在两个月前的冬奥会开幕式上，以“微火”形态呈现的火把成为许多人脑海中经典瞬息，而这刹那间的“幕后推手”，恰是氢燃料。相似，冬奥会上的戮力火把使用的亦然氢燃料，杀青了冬奥会历史上火把撤消零碳排放。据北京冬奥组委会公布的数据，1000多辆氢燃料汽车和配备的30多个加氢站进行了示范运营，落实贯彻“绿色办奥”理念。
撤消经由不排放二氧化碳，氢燃料是若何做到的？这样好的动力，又为什么现在才使用？对于氢能的问题有许多，让咱们一齐一探究竟吧。
Part.1
氢的见解：将来可期的二次动力
氢，化学元素标志为H，在元素周期表中位于第一位，是最轻的元素，亦然六合中含量最多的元素，大概占据六合质料的75%。在地球上，自然条目酿成的单质相对荒僻，因此BG大游APP，氢能动作一种二次动力BG大游APP，与煤、石油、自然气等传统的化石动力不同，难以径直从自然界赢得。既然如斯，氢能为何又成为了燃料呢？
这是因为氢的热值很高（120.0MJ/kg），是同质料焦炭、汽油等化石燃料热值的2–4倍，也即是说撤消筹议质料的燃料时，氢所产生的热量是焦炭、汽油等化石燃料的2–4倍；同期氢能具有能量密度高、存储现象种种的特色，不错调配太阳能、风能等动作动力载体。
最蹙迫的少量是，氢气只是含有氢元素，因此撤消的居品中唯有水，而传统的化石燃料因为含有碳元素，是以撤消时会产生大批的二氧化碳。因此氢气动作燃料不错透顶杀青零碳排放，在“绿色环保”方面酷爱要紧，被视为 21 世纪最具发展后劲的绿色二次动力。
据海外氢能委员会预测，到2050年，氢能将承担众人18%的动力末端需求，创造卓越2.5万亿美元的阛阓价值。以上种种，足以见得氢能的蹙迫性。
（图片开始：Veer图库）
尽管氢能动作燃料有着如斯丰富的上风，但对于它的诞生和期骗，却又充满着诸多挑战。氢能的诞生和期骗，不错分为制取、储运和末端使用三个门径。需要每个门径同期越过，投降各自的工夫壁垒，才能杀青氢气的最终期骗。
Part.2
氢的制取：“灰蓝绿”是指心机吗？
自然氢能是绿色动力，但氢的制取经由却并非完满零碳排。氢能按照其制取方式，可分为灰氢、蓝氢、绿氢三种。
灰氢，是通过化石燃料（石油、自然气、煤炭）撤消产生的氢气，在分娩经由中会有二氧化碳的排放。灰氢的分娩资本较低，制氢工夫也较为简便，咫尺，市面上绝大多数氢气是灰氢，约占现在众人氢气产量的95％傍边。
蓝氢，是自然气制氢，在产生温室气体的同期，会使用碳捕捉、期骗与封存（CCUS）等工夫，对温室气体进行拿获，从而杀青低碳排放分娩。
绿氢，是通过再天真力（太阳能、风能、核能等）制造的氢气，比如通过可再天真力发电进行电解水制氢。在这照旧由中，完满莫得碳排放，亦然制氢的终极目的，但由于咫尺工夫扫尾，制绿氢资本较高，距离大范围应用仍需时刻。
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Part.3
氢的储运：这是个工夫活儿
氢气易燃、易爆，在空气中的体积浓度在4.0%～75.6%之间时，遇火源就会爆炸。同期，氢气自己活跃性较高，容易和钢材发生“氢脆”气象，导致储运安设材料力学性能着落、塑性着落，出现开裂或损害的情况。氢能的运载时时凭证储氢情景的不同和运载量的不同有所调治，主要有气氢、液氢和固氢运送3种方式。
那么，在确保安全的前提下，晋升储氢容量、裁减资本、晋升易取用性即是储运工夫的要点。储氢工夫可分为物理储氢、化学储氢两大类。
（图片开始：Veer图库）
（1）物理储氢
物理储氢主要有高压气态储氢、低温液态储氢、物理吸附储氢以及地下储氢等方式。
高压气态储氢是将氢气压缩储存在高压瓶当中。这种方式可在常温操作，充放氢速率快，工夫相对老练。
低温液态储氢是将氢气在低温高压条目下液化后储存在容器中，具有储存容器体积小的优点。但这一法子需要容器保持低温绝热真空，对于工夫亦然个不小的挑战。
吸附储氢是通过分子间作用劲，以物理吸附将氢气储存在大比名义的材料中。
地下储氢与传统气瓶储氢比较是在地下盐层中挖出一个“容器”来储氢，与欣慰储一体化形貌鸠合，不错充分期骗地下空间，有用储存氢气。
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(2)化学储氢
化学储氢通逾期骗储存介质与氢气鸠合为平稳化合物的方式杀青氢储存，用氢时，再通过加热或其他方式使化合物瓦解放氢，同期回收储存介质。
Part.4
氢的末端使用：用在电板上成果杠杠
当咱们裕如了解氢的制取与储存之后，对于氢能的期骗也被科学家提上了日程。咫尺氢燃料电板是氢能较为常见的末端应用。早在20世纪60年代，氢燃料电板就已被应用于航空航天，插足70年代后，跟着工夫的越过和资本的胁制裁减，氢燃料电板逐渐应用于各大范围，包括发电、汽车、船舶和无人机等。
（图片开始：Veer图库）
（图片开始：Veer图库）
冬奥会上氢能成为“主角”动力的场景，不仅是面向全社会的宣传本质，更是我国向全国展现搬动力结构转型，践行碳达峰、碳中庸答应的决心与能力。氢能发展道阻且长，行则将至，让咱们共同期待“氢开脱”的那一天。
参考文件:
[1] 中国氢能定约. 中国氢能及燃料电板产业手册[R],2021
[2] Chen, P., et al., Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides. Nature, 2002, 420(6913), 302-304.
[3] 付盼.氢气地下存储工夫近况及难点揣度[J]. 中国井矿盐, 2020, 51(6):5.
[4]邵志刚,衣宝廉.氢能与燃料电板发展近况及瞻望.中国科学院院刊,2019,34(04),469.
[5] 程一步,氢燃料电板发展工夫及趋势分析.石油石化绿色低碳,2018,3(02),5.
[6] Hydrogen Storage Technology: Materials and Applications, CRC Press, 2012
出品：科普中国
作家：暖暖（中国科学院大连化学物理揣度所）
监制：中国科学院打算机蚁集信息中心
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本文首发于中国科普博览（kepubolan)
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