氢能缘何受瞩目（科技大观）

　　近年来，世界各国正以前所未有的速度推进氢能产业发展。国际氢能委员会与麦肯锡联合发布的报告显示，目前已有30多个国家和地区发布了氢能发展路线图，到2030年，全球在氢能项目上的投资将达到3000亿美元。

　　氢能是由氢元素在物理与化学变化过程中释放的能量。氢气和氧气可以通过燃烧产生热能，也可以通过燃料电池转化成电能。氢气不仅来源广泛，还具有导热良好、清洁无毒和单位质量热量高等优点，相同质量下所含热量约是汽油的3倍，是石油化工重要原料和航天火箭动力燃料。随着应对气候变化、实现碳中和的呼声日益高涨，氢能在改变人类能源体系方面被寄予厚望。

　　氢能之所以备受青睐，不仅在于其释放过程中的零碳排放，还在于氢气可作为储能载体，弥补可再生能源波动性、间歇性等短板，促进后者的大规模发展。比如，德国政府正在推动的“电力转化气体”技术，通过制取氢气来存储不能及时利用的风电、太阳能发电等清洁电力，并将氢气长距离输运以进一步有效利用。除了气态，氢气还能以液态或固态氢化物出现，具有多种储运方式。作为难得的“耦合剂”型能源，氢能既可实现电力和氢气之间的灵活转化，又能搭建“桥梁”实现电、热、冷乃至固体、气体、液体燃料的互联互通，构建更加清洁高效的能源体系。

　　形式多样的氢能有着多元的应用场景。截至2020年底，全球氢燃料电池汽车保有量较上一年度增加38%。氢能的大规模应用正从汽车领域逐步拓展至其他交通、建筑和工业等领域。应用在轨道交通和船舶上，氢能可降低长距离、高负荷交通运输对传统油气燃料的依赖，比如去年初，日本丰田公司开发并交付了首批海洋船舶的氢燃料电池系统。应用于分布式发电，氢能可为家庭住宅、商业建筑供电供暖。氢能还可直接为石化、钢铁、冶金等化工行业提供高效原料、还原剂和高品质热源，有效减少碳排放。

　　不过，氢能作为一种二次能源，“得来”并不容易。氢元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，现有制氢技术大多依赖化石能源，无法避免碳排放。目前，可再生能源制氢技术正在逐步成熟，可以通过可再生能源发电再电解水来制取零碳排放的氢气。科学家还在探索太阳能光解水制氢、生物质制氢等新型制氢技术，清华大学核能与新能源技术研究院研发的核能制氢技术预计10年后启动示范。此外，氢能产业链还包括储运、加注、应用等环节，也都面临着技术挑战和成本制约。以储运为例，氢气在常温常压下密度低、易泄漏，与钢材长期接触会使后者发生“氢脆”而破损，储存和运输比煤炭、石油、天然气都要困难得多。

　　当下，许多国家围绕全新氢能各环节的研究正如火如荼地展开，技术难关在加紧攻克。随着氢能生产和储运基础设施规模不断扩大，氢能成本也有较大下降空间。有研究表明，预计到2030年，氢能产业链整体成本将下降一半。我们期待，氢能社会将加速到来。

　　（作者为清华大学能源环境经济研究所、清华大学—张家港氢能与先进锂电技术联合研究中心副研究员）

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