在可再生能源和全球能源系統(tǒng)去碳化方面，氫氣在全球工業(yè)中發(fā)揮著核心作用。在需要清潔能源生產(chǎn)但又難以減少排放的行業(yè)中，氫是一種值得探索的高效能源。除了具有眾多環(huán)境效益之外，氫氣還是一種彈性能源，為企業(yè)提供了擴(kuò)大規(guī)模的機(jī)會(huì)，而且隨時(shí)可供使用。然而，值得注意的是，與任何類型的能源一樣，氫也有許多需要考慮的因素，包括成本、安全和生產(chǎn)方面的挑戰(zhàn)。
氫能基礎(chǔ)知識(shí)
氫是大氣中最輕、最豐富的天然氣元素。它沒(méi)有顏色、氣味或味道，是甲烷的清潔替代品。氫可以從多種來(lái)源生產(chǎn)。全球近一半的氫氣生產(chǎn)來(lái)自天然氣，其次是煤炭、石油副產(chǎn)品和電解水。
隨著聚合物分離膜等從氣體混合物中分離氫氣的新技術(shù)不斷推向市場(chǎng)，預(yù)計(jì)到 2030 年，氫氣產(chǎn)量將增至 3 億噸。
什么是氫能源？
氫能源是將氫氣用作清潔燃料。它被認(rèn)為是一種可持續(xù)的能源，因?yàn)樗梢栽诓划a(chǎn)生有害排放的情況下產(chǎn)生能量，當(dāng)然這也取決于轉(zhuǎn)化過(guò)程。一系列氫基燃料是通過(guò)與碳源（如甲醇、甲烷和其他碳?xì)浠衔铮┑幕瘜W(xué)過(guò)程產(chǎn)生的。常見(jiàn)一些制氫技術(shù)包括：
熱工藝：包括蒸汽轉(zhuǎn)化在內(nèi)的熱工藝目前在氫氣生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位。蒸汽重整包括蒸汽與碳?xì)浠衔锓磻?yīng)產(chǎn)生氫氣。然而，這些方法與碳中和的追求背道而馳，因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)水氣變換反應(yīng)過(guò)程中會(huì)排放大量二氧化碳。
太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)工藝：這些工藝?yán)锰?yáng)光作為制氫的媒介，可分為三個(gè)分支，即光生物法、光電化學(xué)法和熱化學(xué)法。光生物法包括細(xì)菌和綠藻，它們利用自身的自然光合作用過(guò)程來(lái)生產(chǎn)氫氣。在光電化學(xué)過(guò)程中，專門的半導(dǎo)體將水分離成氧氣和氫氣。熱化學(xué)方法利用集中的太陽(yáng)能產(chǎn)生高熱來(lái)產(chǎn)生水分解反應(yīng)。
生物質(zhì)過(guò)程：細(xì)菌和微藻等微生物通過(guò)生物反應(yīng)分解有機(jī)物或廢水產(chǎn)生氫氣。
電解法：電解法是一種更清潔的替代方法，它通過(guò)電力將水分成氫氣和氧氣。該過(guò)程在電解槽中進(jìn)行，電解槽大小不一，可用于多種工業(yè)應(yīng)用。
氫氣生產(chǎn)出來(lái)后，必須經(jīng)過(guò)幾個(gè)過(guò)程步驟才能在不同行業(yè)用作能源。在許多情況下，氫需要轉(zhuǎn)化為其他衍生物。然后再提高其能量密度，以便進(jìn)行長(zhǎng)期儲(chǔ)存和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。其余過(guò)程包括：
儲(chǔ)存：氫氣通常儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐或管道中，以備運(yùn)輸。
運(yùn)輸：氫氣的運(yùn)輸方式多種多樣，包括通過(guò)管道、卡車或船舶，具體取決于距離、基礎(chǔ)設(shè)施和所需數(shù)量。
配送：到達(dá)目的地后，氫氣可能會(huì)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工，或被配送到使用地點(diǎn)。
轉(zhuǎn)化：在某些行業(yè)，氫氣將通過(guò)燃料電池或內(nèi)燃機(jī)等不同技術(shù)轉(zhuǎn)化為可用能源。
利用：轉(zhuǎn)化后，氫氣將并入電網(wǎng)發(fā)電或用于驅(qū)動(dòng)車輛。
燃料電池是氫能利用方面最偉大的發(fā)明之一。燃料電池的工作原理類似于發(fā)電的電池。燃料電池的過(guò)程與電解過(guò)程相反--氫燃料與空氣中的氧氣發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生電能、熱能和水。只要燃料源源不斷，燃料電池就能持續(xù)發(fā)電。電力和天然氣被用作家庭和企業(yè)的動(dòng)力。天然氣主要由甲烷組成，會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放。但是天然氣很容易獲得，而且成本效益相對(duì)較高。這也是氫氣作為未來(lái)清潔能源值得研究的重要原因之一。
氫能的主要應(yīng)用
氫是一種可持續(xù)的能源載體，當(dāng)它來(lái)自可再生能源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生清潔的副產(chǎn)品。氫能在多個(gè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，包括：
交通運(yùn)輸：氫燃料電池是汽車（包括轎車、公共汽車、卡車、火車、輪船甚至飛機(jī)）的輕質(zhì)燃料選擇。火箭和太空飛行器也使用氫作為主要推進(jìn)劑。
發(fā)電：燃料電池可以為社區(qū)和工業(yè)設(shè)施供電，并為復(fù)雜的電力系統(tǒng)提供電力。燃料電池在為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供離網(wǎng)供電解決方案方面尤為重要，尤其是這些地區(qū)沒(méi)有電網(wǎng)連接，或者離電網(wǎng)太遠(yuǎn)。
電網(wǎng)平衡：氫能是風(fēng)能、太陽(yáng)能和其他可再生能源的補(bǔ)充。當(dāng)可再生能源的輸出難以滿足電力需求時(shí)，儲(chǔ)存的氫能可以平衡電網(wǎng)。
工業(yè)流程：由于對(duì)工業(yè)行業(yè)的排放施加了更多的法規(guī)限制，許多鋼鐵和金屬精煉廠都在工藝中添加氫氣和還原鐵，以降低排放率。
供暖和制冷：住宅和商業(yè)供暖系統(tǒng)可以使用氫氣或氫混天然氣。
能源儲(chǔ)存：以氫的形式儲(chǔ)存多余的可再生能源以供日后使用是這種元素的一大優(yōu)勢(shì)。最常見(jiàn)的氫氣儲(chǔ)存和膨脹方法是以氣體形式儲(chǔ)存。它通常儲(chǔ)存在加壓、固定或便攜式儲(chǔ)罐和專用氫氣管道中。要以液態(tài)形式儲(chǔ)存氫氣，需要將氫氣冷卻到華氏-423 度（-253℃）以下。然后將氫儲(chǔ)存在低溫罐中，用作燃料或燃料電池。
物流和農(nóng)業(yè)：與運(yùn)輸業(yè)類似，大型倉(cāng)庫(kù)也使用氫燃料電池為卡車和叉車提供動(dòng)力。氫能可提高這些業(yè)務(wù)的生產(chǎn)率和室內(nèi)空氣質(zhì)量，同時(shí)降低碳足跡。氫燃料電池還可以為農(nóng)業(yè)設(shè)備和機(jī)械提供動(dòng)力。
氫能源對(duì)企業(yè)的重要性
在可再生能源發(fā)展和環(huán)保法規(guī)的大背景下，企業(yè)正在探索更多的氫能源機(jī)會(huì)。它提供了一種清潔、可持續(xù)的能源解決方案，有助于減少碳排放。企業(yè)可以從使用氫能源的各種方式中獲益，例如：為車輛提供動(dòng)力、發(fā)電、提高運(yùn)營(yíng)能效、加強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展、滿足監(jiān)管要求、為更綠色的未來(lái)做出貢獻(xiàn)。
此外，在不斷變化的能源環(huán)境中，投資氫能源可以為創(chuàng)新、節(jié)約成本和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)帶來(lái)新的機(jī)遇。以這樣或那樣的方式實(shí)施氫能源，幾乎可以使任何企業(yè)成為環(huán)境責(zé)任的領(lǐng)導(dǎo)者，并幫助未來(lái)的運(yùn)營(yíng)應(yīng)對(duì)氣候變化的挑戰(zhàn)。
氫能源：優(yōu)勢(shì)和注意事項(xiàng)
雖然氫能有很多優(yōu)點(diǎn)，但與任何能源一樣，氫能也有需要克服的挑戰(zhàn)。下面將詳細(xì)介紹氫能的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
氫能的最大優(yōu)點(diǎn)之一是它可以在不同行業(yè)的多種應(yīng)用中使用。此外，氫還可以：
零排放：由于氫能只產(chǎn)生水和熱量這兩種副產(chǎn)品，因此它是最清潔、最高效的能源之一。使用氫作為能源可減少企業(yè)的碳足跡，改善空氣質(zhì)量，有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
能量密度低：氫氣的能量重量比（重量能量密度）很高，這使其在壓縮后以更小、更輕的包裝進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸時(shí)更加高效。
使用壽命長(zhǎng)：這種元素可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存和使用而不會(huì)降解。
提供彈性：在可再生能源整合方面，氫能可提供安全性和電網(wǎng)穩(wěn)定性。
可擴(kuò)展性：當(dāng)企業(yè)的需求或應(yīng)用發(fā)生變化時(shí)，它可以擴(kuò)大或縮小氫能儲(chǔ)存系統(tǒng)的規(guī)模，使其與進(jìn)展水平保持一致。
有助于創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)：使用氫能需要高技能或訓(xùn)練有素的員工，隨著企業(yè)尋求采用這種能源，將創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。
可再生：通過(guò)電解產(chǎn)生的氫氣可被視為可再生能源。只要有水和能源，制氫過(guò)程就能持續(xù)進(jìn)行。
隨時(shí)可用：盡管從某些資源中提取氫存在挑戰(zhàn)，但氫是一種豐富的可持續(xù)元素，可為未來(lái)提供零碳能源解決方案。
充電速度快：氫燃料電池動(dòng)力裝置的加注速度比電池動(dòng)力裝置快。
不產(chǎn)生污染：與風(fēng)能和生物燃料發(fā)電廠等其他可再生能源不同，氫燃料電池不會(huì)產(chǎn)生噪音和視覺(jué)污染。氫燃料電池運(yùn)行更安靜，所需空間更小。
提高生產(chǎn)率：當(dāng)大型或沉重的電池需要充電時(shí)，為氫燃料電池補(bǔ)充燃料比更換電池更方便快捷。
雖然氫能為工業(yè)提供了多種優(yōu)勢(shì)，可以改善其業(yè)務(wù)流程和環(huán)境足跡，但氫動(dòng)力解決方案也有一些需要考慮的局限性：
生產(chǎn)挑戰(zhàn)：大多數(shù)氫氣都是通過(guò)蒸汽轉(zhuǎn)化從天然氣中生產(chǎn)出來(lái)的，而蒸汽轉(zhuǎn)化會(huì)排放二氧化碳。
儲(chǔ)存和分配：氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸需要專門的基礎(chǔ)設(shè)施，因此具有挑戰(zhàn)性。
成本：與其他能源相比，氫能所需的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和基礎(chǔ)設(shè)施都很昂貴。燃料電池的成本也高于內(nèi)燃機(jī)。
安全問(wèn)題：氫氣是一種易燃?xì)怏w，在處理、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中需要采取嚴(yán)格的安全措施，以防止事故發(fā)生。與氣體不同，氫氣沒(méi)有氣味，因此必須添加傳感器來(lái)檢測(cè)泄漏。
基礎(chǔ)設(shè)施有限：目前用于氫氣生產(chǎn)和分配的基礎(chǔ)設(shè)施（包括氫氣管道）有限。在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用氫能源需要額外的初始投資，用于氫的運(yùn)輸、轉(zhuǎn)換和液化。此外，還需要對(duì)車輛進(jìn)行改裝，以便為氫燃料提供空間。氫有可能通過(guò)傳統(tǒng)的天然氣管道運(yùn)輸，這將最大限度地減少所需的新基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量。
無(wú)法再生的資源（綠氫之外的其他來(lái)源）：從石油和天然氣等不可再生資源中獲取氫氣更具成本效益，但會(huì)給有限的化石燃料供應(yīng)帶來(lái)額外壓力。此外，如果不采取減排措施，這些過(guò)程中釋放的廢氣會(huì)對(duì)環(huán)境和周邊社區(qū)造成負(fù)面影響。
市場(chǎng)低迷：氫氣還不是大宗流通商品，由于價(jià)格透明度和競(jìng)爭(zhēng)有限，導(dǎo)致成本較高。
能量損失：在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，每一步都會(huì)損失能量，從而增加了特定應(yīng)用所需的可再生能源容量。
政策極少：大多數(shù)政策只關(guān)注氫燃料電池電動(dòng)汽車和加氣站。然而，政策正在慢慢轉(zhuǎn)向更全面的氫供應(yīng)、基礎(chǔ)設(shè)施和消納應(yīng)用戰(zhàn)略。
實(shí)際應(yīng)用：氫氣要想成為一種可行的能源，就必須大量生產(chǎn)和儲(chǔ)存?，F(xiàn)代運(yùn)輸工具使用高壓或低溫儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)。
未來(lái)展望與機(jī)遇
在更大范圍內(nèi)使用氫能在未來(lái)前景廣闊。氫能作為一種能源，從零排放和零污染的能力到對(duì)創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)的貢獻(xiàn)，都有許多顯著的優(yōu)勢(shì)。盡管對(duì)氫能的優(yōu)缺點(diǎn)爭(zhēng)論不休，但越來(lái)越多的國(guó)家正在研究和投資氫能相關(guān)技術(shù)，尤其是燃料電池和加氫站。
（來(lái)源氫眼所見(jiàn)）
