氫、化學儲氫兩大類。

1、物理儲氫

物理儲氫主要有高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、物理吸附儲氫以及地下儲氫等方式。

高壓氣態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，技術相對成熟。

低溫液態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點。但這一方法需要容器保持低溫絕熱真空，對於技術也是個不小的挑戰。

吸附儲氫是通過分子間作用力，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儲氫相比是在地下鹽層中挖出一個“容器”來儲氫，與風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、化學儲氫

化學儲氫通過利用儲存介質與氫氣結合為穩定化合物的方式實現氫儲存，用氫時，再通過加熱或其他方式使化合物分解放氫，同時回收儲存介質。

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，關於氫能的利用也被科學家提上了日程。目前氫燃料電池是氫能較為常見的終端應用。早在20世紀60年代，氫燃料電池就已被應用於航空航天，進入70年代后，隨著技術的進步和成本的不斷降低，氫燃料電池逐漸應用於各大領域，包括發電、汽車、船舶和無人機等。

冬奧會上氫能成為“主角”能源的場景，不僅是面向全社會的宣傳推廣，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。氫能發展道阻且長，行則將至，讓我們共同期待“氫自由”的那一天。

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