零碳时代，氢能如何“制霸”能源圈？（原创 小曾同学讲碳电 2025年05月25日）

（卢）Georgelu

　　

01 零碳与氢能：能源变革的 CP

在全球能源转型的大棋盘上，零碳与氢能无疑是两颗熠熠生辉的关键棋子。零碳，并非意味着完全不排放二氧化碳，而是通过一系列的手段，如应用绿色能源替代、生态碳汇补偿等 ，来抵消碳排放，使二氧化碳的排放与吸收达到平衡，实现碳的近零排放。这就像是一场精心策划的生态平衡游戏，力求在人类活动与自然环境之间找到完美的和谐点。

　　而氢能，作为一种来源丰富、高热值、绿色低碳的二次能源，宛如能源领域的一颗璀璨新星。它的能量密度极高，是汽油发热值的 3 倍，燃烧产物仅仅是水，对环境没有任何污染 ，被誉为 21 世纪最具发展前景的清洁能源。从获取来源上看，它可以通过电解水、化石燃料重整、生物质转化等多种方式制取，来源广泛且资源丰富。

02 氢能：零碳路上的 “潜力股”

（一）氢能特点大揭秘

氢能的特点，随便拎一个出来，都能在能源圈 “大杀四方”。先看清洁这一点，氢气燃烧时，就像是一位纯净的舞者，只与氧气共舞，最终产物只有水 ，不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氨气经过适当处理也不会污染环境 。这就好比在一片洁白的画布上作画，没有任何杂质的干扰，氢能为地球的生态环境带来了最纯粹的守护。

从能量密度来看，氢能更是实力超群。它的能量密度高达 122KJ/g，是汽油发热值的 3 倍 ，这意味着在相同质量下，氢能能够释放出更为巨大的能量。想象一下，一辆汽车如果使用氢能作为燃料，就如同拥有了一个能量强大的 “超级心脏”，能够以更少的燃料行驶更远的距离，大大提高能源利用效率。而且，氢气的燃烧性能也十分出色，与空气混合时有广泛的可燃范围，燃点高、燃烧速度快，就像一个充满激情的运动员，随时准备在能量的赛道上全力奔跑。

再说说它的来源，氢元素在宇宙中广泛存在，是大自然中最为丰富和广泛的元素 ，在我们人体中，氢原子数也占了所有物质原子总数的 2/3。我们生活中离不开的水，就大量含氢，通过电解水、化石燃料重整、生物质转化等多种方式，都可以制取氢气，真正做到了 “取之不尽，用之不竭”。

（二）零碳与氢能的 “不解之缘”

在实现零碳目标的漫漫征程中，氢能扮演着举足轻重的角色，堪称是零碳路上的 “超级助攻”。

在工业领域，许多高耗能、高排放的行业，如钢铁、化工等，一直是碳排放的 “大户”。传统的生产方式依赖化石能源，在生产过程中会释放大量的二氧化碳。而氢能的出现，为这些行业的脱碳带来了曙光。以钢铁行业为例，传统的炼铁工艺需要使用大量的煤炭作为还原剂，这会产生大量的碳排放。而采用氢基直接还原铁技术，利用氢气代替煤炭作为还原剂，在生产过程中只会产生水，实现了二氧化碳的近零排放 ，为钢铁行业的绿色转型提供了可行的路径。

交通领域也是碳排放的重要来源之一。随着全球汽车保有量的不断增加，尾气排放对环境的影响日益严重。氢能在交通领域的应用，如氢燃料电池汽车，为解决这一问题提供了新的方案。氢燃料电池汽车以氢气为燃料，通过电化学反应将氢气的化学能直接转化为电能，驱动车辆行驶，整个过程零排放、无污染 。与传统燃油汽车相比，氢燃料电池汽车不仅能有效减少尾气排放，降低对环境的污染，还具有续航里程长、加氢时间短等优势，有望成为未来交通领域的主流车型。

除了工业和交通领域，氢能在建筑、电力等领域也有着广阔的应用前景。在建筑领域，氢燃料电池可以为建筑物提供电力和热能，实现建筑的能源自给自足，减少对外部电网的依赖，降低碳排放。在电力领域，氢能可以作为储能介质，将多余的电能转化为氢能储存起来，在需要时再将氢能转化为电能，实现电力的稳定供应，有效解决可再生能源发电的间歇性和波动性问题 ，为构建稳定、高效的能源体系提供有力支持。

03 氢能发展现状：“成长的烦恼” 与 “小成就”

（一）氢能的 “成长之路”

氢能的发展，宛如一部波澜壮阔的史诗，从萌芽到崛起，每一步都充满了探索与突破。在全球范围内，20 世纪 70 年代的两次石油危机，如同两声警钟，让人们深刻认识到传统化石能源的局限性和不稳定性，也促使各国将目光投向了氢能这一新兴能源 。此后，氢能产业开始在全球范围内悄然兴起，各国纷纷加大对氢能技术的研发投入，致力于攻克氢能制备、储运、应用等环节的关键技术难题。

　　美国凭借其强大的科研实力和丰富的资源，在氢能领域一直处于领先地位。早在 20 世纪 60 年代，美国宇航局就将氢燃料电池应用于航天领域，为航天器提供电力，开启了氢能在实际应用中的先河 。此后，美国政府通过制定一系列的政策法规和财政补贴措施，大力支持氢能产业的发展。例如，美国能源部设立了专门的氢能研究项目，投入大量资金用于氢能技术的研发和示范应用，推动了氢能产业的快速发展。

日本作为一个资源匮乏的国家，对氢能的发展更是寄予厚望。自 20 世纪 70 年代起，日本就开始将氢能与燃料电池列入重点研发课题，经过多年的技术积累和研发投入，日本在氢燃料电池技术方面取得了显著的成果。2014 年，日本发布了 “氢能和燃料电池战略路线图”，明确了氢能在日本能源转型中的重要地位，并提出了一系列的发展目标和政策措施，致力于打造全球领先的氢能社会 。

在欧洲，德国、法国、英国等国家也纷纷加大对氢能产业的支持力度，通过制定产业政策、设立研发基金等方式，推动氢能技术的创新和应用。德国政府提出了 “国家氢能和燃料电池技术创新计划”，旨在到 2030 年实现绿氢的大规模生产和应用，推动德国能源结构的转型 。法国则制定了 “国家氢能发展战略”，计划在 2028 年前建成 100 座加氢站，推动氢燃料电池汽车的普及。

我国的氢能产业虽然起步相对较晚，但发展势头迅猛。20 世纪 90 年代，我国开始在氢能领域进行布局，通过国家科技计划的支持，开展了一系列的基础研究和技术研发工作。2019 年，氢能相关内容首次写入政府工作报告，明确提出加速充电、加氢等基础设施建设 ，标志着我国氢能产业进入了快速发展的新阶段。此后，国家陆续出台了一系列的政策法规和规划，为氢能产业的发展提供了有力的政策支持和保障。例如，2021 年发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，明确了氢能在我国能源体系中的战略地位，提出了到 2025 年和 2030 年的发展目标，为我国氢能产业的长期发展指明了方向。

（二）氢能发展的 “成绩单”

经过多年的发展，氢能在制备、储运、应用等环节都取得了令人瞩目的成果。

在制氢技术方面，我国已稳坐全球第一大产氢国的宝座，产量占全球氢气总产量的三分之一以上 。2022 年全球氢气总产量约 9813 万吨，中国氢气产量 3533 万吨，同比增长 7.06% 。目前，我国的制氢技术主要包括化石燃料制氢、工业副产氢、电解水制氢等。其中，化石燃料制氢技术成熟，成本较低，但碳排放较高；工业副产氢来源广泛，成本相对较低，是目前我国氢气的主要来源之一；电解水制氢则具有绿色低碳的优势，随着可再生能源发电成本的不断降低，电解水制氢的成本也在逐渐下降，未来有望成为主流的制氢方式 。同时，我国在制氢技术的研发方面也取得了一系列的突破，如新型电解水制氢催化剂的研发、太阳能光解水制氢技术的研究等，为制氢技术的进一步发展奠定了基础。

在储运环节，我国也取得了显著的进展。高压气态储氢和液态储氢是目前主流的储氢技术，固态储氢技术尚不成熟，但也在不断的研发和探索中 。在运输方面，管道运输、液态氢运输、车载运输等多种运输方式并存。其中，管道运输适用于大规模、长距离的氢能运输；液态氢运输适用于中短距离的氢能运输；车载运输则适用于小规模、短距离的氢能运输 。近年来，我国在储运技术方面不断创新，如 30 兆帕氢气运输管束车的成功投运，相较于传统 20 兆帕管束车，卸氢量提高一倍，单车运氢成本可降低约 30% ，为氢能的高效运输提供了新的解决方案。同时，我国在液氢大规模制备领域也取得了重大突破，首套氢膨胀 5 吨 / 天氢液化系统的成功研制，攻克了多项关键核心技术，将助力液氢大规模应用的工业化进程 。

　　在应用领域，氢能的身影也越来越常见。在交通领域，氢燃料电池汽车作为氢能应用的重要方向之一，近年来得到了快速发展。我国的氢燃料电池汽车保有量不断增加，截至 2024 年底，全国氢燃料电池汽车保有量已超过 10 万辆 。同时，加氢站的建设也在加速推进，截至 2024 年底，全国已建成加氢站超过 700 座 。除了氢燃料电池汽车，氢能在轨道交通、船舶等领域也开始得到应用，为交通领域的绿色转型提供了新的选择。在工业领域，氢能在钢铁、化工等行业的应用也在不断拓展，如氢基直接还原铁技术的应用，为钢铁行业的脱碳提供了可行的路径；在化工行业，氢气作为重要的原料，用于合成氨、甲醇等产品的生产，降低了生产成本，减少了碳排放 。此外，氢能在建筑、电力等领域也有着广阔的应用前景，如氢燃料电池在分布式发电、储能等方面的应用，为能源的高效利用和稳定供应提供了新的解决方案 。

（三）发展中的 “绊脚石”

尽管氢能发展成果显著，但在前行的道路上，也面临着诸多挑战。成本问题，就是横亘在氢能产业面前的一座大山。目前，无论是制氢、储氢还是运氢，成本都相对较高，这使得氢能在与传统能源的竞争中处于劣势。以绿氢为例，由于电解水中的可再生能源成本高、电解水耗能大以及设备成本高，导致绿氢的生产成本居高不下 。在产供储销体系不完善、规模化水平较低的情况下，绿氢的生产成本短期内可能难以大幅下降。如果没有足够的氢能汽车保有量做支撑，形成产业链规模，发展绿氢的难度就会比较大。

技术瓶颈也是制约氢能产业发展的重要因素。在制氢环节，虽然我国在多种制氢技术方面都有一定的研究和应用，但一些关键技术，如高效电解水制氢催化剂的研发、太阳能光解水制氢技术的突破等，仍有待进一步攻克 。在储氢和运氢环节，目前的技术还存在一定的局限性，如高压气态储氢能耗较大，液化储存过程能耗高且对设备要求严格，金属氢化物储存的储存寿命和成本仍需优化 ；管道运输建设成本高，液态氢运输和车载运输的运输效率和安全性也有待提高。在应用环节，氢燃料电池的性能、耐久性和成本等问题，仍然是制约其大规模应用的关键因素 。

基础设施建设的不足，同样给氢能产业的发展带来了困扰。加氢站作为氢能应用的重要基础设施，其建设数量和布局远远不能满足氢燃料电池汽车的发展需求 。截至 2024 年底，全国已建成加氢站超过 700 座，但与传统加油站相比，数量仍然稀少，且主要集中在少数经济发达地区，在一些偏远地区和农村地区，加氢站的覆盖几乎为零。加氢站建设成本高、运营难度大，也是导致其建设速度缓慢的重要原因之一。此外，氢能产业链的其他基础设施，如制氢厂、储氢设施等，也存在建设滞后、布局不合理等问题，影响了氢能产业的协同发展。

04 氢能的 “未来蓝图”

（一）技术突破新方向

在制氢技术方面，可再生能源电解水制氢无疑是未来的重点发展方向。随着光伏、风电等可再生能源发电成本的不断降低，电解水制氢的成本也有望进一步下降 。同时，新型电解水制氢技术，如固体氧化物电解水制氢（SOEC）、质子交换膜电解水制氢（PEMEC）等，具有更高的效率和更低的能耗，将成为研究的热点 。此外，光催化制氢、生物制氢等新兴制氢技术也在不断探索中，未来若能取得突破，将为制氢领域带来新的变革 。

储氢技术的突破，对于氢能的大规模应用至关重要。目前，高压气态储氢和液态储氢技术相对成熟，但存在能量密度低、成本高、安全性等问题。未来，固态储氢技术有望成为解决这些问题的关键。固态储氢材料，如金属氢化物、配位氢化物、碳纳米材料等，具有储氢密度高、安全性好、操作条件温和等优点，若能在材料成本、储氢容量、吸放氢动力学等方面取得突破，将极大地推动氢能的储存和运输 。此外，有机液态储氢技术也具有广阔的发展前景，通过开发高效的储氢载体和催化剂，有望实现氢气的高效储存和释放 。

在用氢技术方面，氢燃料电池技术的提升是关键。未来，需要进一步提高氢燃料电池的性能、耐久性和可靠性，降低成本，以推动其在交通、分布式发电等领域的大规模应用 。同时，开发新型的用氢技术，如氢内燃机、氢燃气轮机等，也将为氢能的利用提供更多的选择 。例如，氢内燃机可以直接使用氢气作为燃料，与传统内燃机相比，具有更高的效率和更低的排放；氢燃气轮机则可以用于大规模的发电，为能源供应提供稳定的支持 。

（二）应用场景 “大拓展”

在航空航天领域，氢能源凭借其高能量密度的优势，有望成为未来飞行器的重要动力源 。传统的航空燃料在燃烧过程中会产生大量的温室气体，对环境造成严重的污染。而氢能源燃烧后只产生水，是一种真正的清洁能源。目前，各国都在积极开展氢能源在航空航天领域的应用研究，如氢燃料电池飞机、氢动力火箭等。未来，随着技术的不断成熟，氢能源有望在航空航天领域得到广泛应用，实现更加环保、高效的飞行 。

分布式能源领域，氢能也将发挥重要作用。分布式能源系统是一种将能源生产、储存和消费相结合的能源供应方式，具有高效、灵活、可靠等优点。氢能可以作为分布式能源系统中的储能介质和能源载体，实现能源的稳定供应和高效利用 。例如，在可再生能源发电过剩时，可以通过电解水将电能转化为氢能储存起来；在能源需求高峰时，再将储存的氢能通过燃料电池或燃烧发电转化为电能，满足用户的需求 。此外，氢能还可以用于分布式供暖、制冷等领域，实现能源的综合利用，提高能源利用效率 。

除了航空航天和分布式能源领域，氢能在其他领域也有着广阔的应用前景。在建筑领域，氢燃料电池可以为建筑物提供电力和热能，实现建筑的能源自给自足，减少对外部电网的依赖，降低碳排放 。在海洋领域，氢能源可以用于船舶的动力系统，减少船舶的尾气排放，保护海洋生态环境 。在农业领域，氢能可以用于农业机械的动力源，实现农业生产的绿色化和智能化 。

05 普通人的 “零碳氢能生活”

零碳与氢能，听起来似乎离我们的日常生活很遥远，但实际上，它们与我们每个人都息息相关，普通人也能通过各种方式参与到零碳与氢能发展的浪潮中。

在日常生活里，绿色出行就是践行零碳生活的第一步。如果条件允许，多选择步行或骑自行车，既能锻炼身体，又能减少碳排放，让出行成为一场健康与环保的双赢之旅。公共交通也是个不错的选择，一辆公交车可以搭载几十人，相比每个人都开私家车，能大大降低能源消耗和尾气排放 。而对于那些有购车需求的人来说，氢燃料电池汽车则是一个极具潜力的选择。虽然目前氢燃料电池汽车的数量相对较少，但随着技术的不断发展和基础设施的逐步完善，它将成为未来绿色出行的重要方式之一。

家庭能源管理同样不容忽视。在家庭中，我们可以尽可能地使用绿色能源，如安装太阳能板，让阳光为家庭提供电力 ；选择节能家电，降低能源消耗，从每一度电的节省中为零碳目标贡献力量 。在日常生活习惯上，也有许多小细节能助力零碳生活。比如随手关灯，避免不必要的能源浪费；合理设置空调温度，夏季不低于 26℃，冬季不高于 20℃ ，既能节省能源，又能为环保出一份力；减少塑料制品的使用，出门自带环保袋、拒绝一次性餐具，让地球少一份 “白色污染” 。这些看似微不足道的举动，汇聚起来将产生巨大的能量，为零碳生活添砖加瓦。

作为消费者，我们的选择也能对零碳与氢能产业的发展产生影响。在购买商品时，优先选择那些采用绿色生产技术、低碳环保的产品，用消费的力量推动企业更加注重环境保护和可持续发展 。关注并支持零碳与氢能相关的创新产品和服务，也能为这些新兴产业的发展注入动力 。比如，一些企业推出了氢能充电宝、氢能应急电源等产品，我们可以积极了解并尝试使用，为氢能的应用拓展贡献一份力量。

06 总结与展望

零碳与氢能，就像一对紧密相连的伙伴，共同勾勒出未来能源的美好蓝图。氢能以其清洁、高效、来源广泛等独特优势，在实现零碳目标的征程中扮演着无可替代的关键角色，为工业、交通等多个领域的深度脱碳提供了切实可行的解决方案 ，成为推动能源转型和可持续发展的重要力量。

尽管目前氢能产业的发展还面临着成本、技术、基础设施等诸多挑战，但随着技术的不断进步和创新，以及政策的大力支持和引导，氢能产业的未来充满了无限的可能。我们有理由相信，在不久的将来，氢能将逐渐走进我们的日常生活，成为我们生活中不可或缺的一部分 。让我们共同期待氢能时代的早日到来，携手共创一个绿色、低碳、可持续发展的美好未来！如果你对零碳与氢能还有什么独特的见解或想法，欢迎在评论区留言分享，一起为能源的未来出谋划策 。

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