绿氢作为能源，最早的应用可以追溯到19世纪末的一个村庄。丹麦科学家保罗·拉·库尔在他任教的阿斯科乌，用风机产生的电力电解水，位于风力涡轮机大楼下面的电解地下室，一共装有10个电解槽。在有风的日子里，每小时生产多达1000升（1m³）氢气。
百年以后，面对“环境危机”和“能源转型”，氢的制、储、运、用技术成为21世纪最受瞩目的焦点。
|01 制取绿氢需要哪些资源？
电解水制氢，生产原料主要是“绿电”和“纯水”。
“绿电”就是风、光等可再生能源生产的清洁电力，制取1kg氢气，约需消耗56度电。
纯水也称为“原料水”，用来制氢需要符合国内相关的水质要求，即GB/T 37562—2019《压力型水电解制氢系统技术条件》中的规定——电导率≤1mS/m(碱性电解水制氢系统）。
根据反应式，理论上制取1kg氢气需要9kg的水，但考虑到制取纯水的消耗和其他消耗，实际上制取1kg氢气需要15-18kg的水。
设备方面，主要是光伏组件和制氢设备，以及设备安装场地。
表一：制取1kg绿氢需要的资源（仅参考）
|02 储氢的主要方式有哪些？
氢是宇宙中最简单也是最轻的元素，通常情况下，用高压气态储罐/地下空间来储存，但它会占据大量空间。
如高压气态储氢，常见的高压储氢瓶有35MPa和70MPa两种规格，分别对应25g/L和41g/L的氢气密度，储气量小。
压缩成液氢，常温常压下对应的液氢密度约是70kg/m³，但技术难度较大，主要应用在航天领域。
此外，还有固态储氢和有机液态储氢方式，现阶段很难实现大规模应用。
被市场看好的还有化合物储氢，即将氢与其他元素结合，制造出更容易储存和运输的化合物，如合成氨。
表二：不同燃料能量密度数据（仅参考）
|03 我们能用绿氢来做什么？
氢的热值高达142MJ/kg，是煤炭、汽油等化石燃料的3-4倍，它可以通过氢内燃机和氢燃气轮机直接燃烧提供动力和电力，还能够通过氢燃料电池发生电化学反应实现供热供电。
当氢作为动力采用燃料电池的方式来利用时，以燃料电池系统效率为50%，汽油机位28%，柴油机为38%，锂电池系统效率为90%来计算：1kg氢气用于燃料电池车辆时，相当于6.9L汽油、45L柴油或者18.6k电量的锂电池。
最重要的是，绿氢燃烧产物只有水，不产生碳排放。
可以用绿氢取代一部分灰氢、蓝氢，甚至煤油气的使用，对钢铁、住宅、水泥、工业、汽车、商业、石油化工、轻卡和公交车、航运铁路等行业降低碳排放量有重要意义。
表三：我们能用1kg绿氢做什么？（仅参考）
|写在最后
电力需求具有明显的季节性特点，在寒冷的冬天或者炎热的夏天，电网势必将承受比春秋季节更大的压力。
如果将氢和电结合在一起，可以平息可再生能源发电的间歇性波动，同时也可以作为能源的季节性储备，形成一个强大的耦合能源网络。
同时，氢的应用场景非常广泛，它可以灵活交易，有观点认为氢将是未来能源界的“新石油”。
在此，引用1874年的小说《神秘岛》里儒勒·凡尔纳关于氢能的设想：“总有一天，水可以被电解为氢和氧，并用作燃料，而构成水的氢和氧……将会成为供暖和照明的无限能源。”
氢能，驱动未来。
作者：仲新源
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