綠氫：新興的能源載體

今年的《政府工作報告》提出，建立未來(lái)產(chǎn)業(yè)投入增長(cháng)和風(fēng)險分擔機制，培育發(fā)展未來(lái)能源、量子科技、生物制造、具身智能、腦機接口、6G等未來(lái)產(chǎn)業(yè)。在“十五五”規劃綱要中，氫能和核聚變能被列入未來(lái)產(chǎn)業(yè)。

氫能產(chǎn)業(yè)為何被視為未來(lái)產(chǎn)業(yè)?綠氫為何成為新興的能源載體?本期“院士講科普”，我們邀請中國科學(xué)院院士、國際氫能燃料電池協(xié)會(huì )理事長(cháng)歐陽(yáng)明高，講解我們身邊的氫能與相關(guān)前沿科技。

——編 者

在上一次能源革命中，石油是主要能源，而汽油、柴油是主要的能源載體。當前，新能源革命正在興起，可再生能源成為主要能源，電和氫成為主要的能源載體，其中綠電是主體。而綠氫主要來(lái)自綠電，同時(shí)將綠電轉化為零碳燃料和原料，用于各行各業(yè)，是實(shí)現碳中和的關(guān)鍵途徑之一。

綠氫有什么優(yōu)勢

氫能，在當下有怎樣的意義?在以可再生能源為主體的新能源革命中，氫能與電能是兩個(gè)互為補充的重要能源載體。

未來(lái)產(chǎn)業(yè)由前沿技術(shù)驅動(dòng)，是處于孕育萌發(fā)階段或產(chǎn)業(yè)化初期，具有顯著(zhù)戰略性、引領(lǐng)性的前瞻性產(chǎn)業(yè)。氫可以為我們的生產(chǎn)生活提供電能、熱能(冷能)和原料，而綠氫的產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)、產(chǎn)值高、吸收就業(yè)能力強、應用覆蓋面廣，能起到更大的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用。此外，綠氫既能滿(mǎn)足可持續發(fā)展要求，又是理想的能源互聯(lián)媒介，是促進(jìn)能源向低碳環(huán)保方向轉型的最佳途徑之一，因此具有重要戰略地位。

綠氫有什么優(yōu)勢?如果基于化石能源制氫，氫能到終端利用的鏈條長(cháng)、效率低、成本高，還有二氧化碳排放問(wèn)題等，但基于可再生能源制備的綠色氫能則不存在排放問(wèn)題。在儲存環(huán)節中，固定式儲氫容器成本比儲能電池成本低一個(gè)數量級以上，隨著(zhù)可再生能源的普及與發(fā)電成本大幅降低，大規模、長(cháng)周期可再生能源存儲成本將成為主要成本，因此，將其轉化為氫能是集中式可再生能源實(shí)現大規模發(fā)展和充分利用的重要方式。

身邊的氫能應用有多廣泛

在零碳能源體系建設中，氫能可用于氫儲能、氫原料與氫動(dòng)力。氫儲能是通過(guò)電解水裝置使得綠氫將可再生能源電力儲存下來(lái)，通過(guò)燃料電池等發(fā)電裝置為城市生產(chǎn)生活提供綠電。氫原料是在化工行業(yè)與冶金行業(yè)中，將氫用于工業(yè)原料，比如在化工行業(yè)，氫氣主要應用于合成氨與合成甲醇等。氫動(dòng)力是將氫應用于動(dòng)力系統，其中，氫燃料電池發(fā)展較快，已經(jīng)從道路車(chē)輛擴展到工程機械、小型船舶、飛行器、潛航器等領(lǐng)域。近年來(lái)，氫內燃機也取得很多進(jìn)展。

氫動(dòng)力可用于滿(mǎn)足道路交通、航空與海運的動(dòng)力需求，具體形式包括氫燃料電池、氫/氨內燃動(dòng)力等。氫燃料電池是目前氫動(dòng)力的主要形式之一，這是一種能將外部燃料以電化學(xué)反應的方式持續轉化為電能輸出的能量轉換裝置。

經(jīng)過(guò)持續科技投入，氫燃料電池汽車(chē)已成為我國氫能應用的先導，并自上而下打通了動(dòng)力系統、發(fā)動(dòng)機、電堆再到膜電極的全技術(shù)鏈條。目前，我們已經(jīng)初步掌握氫燃料電池及其關(guān)鍵零部件、動(dòng)力系統、整車(chē)集成和氫能基礎設施等核心技術(shù)，同時(shí)建立了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。氫燃料電池技術(shù)也向更多領(lǐng)域推廣應用，如有軌電車(chē)、無(wú)人機等。

氫能技術(shù)取得哪些突破

氫能的技術(shù)鏈條很長(cháng)，包含可再生能源發(fā)電、制氫、轉換、存儲、運輸、應用等多個(gè)環(huán)節，需要復雜完備的技術(shù)體系。讓我們先回到綠氫產(chǎn)業(yè)鏈的源頭——電解水制氫這一節點(diǎn)上，由于氫燃料電池和電解水制氫在系統組成、基本原理等方面具有相同的科學(xué)基礎，在氫燃料電池產(chǎn)業(yè)基礎上，我們可以更好地推動(dòng)電解水制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。截至2025年，我國已經(jīng)建立起電解水制氫設備產(chǎn)業(yè)鏈，國產(chǎn)堿性電解槽具有極高性?xún)r(jià)比，已出口海外。展望未來(lái)，堿性電解、質(zhì)子膜電解、固體氧化物電解等電解水制氫技術(shù)將給氫能領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng )新帶來(lái)活力。

在基于氫—電相互轉化的新型零碳能源體系中，來(lái)自可再生能源的綠電是主體，但綠氫也必不可少。一方面，人類(lèi)生存和發(fā)展還需要大量物質(zhì)材料和燃料，綠氫與碳結合可以通過(guò)碳循環(huán)方式滿(mǎn)足這些需求;另一方面，綠氫與氮結合，也能以氮循環(huán)方式滿(mǎn)足人類(lèi)對除氫能以外新型零碳燃料的需求。

綠氫如何大規模商業(yè)化發(fā)展

綠色氫能在能源轉型與新能源革命中具有戰略?xún)r(jià)值，由此催生了“氫能熱”，與此同時(shí)，我們也需要冷思考。綠色氫能取得規?；虡I(yè)價(jià)值并非易事。由于綠色氫能“生產(chǎn)—運輸—儲存—利用”的鏈條長(cháng)、環(huán)節多，每個(gè)環(huán)節還有多種選擇，僅僅是燃料電池和制氫技術(shù)的突破并不能打通整個(gè)氫能技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。如何實(shí)現綠色氫能的大規模商業(yè)化，是技術(shù)突破后的“下一步”。

一方面，可以余電制氫。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電是可再生能源的直接利用形式，而氫能是間接利用形式，所以氫是終極燃料但不是終極能源。綠氫來(lái)自綠電，隨著(zhù)風(fēng)電、光伏大規模發(fā)展，電有可能會(huì )過(guò)剩，因此余電制氫潛力很大。

另一方面，還可以采取多能互補的方式。電和氫具有各自?xún)?yōu)勢和局限，為了實(shí)現綠氫利用的經(jīng)濟性，需要氫電融合發(fā)展。氫電融合發(fā)展不僅僅包括氫和電，還需要融合儲和熱，實(shí)行“光—儲—氫—電—熱”一體化。

此外，還可以因地制宜、場(chǎng)景驅動(dòng)。儲氫技術(shù)多元，沒(méi)有標準答案，需要根據具體場(chǎng)景進(jìn)行合理選擇。例如，光伏、風(fēng)電過(guò)剩時(shí)，煤電調峰電廠(chǎng)也需要減少負荷，煤電低負荷靈活性調節的難點(diǎn)是鍋爐燃燒不穩定，而高品質(zhì)氫燃料正好滿(mǎn)足這一需求。如果附近有煤化工基地，氫可以作為原料與煤提供的碳源合成各種化工產(chǎn)品。附近的零碳產(chǎn)業(yè)園還可以用氫發(fā)電作為備用機組，同時(shí)用制氫和氫發(fā)電的廢熱通過(guò)熱泵供暖，提高氫能應用的經(jīng)濟性。

(作者為中國科學(xué)院院士、國際氫能燃料電池協(xié)會(huì )理事長(cháng))