“五顏六色”的氫能家族
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氫（H）是地球上最簡(jiǎn)單的化學(xué)元素,，每個(gè)氫原子僅包含一個(gè)質(zhì)子,。其單質(zhì)形態(tài)表現(xiàn)為氫氣（Hydrogen）,。氫氣無(wú)色無(wú)味,，在地球上廣為分布,，同時(shí)極易燃燒,，燃燒后釋放巨大能量,，且只產(chǎn)生純水,。這兩大特質(zhì)賦予了氫能（Hydrogen Fuel）高燃燒熱值、可持續(xù)性強(qiáng),、儲(chǔ)量豐富,、零污染的四大優(yōu)勢(shì)，使得氫能成為全球能源轉(zhuǎn)型的替代能源之一,，日益成為全球能源研究領(lǐng)域的“當(dāng)紅小生”,。
最“調(diào)皮”的天然氣體
氫是地球上分布最廣的元素之一，與液體,、氣體或固體中的其他元素以化合物形式自然存在于地球上,。氫與氧結(jié)合形成水（
H2O），氫與碳結(jié)合則形成不同的化合物或碳?xì)浠衔?，存在于天然氣,、煤炭和石油中。氫在常溫常壓條件下為氣體狀態(tài),，極難液化,，在-252.8℃時(shí)才能變?yōu)橐簯B(tài)，-259.2℃時(shí)變?yōu)檠┗畹墓虘B(tài),。氫氣也是自然界最輕的氣體,，與同體積的空氣相比，氫氣的質(zhì)量?jī)H為空氣的1/14,。氫一旦脫離地殼,，便會(huì)成為游離狀態(tài)，逐漸在大氣中上升,，并最終向宇宙中揮發(fā),，因此，氫氣可以稱為是最“調(diào)皮”的氣體,。太陽(yáng)和其他恒星本質(zhì)上是氫氣和氦氣構(gòu)成的巨大球體,。在太陽(yáng)的大氣中，按原子百分?jǐn)?shù)計(jì)算,，氫占81.75%,。在宇宙空間中，氫原子的數(shù)目比其他所有元素原子的總和約大100倍,。
最“清潔”的未來(lái)能源
氫能是氫的化學(xué)能,，氫燃燒只產(chǎn)生水，不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體和大氣污染物,，屬于零排放清潔能源,。氫能的重量能量密度高，但體積能量密度低（圖1）,。從質(zhì)量上,，氫的能量含量幾乎是汽油的3倍：氫氣為120 兆焦耳 / 千克,，汽油為44 兆焦耳 / 千克。然而,，從體積上正好相反：液氫的密度為8 兆焦耳 / 升,，而汽油的密度為32兆焦耳 / 升。因此,，儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能產(chǎn)業(yè)化的重要突破口,。
圖1氫與其他燃料能量密度對(duì)比 （數(shù)據(jù)來(lái)源：美國(guó)能源局）
最“繽紛”的利用方式
氫能是一種二次能源，因?yàn)闅湓谧匀唤缰兄灰曰衔锏男问酱嬖?，所以需要通過(guò)特定的生產(chǎn)過(guò)程才能獲取利用,。“氫能”雖是新興能源,，但其認(rèn)識(shí)利用的過(guò)程已經(jīng)發(fā)展了數(shù)個(gè)世紀(jì),。16世紀(jì)是科技萌芽壯大，氫能認(rèn)識(shí)與人類科技史同步成長(zhǎng),。自1520年瑞士煉金術(shù)士Paracelsus（帕拉賽爾蘇斯）首次發(fā)現(xiàn)氫的存在,，到1783年工程師Jacques Charles（雅克·查爾斯）首次應(yīng)用氫氣，實(shí)現(xiàn)了第一次無(wú)人氫氣球飛行,，氫的首次發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用相隔了263年,。氫能的認(rèn)識(shí)利用伴隨著地理大發(fā)現(xiàn)和殖民時(shí)代從歐洲走向世界，從宗教界發(fā)展到科學(xué)界并最終在工業(yè)界生根發(fā)芽,。我國(guó)后來(lái)者居上,，雖然起步較晚，卻在短短50年間比肩甚至在個(gè)別領(lǐng)域趕超發(fā)達(dá)國(guó)家5個(gè)世紀(jì)的積累,。
此后,，氫能的各類生產(chǎn)方法相繼面世，經(jīng)過(guò)近3個(gè)世紀(jì)的沉淀逐漸穩(wěn)定至化工制法,，包括：①化石燃料制氫（占國(guó)內(nèi)氫氣產(chǎn)量的96%左右）,；②電解水制氫；③含氫尾氣副產(chǎn)氫回收,；④高溫分解制氫,；⑤其他制氫方式。工業(yè)界根據(jù)氫能的技術(shù)路線和碳排放情況對(duì)氫能進(jìn)行命名,，一般用顏色來(lái)區(qū)分,，除了最常見的綠氫、藍(lán)氫,、灰氫之外,，還有粉氫、黃氫,、棕氫,、白氫等多種氫能,。
全球氫能發(fā)展利用歷程（本文作者根據(jù)公開資料整理）
氫能時(shí)代，有誰(shuí)在行動(dòng),？
目前，全球液氫產(chǎn)能約400 噸/天,，其中北美占比達(dá)到 85% 以上,，且大多為產(chǎn)能10噸-30噸/天以上的大型裝置。美國(guó),、日本,、德國(guó)等國(guó)家已將液氫的運(yùn)輸成本降低到了高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的1/8。全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家和經(jīng)濟(jì)體均將氫能視為能源轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略選擇,。美國(guó)目前依托長(zhǎng)期的氫能研究產(chǎn)出了眾多領(lǐng)先技術(shù),，并在氫能汽車、化工等領(lǐng)域開展廣泛應(yīng)用,；英國(guó)通過(guò)制定行業(yè)政策,，努力推動(dòng)氫能在重載裝備、石油化工,、能源電力等領(lǐng)域的應(yīng)用,，力爭(zhēng)在未來(lái)由氫能提供國(guó)家1/3的能源供給；日本長(zhǎng)期重視氫能發(fā)展,，計(jì)劃通過(guò)高效燃料電池等系列技術(shù)于2040年左右實(shí)現(xiàn)無(wú)碳的氫氣生產(chǎn),，同時(shí)累積氫能發(fā)展商業(yè)模式，迭代氫能高效利用技術(shù),，助推氫能發(fā)展,。
我國(guó)氫能起步較晚，“十三五”之后才正式將氫能納入發(fā)展規(guī)劃,。我國(guó)雖然是全球最大的制氫國(guó),，但主要以生產(chǎn)灰氫為主，氫能產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期,，氫能相關(guān)技術(shù)還不夠成熟,，關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式均需深入研究和探索,。限于儲(chǔ)氫技術(shù),，相較于國(guó)外70%左右的液氫運(yùn)輸，我國(guó)液氫應(yīng)用還僅限于航天領(lǐng)域,。
隨著科技進(jìn)步,，氫氣在能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用將更加重要，對(duì)加快發(fā)展氫能源,、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),、保護(hù)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有關(guān)鍵意義,。但當(dāng)前的主流制氫方式均存在成本高、易于形成能源二次消耗和污染的問(wèn)題,。因此,，加強(qiáng)地質(zhì)體中氫氣資源的理論與相關(guān)技術(shù)研究迫在眉睫，特別是加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)體中氫氣來(lái)源,、運(yùn)移通道,、聚集和保存的規(guī)律研究，預(yù)測(cè)高含量氫氣的分布區(qū)域,，從而降低氫氣勘探風(fēng)險(xiǎn),，為氫能可持續(xù)、低成本發(fā)展提供理論和技術(shù)支撐,。
?。ㄗ髡邌挝唬褐袊?guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心）
評(píng)論
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