从零开始认识氢能源：应用、氢的制备方法、氢能产业链图谱等

新能源技术与企管 2023-12-08

中国氢能联盟发布的《低碳氢、清洁氢与可再生氢的标准与评价》中将氢气分为低碳氢、清洁氢与可再生氢三类，俗称灰氢、蓝氢和绿氢。

什么是氢能源

氢（Hydrogenium）是一种化学元素，在元素周期表中位于第一位，氢气是最轻的气体。

氢在自然界中分布很广，它是构成物质世界的基础之一。水便是氢的“仓库”，泥土中约有1.5%的氢；

我们人体中近2/3的原子是氢原子。

常温常压下，氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体。

氢是一种能量密度很高的清洁可再生能源。

氢燃烧的产物是“水”，是世界上最干净的能源，资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源。

氢气在约零下253度（-253°C）时被液化成“液氢”。

氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其他能源制取，而不像煤、石油、天然气可以直接开采。

氢能是除核燃料外发热值最高的，是汽油发热值的3倍。

氢能是公认的清洁能源。

21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划。

氢能源的应用

“氢”，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

工业

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

交通方面氢能源的有效利用既可以减少碳排放，又可以降低对化石能源的依赖。其中氢能源汽车发展前景广阔，氢燃料电池为核心部件。

储能

可以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

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。航空航天中的液氢、氢能发电供热、氢弹等。

医学

医学方面因为氢具有抗氧化、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

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的保鲜期的作用。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。

氢能产业链图谱

氢的制备方法

中国氢能联盟发布的《低碳氢、清洁氢与可再生氢的标准与评价》中将氢气分为低碳氢、清洁氢与可再生氢三类，俗称灰氢、蓝氢和绿氢。

灰氢是使用天然气等化石燃料制备的氢，是目前的主流，占全球商业产量的95%以上。

蓝氢也是使用化石燃料制备的，但会利用碳捕获系统来减少排放。

绿氢则是通过使用清洁电力来电解水，将水分子中的氢原子与氧原子分离制成，优点是制备过程中几乎不排放温室气体，缺点是成本高昂。

天然气（甲烷）制氢

天然气（甲烷）含一个碳原子、四个氢原子，氢含量高，是制氢的好原料，目前是世界通用的方法之一。

天然气制氢的工艺流程由原料气处理、蒸汽转化、CO变换和氢气提纯四大单元组成。

煤制氢

我国煤炭禀赋丰富，煤气化制氢目前在国内氢气生产中占据主导地位。

煤气化制氢是先将煤炭与氧气发生燃烧反应，进而与水反应，得到以氢气和CO为主要成分的气态产品，然后分离、提纯等过程而获得一定纯度的产品氢。

煤炭氢工艺二氧化碳排放量约是天然气的4倍。

工业副产制氢

是指在炼油工业催化裂化重整、化学工业乙烯裂解、钢铁冶金工业焦化等的生产过程中，利用富含氢气的终端废弃物或副产物作为原材料，使用了碳捕集、利用与封存（CCUS）等先进技术，采用变压吸附法（PSA）回收提纯制取氢气。

电解水制氢

在电极、电解质与隔膜组成的电解槽中，在电解制水溶液中通入电流，水解电后，在阴极产生氢气，在阳极产生氧气。

氢能的储运

储氢技术按存储原理分为物理储氢和化学储氢两大类。目前较为成熟及前景较好的储氢技术，一共四种：高压气态储氢、低温液态储氢、固态材料储氢、有机液态储氢。

加氢基础设施

加氢基础设施是氢能利用和发展的中枢环节，是为燃料电池车充装燃料的专门场所，不同来源的氢气经氢气压缩机增压后，储存在高压储罐内，再通过氢气加注机为氢燃料电池加注氢气。加氢站作为氢能源战略中十分关键的一环，以其氢燃料的储备辐射周边区域，使得车辆能够及时补充能源，形成良好的循环，才能推动燃料电池的发展。

这些能源你知道吗？

能源科普

CHAPTER 01

一、化石能源

煤炭：固体化石燃料，含有丰富的碳、氢、氧等元素。

优点：储量丰富、价格相对低廉。

适用场景：火力发电、工业生产等。

石油：液体化石燃料，主要由碳、氢等元素组成。

优点：热值高、燃烧效率高。

适用场景：交通燃料、化工原料、石油炼制等。

天然气：气体化石燃料，主要由甲烷组成。

优点：燃烧效率高、排放较低。

适用场景：家庭用气、燃气发电、工业燃料等。

CHAPTER 02

二、可再生能源

太阳能：通过太阳能电池板将太阳光转化为电能的一种清洁能源。

优点：绿色无污染、可持续。

适用场景：太阳能发电、太阳能热水器等。

风能：通过风力发电机将风能转化为电能的一种清洁能源。

优点：绿色无污染、可再生。

适用场景：风力发电、风力泵站等。

水能：通过水轮机将水流能量转化为电能的一种清洁能源。

优点：绿色无污染、可再生。

适用场景：水力发电、水利工程等。

生物质能：通过植物、动物等生物资源转化为能源的一种清洁能源。

优点：可再生、绿色无污染。

适用场景：生物质发电、生物质燃料等。

地热能：通过地下热能转化为电能或热能的一种清洁能源。

优点：绿色无污染、稳定可靠。

适用场景：地热发电、地热供暖等。

能源是人类社会的重要支柱，它的转换与利用对于现代社会的发展具有重要意义。本文将介绍能源转换的原理，如发电、供热等，并探讨能源在不同领域的应用。

CHAPTER 03

能源转换原理

发电：发电是通过一定的设备将机械能、化学能、核能等能量转化为电能的过程。

常见的发电方式有火力发电、水力发电、核能发电、风能发电和太阳能发电等。

发电设备主要包括发电机、变压器等。

供热：供热是将热能传递给需要加热的空间或物体，以满足生活和生产需求。

常见的供热方式有燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉、地热供暖等。

供热设备主要包括锅炉、换热器、循环泵等。

制冷：制冷是使某一空间或物体的温度降到低于周围环境，并维持低温的过程。

常见的制冷方式有蒸汽压缩式制冷、蒸汽吸收式制冷等。

制冷设备主要包括空调、冰箱等。

能源在不同领域的应用

工业领域：工业生产中，能源主要用于驱动各种机器设备、提供加热和照明等。

常见的能源形式包括电力、燃料（如煤炭、石油、天然气）等。

随着能源结构的优化，可再生能源在工业领域的应用逐渐增多。

交通领域：交通领域是能源消耗的重要领域。

能源在交通领域的应用主要包括燃油、电力等。燃油主要用于内燃机驱动的汽车、飞机、船舶等；电力则用于电力驱动的汽车、轨道交通等。

随着电动汽车和轨道交通的发展，清洁能源在交通领域的应用逐渐增多。

建筑领域：在建筑领域，能源主要用于提供供暖、制冷、照明、生活热水等。

常见的能源形式包括电力、燃气、地热能、太阳能等。

随着绿色建筑的发展，可再生能源在建筑领域的应用逐渐增多，如太阳能光伏系统、太阳能热水器等。

本文内容来源于：新能源技术与企管，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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