【科普】第50个世界地球日来临，氢能将如何改变世界？

今天是2020年4月22日，也是第50个世界地球日。

▲地球日之父——丹尼斯·海斯

首个世界地球日由美国议员和哈佛大学学生丹尼斯·海斯于1970年发起，随着世界环境问题的日益严重和人们环保意识的逐渐提高，这项活动逐渐成为全球性的公众运动。我国也于上世纪90年代开始举办“世界地球日”活动，今年我国世界地球日的主题为“珍爱地球 人与自然和谐共生”。

一、     为什么要举办世界地球日？

世界地球日的目标是通过呼吁提高政府及民众的环保意识，动员人们参与到环保运动中来，倡导绿色低碳生活，从而改善地球日益严重的环境问题。

当前，人类面临的环境问题主要有：森林、湿地湖泊的消失导致生物走向灭绝；能源燃烧排放的温室气体使全球变暖，并引发极地冰盖融化、海平面上升、旱涝灾害等一系列连锁反应；煤炭、石油、天然气等不可再生能源因过度开采而面临枯竭；臭氧层受到破坏等。

▲因冰川融化被困在浮冰上的北极熊母子

其中，能源问题是导致环境恶化的重要因素之一，如何开发新型能源、优化现有能源结构成为了世界各国重点关注的焦点。

二、     氢能作为能源的优势在哪？

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，具有以下优点：

（一）资源丰富

氢在自然界中主要以化合物形态存在，如水、碳氢化合物等；其中水占地球表面的70%以上，是氢气的丰富来源。

（二）来源多样

氢气可通过石油、煤、天然气等化石能源重整，也可通过生物质裂解或微生物发酵等途径制取；可来自焦化、氯碱、钢铁、冶金等工业副产气；也可通过电解水来制取。其中，电解水制氢的方式因其零污染、制取氢气纯度高、可再循环的特性而备受关注，但缺点是耗电量大、成本高昂。

（三）灵活高效

氢热值高（142KJ/g），是同质量焦炭、汽油等化石燃料热值的3-4倍；通过燃料电池可实现综合转化效率85%以上；

（四）可储存性

在电力过剩的地方和时间，可以用氢的形式将电能或热能储存起来，在合适的时间和地点再释放，这也是氢能在其他可再生能源中得天独厚的优势。

（五）应用场景丰富

氢能既可以直接为炼化、钢铁、冶金等行业提供高效原料、还原剂和高品质的热源，有效减少碳排放；可以通过燃料电池技术应用于汽车、轨道交通、船舶等领域，降低长距离高负荷交通对石油和天然气的依赖；还可以应用于分布式发电，为家庭住宅、商业建筑等供电供暖。

三、     面对日益严峻的环境问题，氢能将如何改变世界？

(一)        氢能对实现低碳能源有着比较显著的效果

主要表现在以下三个方面：一是用氢直接代替石油，用于交通燃料；二是在高碳化石燃料煤的利用中, 未来将采用二氧化碳捕集及贮存技术 (即CCS技术) , 此时, 氢气是煤气化的主要产品, 实际上是将煤制氢、同时捕集二氧化碳, 再利用氢的能量;三是氢在可再生能源利用中起提高能源质量的作用。2007年我国消费能源26.5亿吨标煤, 其中交通运输行业用2.06亿吨标准煤，占我国能源消耗的7.7%。未来的氢能完全可以取代交通运输和化学工业用石油，这样从宏观看相当于减排CO2达8%以上。（来源：毛宗强《氢能将成低碳时代“新能源宠儿”》）

▲中国氢能及燃料电池产业技术路线展望，来源中国氢能联盟

（二）氢能是否真的清洁环保？

氢气的使用过程是清洁低碳的，这毫无疑问。但是，氢气的制取是否符合环保要求，依赖于它的制取方式。

工业和信息化部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中曾经发表过观点：“灰氢不可取,蓝氢可以用,废氢可回收,绿氢是方向。”

灰氢是指伴有大量二氧化碳排放而产生的氢，主要以化石能源、煤炭、甲醇制氢为主，其中每生产1公斤氢，要伴生5.5-11公斤的二氧化碳，这种制氢方式显然不可取。

蓝氢是指将二氧化碳通过捕集、埋存、利用而避免大量二氧化碳排放的方式，主要是采取蒸汽甲烷重整技术或煤气化加上碳捕捉和贮存（CCS）制氢。

绿氢是指用可再生能源制氢的方式，如电解水制氢就是一个未来的方向，但因为其成本高昂，耗电量巨大，还需要进一步研发突破。

四、     总结

氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，在改善环境问题上，氢能毫无疑问地将扮演一个重要的角色，但氢能的发展还需要全人类共同努力：如电解水制氢的成本优化、工业副产氢的净化提纯、弃风弃光的利用、加氢站及燃料电池的技术发展及推广等。

重视新能源发展，关注地球命运，将成为21世纪人类历史中重要的一章。

参考资料：

1)    《氢能——我国未来的清洁能源》毛宗强

2)    《氢能——未来最清洁的能源》李根蒂

3)    《氢能将成低碳时代“新能源宠儿”》毛宗强

4)    《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》

5)    《李毅中：灰氢不可取，蓝氢可以用，废氢可回收，绿氢是方向》中国电动汽车百人会

撰稿：张师诗

校对：时光