咱们不断被奉告，咱们的星球正处于危机之中；为了解救它，咱们就得改动现有的生活方式。在全球气候问题不断凸显的当下，氢能现已悄然成为应对各类环境难题和动力转型的机遇，并被寄予越来越高的希望。

2022年3月23日，国家发改委、国家动力局联合印发了《氢能工业开展中长期规划(2021-2035年)》。该规划明晰了氢的动力特色，定位为未来国家动力体系的重要组成部分，充沛发挥氢能清洁低碳特色，推进交通、工业等用能终端和高耗能、高排放职业绿色低碳转型。

从交通和基础设施到供温暖电力，氢能能够替代化石动力，促进经济增加，并鼓舞全球对气候改变采纳举动。它还能够处理当今可再生动力最令人头疼的问题，如风能与太阳能的运送、贮存及其对气候改变的脆弱性，电池的粗笨、短寿数和低功率等。

6月15日，“双碳”布景下的氢能工业开展研讨会暨《氢能革新》新书发布会在机械工业出版社融媒体中心举办。我国工程院院士、我国氢能联盟战略参加委员会委员彭苏萍，清华大学教授、世界氢能协会副主席毛宗强，发改委动力研讨所可再生动力中心主任赵勇强，Snam我国董事兼高档副总裁彭宁科，国家动力集团北京低碳清洁动力研讨院氢能总监何广利等许多职业界的专家学者，共同为咱们带来了精彩的氢能科普，就我国氢能工业的开展战略与模范、氢能的安全性、氢能的未来运用场景、氢能何故引导一场动力革新等问题进行了深化的讨论。

气候问题对我国相对杂乱的动力结构带来了严峻的应战，氢能使得高碳动力低碳化，与我国的动力体系相互交融，并且使得我国的可再生动力规模化。据此，彭苏萍以为，氢能在我国动力体系中的定位已从“重要弥补”空空如也变成“重要组成部分”。那么，为什么如今咱们都注重氢能呢？来自发改委动力研讨所的赵勇强以为，一是它能应对气候改变，二是它能协助咱们提出长期性、整体性的动力低碳开展处理方案；三是它能为不同的动力体系供给灵活性。

在《氢能革新：清洁动力的未来蓝图》一书中，该书的作者，在动力职业具有超越20年的从业经历的马可·阿尔韦拉对氢能的未来提出了明晰而发人深思的观念，展现了为什么氢能能够应对气候改变并成为未来的抱负燃料。

以下内容节选自《氢能革新：清洁动力的未来蓝图》，小标题为编者所加，非原文一切。已取得出版社授权刊发。

即便在今日，氢元素依然操纵着世界

有关氢的故事能够追溯到138亿年前，那时世界刚诞生，温度极高。在开端的38万年里，太空中充满了被称为等离子体的热粒子，由松懈的电子、质子以及一些较重的原子核(质子和中子的组合)组成。慢慢地，温度下降到电子能够与质子结合构成氢原子的程度。从那个原始熔炉中发生的氢比其他任何元素都要多，即便在今日，氢元素依然操纵着世界。

氢是恒星的首要成分，还有一些氢以一层层薄雾的形状分布在星际间。有时，在巨大的星际气体云中，氢会以咱们熟知的方式——由两个氢原子组成的氢分子(H2)呈现。

氢原子是最简略的原子，只要一个电子环绕着一个质子。这个简略的结构是氢原子一切既美妙又费事的特性的来历。早在咱们知道氢的来历或内涵实质之前，它作为“动力连接器”的潜力就现已崭露了。

咱们对氢的了解始于16世纪瑞士化学家西奥菲拉斯特·邦博斯特·冯·霍恩海姆(TheophrastusBombastusvonHohenheim)的试验。他十分拿手自我推销，“虚浮”(bombastic)这个词就源于他的姓名。他更为咱们熟知的是他的化名帕拉塞尔苏斯(Paracelsus)。他发现铁能够溶解在硫酸中，并开释出一种奥秘的气体一。后来，西奥多·蒂尔凯·德·迈耶尔(ThéodoreTurquetdeMayerne)重复了这个试验，发现这种奥秘的气体能够焚烧。

1766年，亨利·卡文迪什(HenryCavendish)在伦敦的私家试验室里运用荒废的反响进程搜集到了这种气体，只不过他用的是盐酸和锌。有一段时刻，他沉迷于把这些气体点着，觉得很好玩儿。可是，他也注意到，焚烧这种气领会发生一种意想不到的副产物：水。1781年，他提出了一个现在众所周知的定论，那便是：水不是一种元素，而是由两种元素组成的化合物。法国化学家安托万·拉瓦锡(AntoineLavoisier)给这些元素起了它们现在的姓名——氢和氧，其间氢的意思是“成水元素”，这创始了现代化学年代。惋惜的是，科学天才拉瓦锡后来死于法国大革新，可谓现代科学史上的重大损失。

现在，咱们对氢有了更深的了解：氢的仅有电子很简单被其他元素抓获，构成新的物质，比如水。在那些让卡文迪什兴奋不已的焚烧试验中，氢原子与氧原子结合构成水，一同开释出许多能量。

德·迈耶尔、卡文迪什和拉瓦锡都被氢的可燃性所招引，暗示了氢巨大的能量潜力。拉瓦锡和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯测量了氢被点着时开释的能量，证明晰这一点。他们的试验成果超出了预期。事实证明，焚烧1千克氢气所开释的能量足以让一辆一般轿车行进90公里，或许为一个一般家庭供给两天的供暖。

很快，氢与电的亲近关系初现端倪，而后者正是今日绿色未来愿景的中心。1792年的一个星期天，在科莫湖边，创造家亚历山德罗·伏特(AlessandroVolta)把两块不同元素的金属板用浸有盐水的纸或布离隔，发生了电流。这个被后世称为“伏打电堆”的自高自大便是榜首块电池一。就在伏特宣布相关发现的六周后，两位英国科学家威廉·尼克尔森(WilliamNicholson)和安东尼·卡莱尔(AnponyCarlisle)也进行了相关试验，虽然这个试验在前史书上的报导不多，但却十分重要。1800年，这对配偶开端改善伏特的规划，将电线连接到伏打电堆的两边，然后将它们浸入一个盛水的容器中。水下的电线邻近呈现了气泡，这表明电流把水分化成了相关气体。事实上，他们创造晰电解槽，使咱们经过可再生动力出产氢气成为可能。

关于电解的榜首个真实牢靠的解说来自德国化学家约翰·威廉·里特(JohannWilhelmRitter)，作为一个独立且思想活泼的科学家，他与歌德(Goepe)和亚历山大·冯·洪堡(AlexandervonHumboldt)都沟通亲近。

里特把前人的试验进行了简化：拿一个容器装满水，再把两根不同原料的金属条浸入水中。把金属条的枯燥部分连接到电池上，两个电极就做成了。电池的电压会促进在每个电极发生化学反响。在正极，水分子分化，发生氧气(O2)，开释质子和电子(e-)。电子被正极吸入，氧分子构成氧气。而质子在液体中游离，在负极上得到电子，构成氢气(H2)。然后，里特把两个装满水的玻璃容器倒置在每个电极上，调查气泡在每个电极上发生，气体空空如也排出容器中的水并将容器填满。

许多电解槽都有一个重要元件，那便是隔阂。但里特以为他不需求，或许是他没想到。隔阂不会中止流经水中的电流，但的确能够避免氧气泡和氢气泡相遇并发生反响，或许说爆破。

别的值得注意的是，纯水的导电性欠好。所以，咱们需求参加另一种化学物质，作为电解质来进行电解——盐或少数硫酸等都能够用来前进电解速度。尼克尔森和卡莱尔创造晰电解槽后不久，就有人企图运用电解槽进行逆反响。其时的主见是，电解槽反过来也应该能够发生反响，即咱们现在的燃料电池。氢原子从阳极进入，然后由于化学反响失掉电子。带正电荷的质子穿过薄膜抵达阴极，带负电荷的电子则经过电路与质子相遇。终究，电子与质子以及来自空气中的氧气结合，发生燃料电池的副产物：水和热量。

榜首个燃料电池的创造者是德裔瑞士化学家克里斯蒂安·弗里德里希·尚贝(ChristianFriedrichSchnbein)和威尔士法官威廉·格罗夫爵士(SirWilliamGrove)，他们做出了相同的奉献，两人都经过相似的试验得出了相同的发现。格罗夫的第二种电池创造于1839年，是现代燃料电池的前驱。他把两个铂电极的一端浸入盛有硫酸溶液的容器中，另一端别离密封在独自的容器中，一个装氧气，另一个装氢气。随后电流便立即在两个电极之间活动。

氢气成了许多作家笔下的未来燃料

有了这项创造之后，氢气马上成了许多作家笔下的未来燃料。在1874年的小说《奥秘岛》(TheMysteriousIsland)中，儒勒·凡尔纳想象：“总有一天水能够被电解为氢和氧，并用作燃料，而构成水的氢和氧……将会成为供温暖照明的无尽动力。”

不久之后，一个梦想家企图完成儒勒·凡尔纳的想象。保罗·拉·库尔是19世纪70年代的一位丹麦创造家，从事电报作业，之后将注意力转向教育职业。虽然其时重工业鼓起，城市扩张，但他却特别重视从乡村长大的年轻人。拉·库尔以为，为了生计，应该推进乡村完成现代化。为此，农人有必要取得两样在城市才干充沛享有的权益：教育和精干的动力。拉·库尔采纳办法一同处理了这两种需求。他经过教育作业和一些活跃的政治手法，培养了一批乡村本地工程师。他想让丹麦的乡村独立于城市，完成自给自足。

拉·库尔首要对风能发生了爱好。跟着工业革新席卷欧洲，假如丹麦想要与邦邻竞赛，就需求一个牢靠的动力来历。这个国家缺煤，但有精干的风能。荷兰人很早就适当有远见地对风能发生了爱好，他们企图经过风车发电，但都由于以下两个问题而夭亡了。首要，传统的荷兰风车发电功率低得令人失望，并且没人知道怎么样进行改善；其次，电在发生后有必要被马上用掉，风一停，电就没了。人们需求一些能够贮存电能的办法，但那时，电池贵得难以想象。

拉·库尔重复考虑了这两个问题。他对经典风车进行了从头规划，选用新帆船来带动发电机发电。为了处理第二个问题，也便是怎么贮存风车发生的电能，拉·库尔将丹麦阿斯科乌镇邻近的一个旧水磨坊改形成了一个风车，并运用发生的电能经过电解水出产氢。在与意大利物理学家蓬佩奥·加鲁蒂(PompeoGaruti)的协作中，拉·库尔向储罐中注入了氢和氧，并将氢直接用作燃料。这可不是什么小前进，由此，氢的产值达到了每小时1000升。

从1895年到1902年，拉·库尔的“风车”继续为他任教的阿斯科乌民众高等学校供电，并且由于氢罐中贮存了12立方米的氢，阿斯科乌从来没有过供电中止的状况。1902年，阿斯科乌的风车成为发电厂雏形，服务了整个村庄，直到1958年才被电池和汽油发动机替代。

所以一个多世纪前，人们就现已证明晰氢所具有的实力。咱们那时候就知道一千克的氢居然能够包容如此巨大的能量。咱们现已有了根本的东西，能够根据需求将放置的电力转化为氢气。可是，早在1902年就有一个丹麦村庄现已较好地运用了氢能，为什么直到现在氢能都还没能遍及呢？

影响氢能遍及的原因有两个。一是氢的密度低，给运送带来了很大困难。二是与便利挖掘、储量丰厚的化石燃料墨守成规，氢很难从地球上其他元素中分离出来。

氢气一向无法与丰厚而廉价的化石燃料竞赛

就分量而言，一立方米氢气只要89克，就存储空间而言，含有平等能量的氢气体积是汽油的3000倍。想要获取氢气太难了，以至于在一个多世纪的时刻里，咱们挑选疏忽它的动力潜力，而是集中精力运用它的“轻”特色。

1783年夏天，孟格菲(Montgolfier)兄弟乘坐榜首个热气球升空。那个时候，没有人知道他们的气球为什么能飞上天空。孟格菲兄弟以为，湿润的干草焚烧发生的烟雾起到了协助气球升空的效果。兄弟俩是天才的创造家，但不是科学家。

拉瓦锡和他那一代的其他人相同，对气球十分入神。他知道氢气比热空气轻得多，所以他在纸上写下了“气球是被十分轻的氢气带起来”的想象。那时尼克尔森和卡莱尔还没有创造电解槽，所以拉瓦锡需求找到一个办法来分化水。在1783年到1784年的冬季，他总算找到了一个办法。拉瓦锡与陆军军官让·巴蒂斯特·梅斯尼埃(JeanBaptisteMeusnier)协作，研讨出了怎么将蒸汽经过铁制加农炮火热的炮筒发生氢气。

让-弗朗索瓦·皮拉特尔·德罗齐埃(Jean-FranoisPilatredeRozier)是一名物理和化学教师。当他发现氢气存在的问题时，他现已在和孟格菲兄弟一同飞翔了。操控气球的高度是至关重要的，但其时并没有被认真地处理。德罗齐埃想出了一个主见，即便用一个组合气球：外层的氢气层供给大部分的升力，而热空气内层则能够操控飞翔的高度。

1785年6月15日，德罗齐埃和他的伙伴皮埃尔·罗曼(PierreRomain)从法国的沿海布洛涅动身，企图飞越英吉利海峡。他们坚信他们的规划将给气球带来革新性的改变。大约过了半个小时，气球被吹回到岸边。他们两人的脸上却露出了“惊慌的表情”，拼命想把吊篮中心火盆上的铁栅栏关上，但一切都现已太晚了。“外层大球里边的可燃物质很快就充满了气囊内的剩下空间，沿着气球颈部管子倾注下来，迅速地抵达了下面的火盆，热气球就这样爆破了。”

这一爆破威力巨大，双层气球的规划也被悄然放置了。直到后来人们发现了一种相同比空气轻的惰性气体——氦气，才从头开端对热气球的探究。虽然发生了爆破，但其时人们并没有抛弃运用氢气。是的，氢是可燃的，但那又怎样呢？依托柳条吊篮上方火盆里焚烧着的稻草升起的热气球也相同茂盛。振振有词，在150多年的时刻里，创造家和前驱们坚持运用氢气这种爆破性气体作为浮力辅助东西。

德国退休军官斐迪南·冯·齐柏林(FerdinandvonZeppelin)于1891年脱离戎行，开端着手制作一种飞翔器。它有一个钢架构，内部灌满氢气，被称为齐柏林飞艇。在斐迪南伯爵的笔记本上，齐柏林飞艇开端的效果是运送邮件。而在榜首次世界大战期间，飞艇携带着2吨炸弹，以137公里/时的速度飞翔，形成了西欧民众的极大惊惧。飞艇可不是那么简单就能打下来的。氢很轻，散失得十分快。所以，就算一颗一般的子弹能够击穿齐柏林飞艇的气囊，也没有时机点着氢气。为了消除空中的要挟，英国不得不研制出特别的爆破子弹。

齐柏林飞艇在战后的和平时期被用于极地探险和举世飞翔。兴登堡号(LZ-129)和她的姐妹号齐柏林伯爵II号(LZ-130)敞开了大西洋两岸定时商业航空游览的先河。安满是它们最大的卖点：齐柏林飞艇共飞翔了160多万公里，未形成任何人员逝世，这是其时任何飞机都无法对抗的纪录。可是关于恶劣气候，飞艇却束手无策，与气候有关的飞艇事端也继续增多。1937年5月6日，当兴登堡号正准备在美国新泽西州莱克赫斯特水兵航空站的系泊桅杆处着陆时，忽然起火焚烧并坠毁在地。事端中飞艇上有97人，其间33人因从飞艇上跳下来或掉下来而摔死，2人死于织物和柴油焚烧，还有1名地勤人员被发动机砸死。

关于爆破是否由氢气引起依然存在争议，但在某种程度上现已无关紧要了，由于兴登堡号的确现已坠毁了。随后，很多影片对这一恐惧场景进行了重现，其时现场也进行了触目惊心的播送直播，飞艇作为载人东西进行洲际飞翔的年代就此结束。这一悲惨剧还让人们把氢气和烈火阴间联络到了一同，在很大程度上，这是一种毫无根据的茂盛感知。

将氢气用于气球飞翔终究被证明是一条不成功的弯路。氢气的首要卖点是其巨大的动力潜力，而不是简便的分量。但是，咱们花了很长时刻才回到这点上来，首要是由于氢气一向无法与丰厚而廉价的化石燃料竞赛。