每日快訊!點水成“火” 我國氫能產業發展提速

日前，國家能源局印發《2023年能源工作指導意見》，重點提及攻關新型儲能關鍵技術和綠氫制儲運用技術，推動儲能、氫能規模化應用。今年，我國氫能行業將進入發展的快車道。

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人類需要的氫能來自哪里？主要是水。當人類一次又一次遭遇能源危機，那一望無際的水鄉澤國讓人們看到了不滅的希望。俗話說：水火不相容。然而，事實上水火是可以相容的，用來滅火的水中蘊含了無窮無盡的“火”——能源。人類如果能用上點水成“火”的“魔法”，就能從水中取“火”，為人類獲取源源不絕的能源。

專家們普遍認為，21世紀最有前途的能源有兩種：一種是氫能，另一種是受控核聚變能。這兩種能源都與水和氫息息相關，前者直接利用氫，后者則利用兩種比較特殊的氫——氘、氚，而這些氫主要來自水。

氫有三兄弟，即氕、氘、氚。氕就是最常見的氫，也就是通常所說的氫；氘比氕重一點，因此又叫重氫；而氚又比氘重一點，所以又叫超重氫。氘、氚都與氧結合，分別形成重水、超重水。

我們常見的水，就是由氫（氕）和氧組成的，把水拆開后就能得到氫和氧，因為它們通常都是以氣體的方式存在，所以稱為氫氣和氧氣。氫能點火燃燒，并且燃燒熱值高，放出的平均熱量是汽油3倍或焦炭4.5倍。氫的燃燒不產生任何有溫室效應的化學物質，也不會引起酸雨和煙霧。氫是宇宙中分布最廣的物質，占據宇宙質量75%，被稱為人類的“終極能源”。因為氫主要由水制取，而水是地球上最為豐富的資源，所以海洋、湖泊、江河就是我們的“氫礦”。因此，氫正是科學家們尋找到的高熱值而又清潔無污染的理想能源。

那么，人們可用哪些“魔法”把水分開得到大量而廉價的氫氣呢？這一想法直到現在還沒有完全實現。

傳統的化石燃料制氫占全球約95%，它主要以蒸汽轉化和變壓吸附相結合的方法制取高純度的氫。而這一方法生產成本太高或比較高，且氫燃料通常是從礦物燃料中提煉而成，生產過程會產生和排放二氧化碳等溫室氣體，并不環保。所以，人們將通過這一方法制取的氫氣稱為“灰氫”。

以電解水制氫的比率不足5%，且成本也比較高，以太陽能分解水制氫的比例更小，但沒有碳排放，因此被稱為“綠氫”。

電解水制氫是一種比較方便的制氫方法，只需要在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上就會發生電化學反應，從而分解成氫氣與氧氣。但這一方法也并沒有想象的那么容易，而且氫能儲存也面臨著高成本以及危險性。為此，有人設想將來可以建造人工海島，在島上建立為電解水制氫的專用核電站，既安全又經濟。

最近三四十年來，人們開始發展太陽能制氫，生產的氫能可以為車輛、船只和火車中的燃料電池系統供電，還能輸送到電網中，或者用于制造化學品和鋼鐵。不過目前這種清潔能源愿景主要還停留在實驗室。這類研究主要集中在熱化學法制氫、光電化學分解法制氫、光催化法制氫、人工光合作用制氫、生物制氫等幾種技術上，因成本更高很難廣泛應用。不過，現在綠氫產業化發展進程加速，未來市場空間廣闊。

經過多年的工業積累，我國已是世界上最大的制氫國，2021年我國氫氣產量約3300萬噸，預計到2050年氫氣需求量接近6000萬噸，更需要綠氫助力。

（作者系湖南省科普作家協會會員）

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