“氢氢”地，你正身处一场能源革命中｜国家工业密码·未来篇

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“十四五”圆满收官、“十五五”扬帆起航之际，由中央网信办网络传播局、国务院国资委宣传工作局指导，国务院国资委新闻中心主办的《国家工业密码·未来篇》网络互动传播活动正式启动。小新联合中国科协创新战略研究院、总台科晚、总台《创新进行时》栏目、中国移动咪咕、国家电网英大传媒、机械工业出版社、《人民画报》杂志、《美术》杂志、星球研究所、混知等伙伴共创，以宏观的产业视角、微观的技术视角，生动呈现中央企业在科技创新前沿取得的重大突破，在加快发展新质生产力、建设现代化产业体系进程中的硬核力量，带您读懂中国工业的创新密码。今天为您带来小新和星球研究所共创的《如何策划一场氢能革命》。

“热”知识：

如果你正在做饭，你家的燃气灶

此时燃烧的很可能不只有天然气，

还有氢。

没错，不知不觉间，

你早已身处一场能源革命之中。

“氢氢”敲醒一场能源革命，

我们的“来路”和“前路”在哪里？

清洁的“氢”，哪里来？

这是中国最强大的火箭，

一次能推起800辆小汽车的重量，

但它烧的不是煤、不是油，

而是氢；

这是中国最强劲的矿用卡车之一，

一次能拉动大约30头大象，

但它用的不是煤、不是油，

而是氢；

这是中国面积最大的南极科考站，

一次最多能容纳80位科考人员，

但让它运转的不只是油，

还有氢。

为什么偏偏是氢？

因为，它发生燃烧等反应时，

产生的仅仅是水，

——没有污染物，没有碳排放，

而它释放的热量，

却能达到同等质量汽油的3倍，

煤炭的4-5倍。

但是，当前中国的大部分氢气

依然需要从化石能源和工业生产中提取，

过程中也还会产生大量二氧化碳，

这些氢气被称作“灰氢”。

但在生产清洁的氢的路上，

我们已经迈开大步，收获颇多——

我们到底是如何开始撼动

化石能源统治了260多年的

能源格局呢？

你是否还记得中学课堂里的
“电解水制氢”实验？

只要准备

一个电源、两个电极、一盆清水，

就可以让水“分解”为氢气和氧气；

很好，此时我们

把整个装备扩大复制数百万倍，

就是一个工业级别的制氢设备——

碱性电解槽。

不过，

如果当前中国全年的氢气产量

都只靠电解水，

那消耗的水相当于

1100万人一年的生活用水，

消耗的电则相当于

全国人民一年多的生活用电。

这些成本，怎么控制？

电不够，就去找电：

那些无法完全被电网消纳

而“富余”出来的风电和光电

找到了适合自己的位置，

避免被弃用的同时

还能化作氢能储存起来。

水不够，就去找水：

矿井水、工业废水，

甚至是茫茫汪洋之中的海水——

这可不是一座简单的海上平台，

而是一座海上制氢厂。

工程师们不仅可以通过常规方法

先淡化海水再电解制氢，

甚至还在尝试

用特殊的结构和工艺

直接电解海水。

我们的能源行业工作者们

始终不满足，

这一产业，现在还能加上

以庄稼秸秆等废弃物

为原料的生物质制氢，

以及未来或许能实现的大规模核能制氢、

光解水制氢等等。

直到有朝一日，

各种来源的氢，会绚丽如虹，

让这场能源革命的生产成本大幅降低。

但生产，还仅仅是第一步，

接下来，

又该如何把氢运往天南海北呢？

“氢”送万里，何以载“氢”？

作为自然界密度最小的气体，

要装下1吨氢气，

至少需要5个标准游泳池。

显然，直接这样运输，

成本实在太高。

“压缩”这一选择，

似乎水到渠成：

在200倍大气压的高压下，

将氢气的体积压缩到原来的1/200，

问题似乎迎刃而解，

然而氢原子实在太微小了，

在长期的高压状态下，

会逐渐侵入到金属材料内部，

并缓慢发生反应、形成裂纹，

如果再遭受外力，

就容易出现开裂、破碎，

这就是“氢脆”。

好在材料工程师们出手了，

他们利用特殊的钢材和工艺加工成无缝钢瓶，

足以储存200倍大气压的氢气，

当它们编排成组，

就是目前最成熟的短距离运氢方式——

长管拖车。

又或者以铝合金做内胆，

外部缠绕碳纤维，

制成强度更高、质量更轻的储氢瓶，

就能为氢能汽车储存燃料。

但这些方式最多也只能装载

500公斤高压氢气，

这辆储氢车

却是即便在常温常压下，

也能储存1吨氢气，

不过它用的不是瓶瓶罐罐，

不是将气体体积变小的思路，

而是一种特殊的金属材料，

通过和氢气发生反应

把氢气变成固体物质储存起来。

那么，还能继续缩小体积吗，

比如把气体彻底变成液体？

当然可以！

像这样的液氢槽罐车，

一次可以装载4吨氢气。

可是，直接让氢气液化，

温度必须低于-253℃，

比让天然气液化的温度还要再低 90℃，

这也意味着液化氢气的能耗

将达到液化相同质量天然气的十几倍。

但化学工程师表示，

谁说液体只能是液氢呢？

回到刚刚出场过的这座海上平台，

它除了电解海水以外，

还能将氢气转化为液氨和甲醇储存起来，

更加安全，也更加节能，

这就是全球首座氢氨醇一体化平台。

可以想象，

当它被放在航道上时，

便能化身往来船只的海上“加氢站”；

而在陆地上，

也只需要一条重载铁路，

就可以把50多节车厢里满载的2000多吨氨醇，

从西北内陆运往东部沿海。

要推动一场氢能运输革命，

仅靠这些运氢方式似乎还不够。

别担心，就在你不知不觉间，

一条从内蒙古乌兰察布出发、

跨越9个县区

直达京津冀的氢气输送管道已经启动

——这就是“西氢东送”，

管道全长400多公里，

它建成之后，

一年运送的氢气将达到10万吨，

而运输成本仅有长管拖车的1/5。

至此，

氢能已经接连开启了生产革命和运输革命，

而天南海北的氢，

又会释放怎样的能量？

氢能，为什么“能”？

有一种特殊的电池，

只需一极接入氢气、一极接入空气，

就能在催化剂的作用下，

通过在两极间转移电子产生化学反应，

重新生成水，

并同时形成电流、释放电能，

这就是氢燃料电池。

如果把它装进车里，

你就可以得到一辆氢能汽车。

相比油车，

它零碳无污染，

而相比电车，

它只要加氢3-5分钟

就可以续航500公里，

在零下40℃也可以轻松启动。

那既然如此，

为何不把它装在更多地方呢？

现在，一辆氢能汽车的售价

是纯电版本的近4倍，

每100公里的燃料成本也最多相差2倍，

截至2024年底，

全国拥有加氢站540座，

还难以与随处可见的加油站和充电桩相比。

是的，

一方面你会看到

一场“替碳行动”已然开启，

公路上，

河北的绿氢正通过一辆辆长管拖车，

源源不断地运往北京的加氢站，

随后被加注到公交、大巴里；

而铁路上，

氢能列车正在替代内燃机列车；

河流上，

氢能船舶也在替代燃油船舶；

氢能重卡在矿场里往来穿梭，

甚至氢能无人机也在天空中展翅翱翔

不仅如此，

作为更清洁的工业原料，

氢能也在席卷

钢铁厂、化工厂、煤电厂等各种工厂。

而另一方面，

你同样会看到，

尽管今天中国已经成为

全球第一大氢气生产国和消费国，

但氢的生产成本依然是煤炭、石油的十几倍，

输氢管道的造价将达到天然气的2-3倍，

再加上居高不下的氢燃料电池造价等等，

想提高氢能在能源结构中的占比

依然任重而道远。

但这依然是一场不得不开启的能源革命，

毕竟，根据估算，

人类将在未来100多年里，

用完当前已发现的

所有天然气、石油和煤炭。

我们必须重构一个全新的能源体系，

包括风、光、水、核，

也包括氢。

这种特殊的能源，

取之于水

最后又化作了水，

看似什么也没有改变，

但由它点亮的文明之火，

却在真实地存在着、闪耀着。

我们的能源行业建设者们，

前赴后继，钻研创新，

一块块地点亮着这场能源革命的每一格拼图。

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责任编辑丨程镜睿

校对丨陈婷 葛瑞蒂

执行主编丨刘海草 张灏然

内容来源｜国家能源集团 星球研究所