今年的《政府工作報(bào)告》提出，建立未來(lái)產(chǎn)業(yè)投入增長(zhǎng)和風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)機(jī)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(jī)接口、6G等未來(lái)產(chǎn)業(yè)。在“十五五”規(guī)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(qǐng)中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)際氫能燃料電池協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)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(dāng)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(zhuǎn)化為零碳燃料和原料，用于各行各業(yè)，是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵途徑之一。

綠氫有什么優(yōu)勢(shì)

氫能，在當(dāng)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(bǔ)充的重要能源載體。

未來(lái)產(chǎn)業(yè)由前沿技術(shù)驅(qū)動(dòng)，是處于孕育萌發(fā)階段或產(chǎn)業(yè)化初期，具有顯著戰(zhàn)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(zhǎng)、產(chǎn)值高、吸收就業(yè)能力強(qiáng)、應(yīng)用覆蓋面廣，能起到更大的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用。此外，綠氫既能滿足可持續(xù)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(zhuǎn)型的最佳途徑之一，因此具有重要戰(zhàn)略地位。

綠氫有什么優(yōu)勢(shì)？如果基于化石能源制氫，氫能到終端利用的鏈條長(zhǎng)、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(chǔ)存環(huán)節(jié)中，固定式儲(chǔ)氫容器成本比儲(chǔ)能電池成本低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，隨著可再生能源的普及與發(fā)電成本大幅降低，大規(guī)模、長(zhǎng)周期可再生能源存儲(chǔ)成本將成為主要成本，因此，將其轉(zhuǎn)化為氫能是集中式可再生能源實(shí)現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展和充分利用的重要方式。

身邊的氫能應(yīng)用有多廣泛

在零碳能源體系建設(shè)中，氫能可用于氫儲(chǔ)能、氫原料與氫動(dòng)力。氫儲(chǔ)能是通過(guò)電解水裝置使得綠氫將可再生能源電力儲(chǔ)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(yīng)用于合成氨與合成甲醇等。氫動(dòng)力是將氫應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)，其中，氫燃料電池發(fā)展較快，已經(jīng)從道路車輛擴(kuò)展到工程機(jī)械、小型船舶、飛行器、潛航器等領(lǐng)域。近年來(lái)，氫內(nèi)燃機(jī)也取得很多進(jìn)展。

氫動(dòng)力可用于滿足道路交通、航空與海運(yùn)的動(dòng)力需求，具體形式包括氫燃料電池、氫/氨內(nèi)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(yīng)的方式持續(xù)轉(zhuǎn)化為電能輸出的能量轉(zhuǎn)換裝置。

經(jīng)過(guò)持續(xù)科技投入，氫燃料電池汽車已成為我國(guó)氫能應(yīng)用的先導(dǎo)，并自上而下打通了動(dòng)力系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、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(tǒng)、整車集成和氫能基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用，如有軌電車、無(wú)人機(jī)等。

氫能技術(shù)取得哪些突破

氫能的技術(shù)鏈條很長(zhǎng)，包含可再生能源發(fā)電、制氫、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)，需要復(fù)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(jié)點(diǎn)上，由于氫燃料電池和電解水制氫在系統(tǒng)組成、基本原理等方面具有相同的科學(xué)基礎(chǔ)，在氫燃料電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)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(guó)已經(jīng)建立起電解水制氫設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈，國(guó)產(chǎn)堿性電解槽具有極高性價(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(zhuǎn)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，人類生存和發(fā)展還需要大量物質(zhì)材料和燃料，綠氫與碳結(jié)合可以通過(guò)碳循環(huán)方式滿足這些需求；另一方面，綠氫與氮結(jié)合，也能以氮循環(huán)方式滿足人類對(duì)除氫能以外新型零碳燃料的需求。

綠氫如何大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展

綠色氫能在能源轉(zhuǎn)型與新能源革命中具有戰(zhàn)略價(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(guī)模化商業(yè)價(jià)值并非易事。由于綠色氫能“生產(chǎn)—運(yùn)輸—儲(chǔ)存—利用”的鏈條長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多，每個(gè)環(huán)節(jié)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(xiàn)綠色氫能的大規(guī)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，隨著風(fēng)電、光伏大規(guī)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(bǔ)的方式。電和氫具有各自優(yōu)勢(shì)和局限，為了實(shí)現(xiàn)綠氫利用的經(jīng)濟(jì)性，需要?dú)潆娙诤习l(fā)展。氫電融合發(fā)展不僅僅包括氫和電，還需要融合儲(chǔ)和熱，實(shí)行“光—儲(chǔ)—?dú)洹姟獰帷币惑w化。

此外，還可以因地制宜、場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)。儲(chǔ)氫技術(shù)多元，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，需要根據(jù)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(diào)峰電廠也需要減少負(fù)荷，煤電低負(fù)荷靈活性調(diào)節(jié)的難點(diǎn)是鍋爐燃燒不穩(wěn)定，而高品質(zhì)氫燃料正好滿足這一需求。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(jī)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(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。

（作者為中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)際氫能燃料電池協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)）

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燃?xì)廨啓C(jī)換上“氫心臟”

我國(guó)自主研發(fā)的30兆瓦級(jí)純氫燃?xì)廨啓C(jī)及氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目前不久取得突破——機(jī)組實(shí)現(xiàn)純氫發(fā)電并保持穩(wěn)定運(yùn)行。項(xiàng)目融合風(fēng)電、光伏、電解水制氫系統(tǒng)，構(gòu)建了“綠電制綠氫、綠氫再發(fā)電”的能源轉(zhuǎn)化模式。

純氫燃?xì)廨啓C(jī)可以理解為將傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)換上“氫心臟”，具備快速啟停及響應(yīng)、調(diào)節(jié)時(shí)間尺度廣、調(diào)節(jié)功率范圍寬等優(yōu)勢(shì)。與同功率火力發(fā)電機(jī)組相比，該純氫燃?xì)廨啓C(jī)一年可減少碳排放超過(guò)20萬(wàn)噸，聯(lián)合循環(huán)一小時(shí)發(fā)電量4.8萬(wàn)千瓦時(shí)，可滿足約5500個(gè)家庭一天的用電需求。未來(lái)，純氫燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)有望在分布式能源、工業(yè)園區(qū)綜合供能、綠色數(shù)據(jù)中心備用電源等場(chǎng)景應(yīng)用。

（本報(bào)記者  丁怡婷）

南極有個(gè)能抗凍的神奇電池

在中國(guó)南極秦嶺站，有一種能抵御嚴(yán)寒的神奇電池——由國(guó)家電投國(guó)氫科技研發(fā)的“氫騰”燃料電池。這種電池是站內(nèi)新能源微電網(wǎng)的重要一員。

在微電網(wǎng)運(yùn)行中，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電條件較好時(shí)，多余的電力可用來(lái)制氫，通過(guò)存儲(chǔ)氫氣實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能；風(fēng)光發(fā)電條件不好時(shí)，通過(guò)氫燃料電池將氫氣轉(zhuǎn)換為電能和熱能，可為站區(qū)提供約2.5小時(shí)、最大150千瓦的供電。

相比于傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電，“氫騰”燃料電池每發(fā)1千瓦時(shí)電，可節(jié)約400克標(biāo)準(zhǔn)煤，減少約1千克二氧化碳排放。更酷的是，它可以像拼積木一樣靈活組合、模塊化擴(kuò)展，功率能從50千瓦擴(kuò)展到幾十兆瓦。它也特別耐用，設(shè)計(jì)壽命可達(dá)4萬(wàn)小時(shí)。氫燃料電池在南極秦嶺站的穩(wěn)定運(yùn)行，證明它即使在極端低溫下也靠得住。

接下來(lái)，“氫騰”燃料電池還將走進(jìn)更多地方：為社區(qū)和工業(yè)園區(qū)供能，成為電廠、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院的應(yīng)急電源，這個(gè)神奇電池會(huì)在越來(lái)越多場(chǎng)景里助力降碳減排，讓我們的用能方式更清潔、更高效。

（本報(bào)記者  李  蕊）