01 何謂氫能？

氫，位于元素周期表之首，原子序數為1，在常溫常壓下為氣態，在超低溫高壓下又可成為液態。不過，氫在地球上主要以化合態的形式出現，其中最主要的存在形式就是水，是宇宙中分布最廣泛的物質，構成了宇宙質量的75%。根據科學論斷，氫的燃燒熱值很高，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，燃燒后的產物是水，因此十分清潔。氫能進入我們人類的視野，其實由來已久，不過直到21世紀，尤其是最近幾年，這種能源開始在世界能源舞臺上變得舉足輕重，成為能源領域的“炙熱點”，于是氫的制取、儲存、運輸和應用等技術突然成為舉世關注的焦點之一。董秀成教授：盡管上述疑惑在我心中依然盤旋，但我似乎也在逐漸改變，至少在思維上已經有所改變，比如如果人類能夠利用水來電解氫，并且所用電解的電力來自于清潔能源，并且成本不斷下降，那么這類氫能或許就符合基本邏輯。如果氫在自然界以獨立礦藏的形態存在，那么氫便是一次能源，可惜這種存在形態的氫實在是微乎其微，人類只能從其他物質中來制取氫，比如電解水、煤炭制氫和天然氣制氫等，因此氫能在本質上屬于二次能源。作為一個長期研究能源經濟的學者，曾幾何時，我對氫能發展并不看好，其中最核心的理由是這種能源屬于二次能源，在一次能源轉化過程中或在制氫過程中必然消耗大量的能源，而且還必然存在環境污染和二氧化碳排放的問題，并且成本很高，或許在能源開發和利用方面有可能“得不償失”。氫能主體上屬于二次能源，關鍵在于其邏輯性、技術性和經濟性是否有生態平衡、環境治理和應對氣候變化的意義和價值。二次能源屬于聯系一次能源與能源用戶之間的中間紐帶，可以劃分為兩大類：一是“過程性能源”，二是“含能體能源”。無容置疑，電能是目前人類應用最廣的“過程性能源”，而汽油、柴油和煤油等油品則是目前人類應用最廣的“含能體能源”。從現實邏輯上看，由于“過程性能源”很難大量地被直接貯存，因此汽車、輪船和飛機等機動性強的現代交通運輸工具就無法大量使用從發電廠輸送出來的電能，只能大量地使用汽油、柴油、航空煤油和液化天然氣等“含能體能源”。然而，傳統未必一定持久，傳統也未必永遠符合邏輯，隨著電動汽車、混合動力汽車的興起和發展，“過程性能源”也可以替代“含能體能源”。根據邏輯推理，隨著化石能源不斷消耗，資源終究會枯竭，新的“含能體能源”也必然出現，其中氫能源便是其中的主要代表。氫在自然界儲存十分豐富，據估計氫元素構成了宇宙質量的75％，它廣泛存在于空氣中，另外在水、礦物燃料和各類碳水化合物之中普遍存在。除了核燃料熱值最高值外，氫的發熱值最高，其燃燒產生的熱值要遠遠高于所有化石燃料、化工燃料和生物燃料等。氫的燃燒性能良好，燃點高，可燃范圍廣泛，而且燃燒速度快，從熱值和燃燒角度看，氫絕對就是一種優質和高效的能源。另外，氫氣本身無毒，燃燒后除了生成水和少量氮化氫之外，不會產生對生態和環境有害的污染物，而且沒有二氧化碳排放，因此氫能屬于清潔能源，對于生態環境治理和減少二氧化碳排放均具有重大意義。

02 制氫方式與發展難點

如果人類利用化石能源制取氫，那么在制取過程中必然存在環境污染和二氧化碳排放，那么這類氫能或許便不太符合基本邏輯。

因此，根據制氫的方式，可以將其劃分為三種：綠氫、灰氫和藍氫。

1.綠氫是指通過可再生能源（如風電、水電、太陽能）制氫，也就是通過可再生發電，然后利用點解水來制氫，在制氫過程完全沒有碳排放。

2.灰氫是指利用化石能源（煤炭、石油、天然氣）制氫，也就是從化石能源中提取氫，在制氫過程中必然存在環境污染和二氧化碳排放。

3.藍氫是指使用石化能源（煤炭、石油、天然氣）制氫，其實與灰氫制取過程一致，區別在于在制氫過程中利用碳捕集和碳封存(CCS)技術，不讓二氧化碳排放到空氣中。

因此，從邏輯上看，綠氫和藍氫具有一定的合理性，但成本可能很高，經濟性可能比較差，而灰氫的成本可能較低，經濟性較好，不過合理性比較差。然而，氫能之所以還沒有被我們人類廣泛地利用，主要是因為氫能在利用成本和技術方面，還面臨著許多難點：

1.氫能制取成本高，如果從水中直接提取氫，那么需要用電解水技術，成本太高，在經濟上不具備競爭性；

2.氫氣儲存和運輸，需要適合的壓力和溫度，因此對裝備和設備要求很高，存在技術和安全障礙等，需要技術不斷突破；

3.氫能利用需要標準極高的配套基礎設施，建設和運營這些技術設施都需要大量的資金投入，進而大大提高氫能利用的成本。

03 氫能發展存在爭議

目前，世界能源問題事關人類社會發展，越來越成為世界熱點，人們對能源短缺問題更加恐懼，擔心傳統化石能源如煤炭和石油等終究被人類消耗殆盡，于是便從戰略上去思考能源供應來源問題。在此背景下，全世界范圍內掀起新能源熱潮，試圖擺脫對傳統化石能源的過度依賴，人們開始更加重視核能、氫能、太陽能和風能等新能源，但是到底哪種新能源能成為未來世界主流能源，還一直存在較大爭議和討論。其實，發展任何能源，長遠來看其關鍵還在于這種能源的資源條件，當然也要考慮能源技術突破等因素，資源是基礎，技術是關鍵，如果沒有足夠的資源基礎，那么發展能源就成為無本之木和無源之水。目前，世界對氫能的研究已經走過了最初的“認知”階段，從對氫能產業發展的不斷摸索和探尋，到如今在某些國家或區域一連串的布局落地和基地建設，再次讓人類燃起了對未來能源發展的遐想。不知有多少人，甚至有不少專家曾經說過，“比起加油站，我更怕加氫站的爆炸”，這或許說明氫作為?；?，危險性確實很大，對此我并不十分了解。當然，也有業內專家提出相反的結論，比如有專家說過，“汽油的危險程度遠甚于氫氣，在開放空間里，氫氣的擴散系數是汽油的12倍，而汽油的爆炸能量是相同體積氫氣的22倍。當發生爆炸時，由于氫氣的密度遠低于空氣，爆炸會發生在氣源上方，而汽油的爆炸發生在燃料周圍”。董秀成教授：對于這些爭論或辯論，我一直本著“傾聽”或學習的態度，限于自己的專業所限，只能從邏輯思維的角度認識和分析問題，不能或沒有必要參與激辯之中。“事實勝于雄辯”，只有科學才能說明真相，這是本人堅持的基本立場。

04 氫能特點顯著

對于氫能源來說，具有如下幾個顯著特點：

01、密度

按照元素周期表排列，氫元素排在第一位；對于重量來說，氫在在所有元素中最輕；在正常標準狀態下，氫的密度為0.0899克/升。

02、形態

氫的存在形態比較靈活，可以是氣態或液態，也可可以以固態的氫化物存在。由于氫形態靈活，因此便于貯運方式和使用環境的各種需要。在一般常態下，氫以氣態存在。當溫度為達到-252.7°C時，氫可以成為液體。若將壓力增大到數百個大氣壓時，氫也可以變成固體。

03、導熱性

對于導熱性來說，氫在所有氣體中導熱性最好，比大多數氣體的導熱系數高出10倍，是很好的傳熱載體。

04、分布

在自然界，氫是最普遍的元素。氫除了在空氣中存在外，主要以化合物形態貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質，因此氫資源十分豐富。

05、發熱值

除了核燃料外，氫的發熱值最高，達到142，351千焦耳/千克。氫的熱值是汽油發熱值的3倍，可見其能量效應顯著。

06、燃燒性

氫的燃燒性能非常好，與空氣混合時，燃燒范圍廣，燃點高，速度快。

07、環境性

與其他燃料相比，氫沒有毒，燃燒時最清潔。氫燃燒后，除生成水和少量氨氣外不會產生對環境有害的污染物。而氨氣經過適當處理后也不會污染生態和環境。氫燃燒生成的水，還可以繼續用來制氫，如此可以循環反復利用。

08、利用方式

氫的利用方式比較靈活，可以作為燃料用來燃燒，也可以生產燃料電池，當然也可以轉換成固態作為結構材料。

05 氫能或許將成為世界未來主流能源之一

任何事物，其發展都不以人的意志為轉移。氫能發展，不管你支持也好，反對也罷，能否發展在于大勢，而非人之意志。從氫能的資源潛力來看，由于氫能資源潛力十分巨大，似乎是取之不絕，用之不盡，因此氫能絕對具有未來發展的先決條件，而且也具有明顯的優勢。正是基于氫能資源豐富的良好條件，世界各國科學家都十分重視氫能科技研發，并且將氫能作為能源研發和利用的攻關重點。目前，氫能被人類給與厚望，備受各國政府和能源企業的青睞，或許可以在未來人類社會能源發展和轉型過程中帶來巨大的空間。各類能源都有其內在特點，這是基本常識，人們似乎很難找到某種能源可以替代所有其他能源，這更是人類歷史早已證明了客觀規律。當然，與其他新能源相比，氫能有著自身獨有的特點和優點，其中最大的優勢恐怕就是資源的潛力巨大。氫能優點，在于儲量豐富、燃燒快、無毒害和發熱值高等。但是氫能缺點在于制造成本高，而且還不穩定。作為一種二次能源，氫能來源廣泛，清潔低碳，應用場景豐富，而且有利于推動傳統化石能源的清潔高效利用，可以支撐可再生能源的大規模發展。我們看待事物，既要看現實，更要看未來。近年來，全球能源轉型正在加快，氫能及氫燃料電池產業發展迅速，并逐步成為全球能源科技革命和未來能源轉型發展的重要方向。從歷史發展來看，在二戰期間，人們便開始研發氫能技術，并且不斷取得實際研究的效果而逐漸得到實際利用，比如氫能已經被用作V-2火箭的液體推進劑。當今火箭的燃料也大都以液氫為主，科學家已經開始研究在超音速飛機和洲際客機上利用氫能作動力的燃料，氫能源汽車已經被開發并投入試運行。人類需要設想，需要想象，需要展望。我們可以大膽設想，如果氫能源汽車一旦在全世界范圍內得到大規模的普及和利用，那么全球能源格局和能源結構必將發生革命性的變化。一個產業是否具有前途，關鍵要看產業技術創新趨勢和成本競爭力。盡管目前氫能開發和利用還要受到成本、經濟和技術等條件的約束，但是從長遠趨勢來看，人類智慧無限，創新動力無窮，技術不斷進步，制氫成本必然下降。最近幾年來，由于技術進步和各國政府政策支持，氫能產業逐步成為全球能源領域的重要發展方向，這將有助于未來全球能源格局的重塑。人類需要面對挑戰，但是更應把握機遇。我們必須相信科學，相信技術在不斷創新，當上述瓶頸問題獲得解決之時，氫能便會迎來春天，最終將成為人類社會的主流能源之一。