点水成“火” 我国氢能产业发展提速

• 2023-05-27 09:03:14 来源：科普时报

视觉中国供图

日前，国家能源局印发《2023年能源工作指导意见》，重点提及攻关新型储能关键技术和绿氢制储运用技术，推动储能、氢能规模化应用。今年，我国氢能行业将进入发展的快车道。

人类需要的氢能来自哪里？主要是水。当人类一次又一次遭遇能源危机，那一望无际的水乡泽国让人们看到了不灭的希望。俗话说：水火不相容。然而，事实上水火是可以相容的，用来灭火的水中蕴含了无穷无尽的“火”——能源。人类如果能用上点水成“火”的“魔法”，就能从水中取“火”，为人类获取源源不绝的能源。

(相关资料图)

专家们普遍认为，21世纪最有前途的能源有两种：一种是氢能，另一种是受控核聚变能。这两种能源都与水和氢息息相关，前者直接利用氢，后者则利用两种比较特殊的氢——氘、氚，而这些氢主要来自水。

氢有三兄弟，即氕、氘、氚。氕就是最常见的氢，也就是通常所说的氢；氘比氕重一点，因此又叫重氢；而氚又比氘重一点，所以又叫超重氢。氘、氚都与氧结合，分别形成重水、超重水。

我们常见的水，就是由氢（氕）和氧组成的，把水拆开后就能得到氢和氧，因为它们通常都是以气体的方式存在，所以称为氢气和氧气。氢能点火燃烧，并且燃烧热值高，放出的平均热量是汽油3倍或焦炭4.5倍。氢的燃烧不产生任何有温室效应的化学物质，也不会引起酸雨和烟雾。氢是宇宙中分布最广的物质，占据宇宙质量75%，被称为人类的“终极能源”。因为氢主要由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，所以海洋、湖泊、江河就是我们的“氢矿”。因此，氢正是科学家们寻找到的高热值而又清洁无污染的理想能源。

那么，人们可用哪些“魔法”把水分开得到大量而廉价的氢气呢？这一想法直到现在还没有完全实现。

传统的化石燃料制氢占全球约95%，它主要以蒸汽转化和变压吸附相结合的方法制取高纯度的氢。而这一方法生产成本太高或比较高，且氢燃料通常是从矿物燃料中提炼而成，生产过程会产生和排放二氧化碳等温室气体，并不环保。所以，人们将通过这一方法制取的氢气称为“灰氢”。

以电解水制氢的比率不足5%，且成本也比较高，以太阳能分解水制氢的比例更小，但没有碳排放，因此被称为“绿氢”。

电解水制氢是一种比较方便的制氢方法，只需要在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上就会发生电化学反应，从而分解成氢气与氧气。但这一方法也并没有想象的那么容易，而且氢能储存也面临着高成本以及危险性。为此，有人设想将来可以建造人工海岛，在岛上建立为电解水制氢的专用核电站，既安全又经济。

最近三四十年来，人们开始发展太阳能制氢，生产的氢能可以为车辆、船只和火车中的燃料电池系统供电，还能输送到电网中，或者用于制造化学品和钢铁。不过目前这种清洁能源愿景主要还停留在实验室。这类研究主要集中在热化学法制氢、光电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢、生物制氢等几种技术上，因成本更高很难广泛应用。不过，现在绿氢产业化发展进程加速，未来市场空间广阔。

经过多年的工业积累，我国已是世界上最大的制氢国，2021年我国氢气产量约3300万吨，预计到2050年氢气需求量接近6000万吨，更需要绿氢助力。

（作者系湖南省科普作家协会会员）

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