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南北极冰川不断消融！ 海平面不断上升！ 极端天气不断增加！ 。。。。。。 所有这些威胁人类生存的现象，都和一个东西分不开：全球变暖！ 而全球变暖，主要归因于不断增加的碳排放。 人类目前使用的能源大部分来自化石能源：石油和煤炭。这两种能源的使用都会产生大量的二氧化碳，即温室气体，这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度透过性，而对地球发射出来的长波辐射具有高度吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，导致地球温度上升，就产生了温室效应。 因此，全球重要经济体，也就是占全球GDP75%、占全球碳排放量65%的国家陆续公布碳中和目标。 什么是碳中和？ 碳中和（Carbon Neutrality）是指企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。 简而言之，你产生多少碳，就消耗多少碳！ 去年7月，欧盟宣布了碳中和计划，在此之前，已有30多个国家宣布碳中和目标，包括美国、加拿大等，此后，日本、韩国接连亦提出碳中和目标。 刚刚过去的G7会议，西方七国重新提及2050达到碳中和目标。 美国也急吼吼宣布重新加入巴黎气候协定。美国能不急吗？纬度和中国广州相当的德州，居然下暴风雪了！ 中国也没落后，去年，我国就提出了2030碳达峰，2060前碳中和目标。2月22日，国务院再次发布关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见。 要想做到碳中和，减少二氧化碳排放，就一定要发展清洁能源！而最重要的清洁能源，便是氢能！ 为什么这么说？ 因为无论是大力发展风电、水电、光伏等可再生能源，谷电、弃电都是一个浪费能源且不可避免的问题，2017年数据显示我国全年弃风电量419亿KW·H、弃光电量73亿KW·H、弃水电量515亿KW·H、弃核电量393亿KW·H，2017年合计丢弃的清洁能源电量超过1400亿KW·H，而随着这几年和未来可再生能源大力发展，浪费的会更多，如果将这部分清洁能源用来制备绿氢，为氢能体系供能，对于节能、减少碳排放具有重大意义！ 那么，氢能是什么？  了解氢能之前，首先认识一下氢。 氢是原子序数为1的化学元素，化学符号为H，在元素周期表中位于第一位。其原子质量为1.00794u，是最轻的元素。道德经说：一生三，三生万物。那么，氢在自然界中就是那个一。 在地球上只存在极少的游离态氢。地壳里，如果按质量计算，氢只占总质量的1%，如果按原子百分数计算，则占17%。 但是氢在自然界中分布极广，水便是氢的“仓库”——氢在水中的质量分数为11%；泥土中约有1.5%的氢；石油、天然气、动植物体也含氢。 在整个宇宙中，按原子百分数来说，氢是最多的元素。据研究，在太阳的大气中，按原子百分数计算，氢占81.75%。在宇宙空间中，氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约大100倍。主星序上恒星的主要成分都是等离子态的氢。 氢能是指氢气和氧进行化学反应释放出的化学能。氢气是一种无色无味的气体，在常温常压空气中的可燃极限为4%～75%（体积分数），可燃范围宽；氢气在常温常压空气中的爆轰极限为18.3%～59%（体积分数），爆轰速度为1480～2150m/s；氢气是高能燃料，当与氧化剂结合反应时，会释放出大量能量，这便是氢能。 氢能是一种清洁的二次能源，具有能量密度大、零污染、零碳排等优点，被誉为人类的“终极能源”。 氢气的制备 氢气根据制备方法的不同，可以分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰色氢气可以由以焦炉煤气、氯碱尾气为代表的工业副产气制取，可利用规模偏小仅适合市场启蒙阶段使用；蓝色氢气可以由煤或天然气等化石燃料制得，并将二氧化碳副产品捕获、利用和封存（CCUS），从而实现碳中和；绿色氢气可以通过使用可再生电力或核能来生产，但依赖可再生能源发电成本的大幅下降。  灰氢、蓝氢、绿氢的适用阶段 氢气制备主要技术工艺有热化学制氢和水电解制氢，其中热化学制氢技术主要有化石能源制氢及化工原料制氢。化石能源制氢包括水煤气制氢、天然气重整制氢等，目前已经进行工业生产，技术相对成熟，但能量的产出大于投入，若用此法制氢发电，能量转换效率低，经济性差，因此传统能源制氢并非理想的制氢技术。化工原料制氢主要有醇类裂解制氢、醇类重整制氢，如甲醇水蒸气重整制氢。水电解制氢法即利用光伏、风电等新能源电力电解水制氢，这种制氢方式近零碳排放，可充分利用“三弃”（弃风、弃光、弃水）能源水解制氢，还可以大大降低制氢成本，是实现“绿氢”生产的重要技术环节， 也是氢能领域投资的重点领域。  不同制氢技术对比 可以看出：化石能源制氢技术虽然成熟度较高且经济性较好，但碳排放量较大，违背了氢能作为清洁能源的本质，不适合长期发展；可再生能源电力电解水制氢技术成熟，且环保性好、碳排放少，但是其制氢成本较高，可以考虑采取“三弃”能源制氢， 以大幅降低制氢成本。不同制氢技术所使用的制氢原料及制氢工艺大有不同。 氢能源的利用？ 氢能可以实现长周期、大规模存储，因而有效弥补电作为二次能源的局限性。氢与电的互补可以让更大规模的可再生资源得到开发利用。大规模可再生能源开发利用可以发电，还可以制氢。在电氢结合的二次能源体系中，氢能除了可以承担大规模储能的功能外，与其它储能相比，氢能还可以作为终端能源广泛使用。 氢气可应用于燃料电池汽车，替代车用燃油消费，也可以用于家用热电联产，减少电力和热力需求，还可以直接燃烧或者将氢气掺入到天然气管网直接燃烧。 此外，氢气可以很方便快捷地应用于分布式能源中，代替燃气在分布式能源中的作用。 氢还可以直接作为化工原料，代替油气和煤。 目前，氢能源主要以高压气体的形式被利用在加氢站和车载储氢系统。 从全球加氢站建设情况来看，截至2018年底，全球加氢站数目达到369座，其中对外商业营业的加氢站共有273座，全球加氢站分地区统计见下图。  全球加氢站分地区统计图（2018年） 其中，日本、德国和美国的加氢站数量位居前三位，三国加氢站共有198座，占全球总数的54%。中国排名第四，大陆加氢站保有量为28座（含2座临时加氢站），主要集中在广东、江苏、上海。2018年全球加氢站新增48座，同时，各国在短期内都有部署更多加氢站计划，其中，德国38座、荷兰17座、法国12座、加拿大7座、韩国27座、中国18座。 加氢站作为一个集压缩、高压储存、高压加注氢气于一体的场所，为尽可能降低危险性，加氢站从建设安全设计、设备本质安全、安防控制系统设计、电气防爆设计、防爆墙安全间距等五个层次进行安全防范。除此之外，有着完善的安全规章制度和严谨的操作规范。 对于氢燃料电池汽车而言，已形成初具规模的产业链。在制氢储氢方面，有成熟的商业化技术（电解、天然气裂解、煤气制取、脱氢技术）和完整的标准体系，几十年的工业气体工业化生产经验和十多年的燃料氢气经验。在加氢站方面，有成熟的储运技术，十几个相关标准、成熟建站能力和安全营运历史。在车辆研发方面，截至2018年12月，已有17家车企共开发有77款车型氢燃料电池汽车纳入工信部新能源车辆管理体系，2018年以客车和专用车为主的氢燃料电池汽车产量达到了1619辆；国内外对燃料电池汽车自身储氢系统、防泄漏安全系统、汽车碰撞模拟等氢安全问题上均有较多的研究，推动着氢燃料电池汽车的发展。因此，在现有产业链安全体系前提下，可以按照燃油车使用习惯使用氢燃料电池。 氢能源的安全性 很多人对氢有很多误区，第一就是认为氢气不安全，实际上氢气比空气轻，因此在发生泄漏时会迅速分散。这可以最大程度降低积聚和着火的可能性。氢着火后，由于不含碳，它的火焰会产生低辐射热。这使得在发生任何事故时，氢对使用者和第一响应者造成的危险性要比传统烃类燃料（如汽油、柴油、天然气）小得多。 迈阿密大学试验比较了分别使用氢气和汽油为燃料的汽车在发生燃料泄漏及点燃后所存在的风险进行了对比分析。燃料泄漏后，氢气由于浮力的作用，氢气火焰几乎是垂直向上的，从而没有在车辆底部等相对狭窄的空间内形成高浓度的可燃混合气，而汽油车则由于车辆底部的汽油聚集而发生了剧烈燃烧，见下图。  氢气车和汽油车泄漏并点燃后不同时刻的情景 可见60秒后氢气车因气体逃逸，车身并未燃烧；而汽油车则因汽油下漏，造成整车燃烧。时间加长，如果没有及时处理，汽油车还有爆炸危险。 氢能源的缺点 谈了氢能源的众多优点，那有没有缺点呢？当然有，而且还比较关键，目前大致有三个缺点 一、制备成本过高：氢气的制取都是从—次性能源转化而来，根据目前的制备方法，均需消耗大量能量，使得氢气价格较贵。 二、运输、贮存不方便：氢气可燃，在运输、贮存中碰撞或遇到高温或氢气不慎泄漏都可能导致火灾爆炸等危险。 三、能源利用效率偏低：氢能源是一种二次能源，它的制备需要消耗其它形式的能源，存在一定的能源消耗；在运输、贮存和使用过程中，也会存在能源消耗的问题，因此导致氢能源的利用效率较低。目前最乐观的使用都没有超过50%。 当然，随着技术的发展，氢能源的这些缺点一定可以克服，或者降低到可以接受的程度。 |
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