氢、氢气、氢能——
氢是一种化学元素,它的原子序数为1,化学符号为H,是宇宙中最轻、最丰富的元素,它构成了宇宙中大约75%的可见物质,人体内也含有氢。氢在地球上主要以化合物的形式存在,如水(H2O)、氢气(H2)和有机化合物中的氢原子。而在我们生活中利用最多的就是氢气。
氢气在常温常压下是一种无色、无味、无臭的气体,密度非常低,只有空气的大约1/14,而且具有较高的热导率。它在自然界中并不以纯气体的形式存在,而是以化合物的形式存在于水、有机物质和其他化合物中。氢气在工业上有广泛的应用,比如在化工生产、能源、氢燃料电池、金属处理中等。由于氢气的燃烧产物是水,所以被看作是一种潜在的清洁能源解决方案,被誉为“未来十年内最清洁的能源”,有助于减少温室气体排放和对抗气候变化。
氢能,是氢和氧进行化学反应后所释放出的化学能,属于二次能源。一次能源是天然能源,是指在自然界现已存在的能源,如煤炭、石油、天然气等。二次能源是一次能源经过加工后,转化成另一种形态的能源,主要有煤气、蒸汽、汽油、柴油等。也就是说,氢能源不是现取现用的天然能源,它必须经过转化才能够获得。目前,主要有煤制氢、天然气制氢、石油制氢以及可再生能源制氢。即便氢不能直接获得,但它强大的优越性,依然让氢能被誉为21世纪的“终极能源”,也是在碳达峰、碳中和的大背景下,加速开发利用的一种清洁能源。
氢能发展历史——
早在500多年前,人类就已开启氢能研究。16世纪至18世纪发现氢,19世纪至20世纪开始制造氢。值得一提的是,在1967年,中国科学院大连化学物理研究所开始研制航天氢氧燃料电池,并于1978年设计制造出我国第一台碱性燃料电池。21世纪至今,中国多项“首个”氢能源领域的应用陆续载入史册。
2003年,我国自主开发的第一辆氢燃料电池轿车“超越一号”在上海问世;2006年,在北京中关村我国第一座加氢站建成;2016年,搭载武汉众宇氢燃料电池系统的无人机创造了野外连续飞行273分钟的世界纪录等。直到2022年初,国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,明确氢能的战略定位。此后,全国30余个省、市、自治区及地市先后发布氢能相关政策300余项。截至2022年,中国已建成加氢站358座,占全球总站数近50%,建成、在营、新建均为全球第一,预计到2025年,中国加氢站将超过1000座。
氢能应用领域——
氢能是公认的清洁能源,逐渐被广泛应用于生产生活的各个领域之中,带来诸多助益。在工业、交通、储能、航天、医学、农学等领域发展空间都很广阔。
工业方面,氢是生产合成氨和甲醇等化工品的原料。合成氨含一个氮原子、三个氢原子,是化肥工业(氮肥)和基本有机化工的主要原料。
交通方面,氢能源的有效利用既可减少碳排放,又可降低对化石能源的依赖。其中,氢能源汽车发展前景广阔,氢燃料电池是核心部件。
储能方面,可同时提高可再生能源的消纳以及实现对电网的调峰调频、平滑电网的输出。
航天方面,氢原子量最小、导热性最好、含量最丰富、燃烧热值高、燃烧性能好、能量转化效率高。液氢是火箭的主要燃料之一。
医学方面,因氢具有抗氧化、抗炎症和抗细胞凋亡的作用,氢气对人体呼吸系统、消化系统、心脑血管、皮肤、慢性病,甚至癌症等200余种疾病(模型)都有显著的治疗和修复作用。
农学方面,氢能源具有调节植物的生长发育、增强植物对逆境的抵抗能力、延长果蔬货架期和花卉保鲜期的作用。像氢水稻、氢火龙果、氢草莓、氢中草药、氢保鲜等多种氢农业实验,成果颇丰。
本报记者 吕 丽 整理