今年的《政府工作報告》提出，建立未來產業(yè)投入增長和風險分擔機制，培育發(fā)展未來能源、量子科技、生物制造、具身智能、腦機接口、6G等未來產業(yè)。在“十五五”規(guī)劃綱要中，氫能和核聚變能被列入未來產業(yè)。

氫能產業(yè)為何被視為未來產業(yè)?綠氫為何成為新興的能源載體?本期“院士講科普”，我們邀請中國科學院院士、國際氫能燃料電池協(xié)會理事長歐陽明高，講解我們身邊的氫能與相關前沿科技。

——編 者

在上一次能源革命中，石油是主要能源，而汽油、柴油是主要的能源載體。當前，新能源革命正在興起，可再生能源成為主要能源，電和氫成為主要的能源載體，其中綠電是主體。而綠氫主要來自綠電，同時將綠電轉化為零碳燃料和原料，用于各行各業(yè)，是實現(xiàn)碳中和的關鍵途徑之一。

綠氫有什么優(yōu)勢

氫能，在當下有怎樣的意義?在以可再生能源為主體的新能源革命中，氫能與電能是兩個互為補充的重要能源載體。

未來產業(yè)由前沿技術驅動，是處于孕育萌發(fā)階段或產業(yè)化初期，具有顯著戰(zhàn)略性、引領性的前瞻性產業(yè)。氫可以為我們的生產生活提供電能、熱能(冷能)和原料，而綠氫的產業(yè)鏈長、產值高、吸收就業(yè)能力強、應用覆蓋面廣，能起到更大的產業(yè)帶動作用。此外，綠氫既能滿足可持續(xù)發(fā)展要求，又是理想的能源互聯(lián)媒介，是促進能源向低碳環(huán)保方向轉型的最佳途徑之一，因此具有重要戰(zhàn)略地位。

綠氫有什么優(yōu)勢?如果基于化石能源制氫，氫能到終端利用的鏈條長、效率低、成本高，還有二氧化碳排放問題等，但基于可再生能源制備的綠色氫能則不存在排放問題。在儲存環(huán)節(jié)中，固定式儲氫容器成本比儲能電池成本低一個數(shù)量級以上，隨著可再生能源的普及與發(fā)電成本大幅降低，大規(guī)模、長周期可再生能源存儲成本將成為主要成本，因此，將其轉化為氫能是集中式可再生能源實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展和充分利用的重要方式。

身邊的氫能應用有多廣泛

在零碳能源體系建設中，氫能可用于氫儲能、氫原料與氫動力。氫儲能是通過電解水裝置使得綠氫將可再生能源電力儲存下來，通過燃料電池等發(fā)電裝置為城市生產生活提供綠電。氫原料是在化工行業(yè)與冶金行業(yè)中，將氫用于工業(yè)原料，比如在化工行業(yè)，氫氣主要應用于合成氨與合成甲醇等。氫動力是將氫應用于動力系統(tǒng)，其中，氫燃料電池發(fā)展較快，已經從道路車輛擴展到工程機械、小型船舶、飛行器、潛航器等領域。近年來，氫內燃機也取得很多進展。

氫動力可用于滿足道路交通、航空與海運的動力需求，具體形式包括氫燃料電池、氫/氨內燃動力等。氫燃料電池是目前氫動力的主要形式之一，這是一種能將外部燃料以電化學反應的方式持續(xù)轉化為電能輸出的能量轉換裝置。

經過持續(xù)科技投入，氫燃料電池汽車已成為我國氫能應用的先導，并自上而下打通了動力系統(tǒng)、發(fā)動機、電堆再到膜電極的全技術鏈條。目前，我們已經初步掌握氫燃料電池及其關鍵零部件、動力系統(tǒng)、整車集成和氫能基礎設施等核心技術，同時建立了相關產業(yè)鏈。氫燃料電池技術也向更多領域推廣應用，如有軌電車、無人機等。

氫能技術取得哪些突破

氫能的技術鏈條很長，包含可再生能源發(fā)電、制氫、轉換、存儲、運輸、應用等多個環(huán)節(jié)，需要復雜完備的技術體系。讓我們先回到綠氫產業(yè)鏈的源頭——電解水制氫這一節(jié)點上，由于氫燃料電池和電解水制氫在系統(tǒng)組成、基本原理等方面具有相同的科學基礎，在氫燃料電池產業(yè)基礎上，我們可以更好地推動電解水制氫產業(yè)發(fā)展。截至2025年，我國已經建立起電解水制氫設備產業(yè)鏈，國產堿性電解槽具有極高性價比，已出口海外。展望未來，堿性電解、質子膜電解、固體氧化物電解等電解水制氫技術將給氫能領域技術創(chuàng)新帶來活力。

在基于氫—電相互轉化的新型零碳能源體系中，來自可再生能源的綠電是主體，但綠氫也必不可少。一方面，人類生存和發(fā)展還需要大量物質材料和燃料，綠氫與碳結合可以通過碳循環(huán)方式滿足這些需求;另一方面，綠氫與氮結合，也能以氮循環(huán)方式滿足人類對除氫能以外新型零碳燃料的需求。

綠氫如何大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展

綠色氫能在能源轉型與新能源革命中具有戰(zhàn)略價值，由此催生了“氫能熱”，與此同時，我們也需要冷思考。綠色氫能取得規(guī)模化商業(yè)價值并非易事。由于綠色氫能“生產—運輸—儲存—利用”的鏈條長、環(huán)節(jié)多，每個環(huán)節(jié)還有多種選擇，僅僅是燃料電池和制氫技術的突破并不能打通整個氫能技術鏈和產業(yè)鏈。如何實現(xiàn)綠色氫能的大規(guī)模商業(yè)化，是技術突破后的“下一步”。

一方面，可以余電制氫。簡單來說，電是可再生能源的直接利用形式，而氫能是間接利用形式，所以氫是終極燃料但不是終極能源。綠氫來自綠電，隨著風電、光伏大規(guī)模發(fā)展，電有可能會過剩，因此余電制氫潛力很大。

另一方面，還可以采取多能互補的方式。電和氫具有各自優(yōu)勢和局限，為了實現(xiàn)綠氫利用的經濟性，需要氫電融合發(fā)展。氫電融合發(fā)展不僅僅包括氫和電，還需要融合儲和熱，實行“光—儲—氫—電—熱”一體化。

此外，還可以因地制宜、場景驅動。儲氫技術多元，沒有標準答案，需要根據(jù)具體場景進行合理選擇。例如，光伏、風電過剩時，煤電調峰電廠也需要減少負荷，煤電低負荷靈活性調節(jié)的難點是鍋爐燃燒不穩(wěn)定，而高品質氫燃料正好滿足這一需求。如果附近有煤化工基地，氫可以作為原料與煤提供的碳源合成各種化工產品。附近的零碳產業(yè)園還可以用氫發(fā)電作為備用機組，同時用制氫和氫發(fā)電的廢熱通過熱泵供暖，提高氫能應用的經濟性。

(作者為中國科學院院士、國際氫能燃料電池協(xié)會理事長)