山东清洁能源产业博览会上的100公斤级氢能无人机模型。

国氢科技自主研发的120千瓦“氢腾”燃料电池系统。

　　今年的《政府工作报告》提出，建立未来产业投入增长和风险分担机制，培育发展未来能源、量子科技、生物制造、具身智能、脑机接口、6G等未来产业。在“十五五”规划纲要中，氢能和核聚变能被列入未来产业。

　　氢能产业为何被视为未来产业？绿氢为何成为新兴的能源载体？本期“院士讲科普”，我们邀请中国科学院院士、国际氢能燃料电池协会理事长欧阳明高，讲解我们身边的氢能与相关前沿科技。

　　——编  者

　　在上一次能源革命中，石油是主要能源，而汽油、柴油是主要的能源载体。当前，新能源革命正在兴起，可再生能源成为主要能源，电和氢成为主要的能源载体，其中绿电是主体。而绿氢主要来自绿电，同时将绿电转化为零碳燃料和原料，用于各行各业，是实现碳中和的关键途径之一。

　　绿氢有什么优势

　　氢能，在当下有怎样的意义？在以可再生能源为主体的新能源革命中，氢能与电能是两个互为补充的重要能源载体。

　　未来产业由前沿技术驱动，是处于孕育萌发阶段或产业化初期，具有显著战略性、引领性的前瞻性产业。氢可以为我们的生产生活提供电能、热能（冷能）和原料，而绿氢的产业链长、产值高、吸收就业能力强、应用覆盖面广，能起到更大的产业带动作用。此外，绿氢既能满足可持续发展要求，又是理想的能源互联媒介，是促进能源向低碳环保方向转型的最佳途径之一，因此具有重要战略地位。

　　绿氢有什么优势？如果基于化石能源制氢，氢能到终端利用的链条长、效率低、成本高，还有二氧化碳排放问题等，但基于可再生能源制备的绿色氢能则不存在排放问题。在储存环节中，固定式储氢容器成本比储能电池成本低一个数量级以上，随着可再生能源的普及与发电成本大幅降低，大规模、长周期可再生能源存储成本将成为主要成本，因此，将其转化为氢能是集中式可再生能源实现大规模发展和充分利用的重要方式。

　　身边的氢能应用有多广泛

　　在零碳能源体系建设中，氢能可用于氢储能、氢原料与氢动力。氢储能是通过电解水装置使得绿氢将可再生能源电力储存下来，通过燃料电池等发电装置为城市生产生活提供绿电。氢原料是在化工行业与冶金行业中，将氢用于工业原料，比如在化工行业，氢气主要应用于合成氨与合成甲醇等。氢动力是将氢应用于动力系统，其中，氢燃料电池发展较快，已经从道路车辆扩展到工程机械、小型船舶、飞行器、潜航器等领域。近年来，氢内燃机也取得很多进展。

　　氢动力可用于满足道路交通、航空与海运的动力需求，具体形式包括氢燃料电池、氢/氨内燃动力等。氢燃料电池是目前氢动力的主要形式之一，这是一种能将外部燃料以电化学反应的方式持续转化为电能输出的能量转换装置。

　　经过持续科技投入，氢燃料电池汽车已成为我国氢能应用的先导，并自上而下打通了动力系统、发动机、电堆再到膜电极的全技术链条。目前，我们已经初步掌握氢燃料电池及其关键零部件、动力系统、整车集成和氢能基础设施等核心技术，同时建立了相关产业链。氢燃料电池技术也向更多领域推广应用，如有轨电车、无人机等。

　　氢能技术取得哪些突破

　　氢能的技术链条很长，包含可再生能源发电、制氢、转换、存储、运输、应用等多个环节，需要复杂完备的技术体系。让我们先回到绿氢产业链的源头——电解水制氢这一节点上，由于氢燃料电池和电解水制氢在系统组成、基本原理等方面具有相同的科学基础，在氢燃料电池产业基础上，我们可以更好地推动电解水制氢产业发展。截至2025年，我国已经建立起电解水制氢设备产业链，国产碱性电解槽具有极高性价比，已出口海外。展望未来，碱性电解、质子膜电解、固体氧化物电解等电解水制氢技术将给氢能领域技术创新带来活力。

　　在基于氢—电相互转化的新型零碳能源体系中，来自可再生能源的绿电是主体，但绿氢也必不可少。一方面，人类生存和发展还需要大量物质材料和燃料，绿氢与碳结合可以通过碳循环方式满足这些需求；另一方面，绿氢与氮结合，也能以氮循环方式满足人类对除氢能以外新型零碳燃料的需求。

　　绿氢如何大规模商业化发展

　　绿色氢能在能源转型与新能源革命中具有战略价值，由此催生了“氢能热”，与此同时，我们也需要冷思考。绿色氢能取得规模化商业价值并非易事。由于绿色氢能“生产—运输—储存—利用”的链条长、环节多，每个环节还有多种选择，仅仅是燃料电池和制氢技术的突破并不能打通整个氢能技术链和产业链。如何实现绿色氢能的大规模商业化，是技术突破后的“下一步”。

　　一方面，可以余电制氢。简单来说，电是可再生能源的直接利用形式，而氢能是间接利用形式，所以氢是终极燃料但不是终极能源。绿氢来自绿电，随着风电、光伏大规模发展，电有可能会过剩，因此余电制氢潜力很大。

　　另一方面，还可以采取多能互补的方式。电和氢具有各自优势和局限，为了实现绿氢利用的经济性，需要氢电融合发展。氢电融合发展不仅仅包括氢和电，还需要融合储和热，实行“光—储—氢—电—热”一体化。

　　此外，还可以因地制宜、场景驱动。储氢技术多元，没有标准答案，需要根据具体场景进行合理选择。例如，光伏、风电过剩时，煤电调峰电厂也需要减少负荷，煤电低负荷灵活性调节的难点是锅炉燃烧不稳定，而高品质氢燃料正好满足这一需求。如果附近有煤化工基地，氢可以作为原料与煤提供的碳源合成各种化工产品。附近的零碳产业园还可以用氢发电作为备用机组，同时用制氢和氢发电的废热通过热泵供暖，提高氢能应用的经济性。

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　　燃气轮机换上“氢心脏”

　　我国自主研发的30兆瓦级纯氢燃气轮机及氢储能示范项目前不久取得突破——机组实现纯氢发电并保持稳定运行。项目融合风电、光伏、电解水制氢系统，构建了“绿电制绿氢、绿氢再发电”的能源转化模式。

　　纯氢燃气轮机可以理解为将传统的燃气轮机换上“氢心脏”，具备快速启停及响应、调节时间尺度广、调节功率范围宽等优势。与同功率火力发电机组相比，该纯氢燃气轮机一年可减少碳排放超过20万吨，联合循环一小时发电量4.8万千瓦时，可满足约5500个家庭一天的用电需求。未来，纯氢燃气轮机技术有望在分布式能源、工业园区综合供能、绿色数据中心备用电源等场景应用。

　　南极有个能抗冻的神奇电池

　　在中国南极秦岭站，有一种能抵御严寒的神奇电池——由国家电投国氢科技研发的“氢腾”燃料电池。这种电池是站内新能源微电网的重要一员。

　　在微电网运行中，当风光发电条件较好时，多余的电力可用来制氢，通过存储氢气实现储能；风光发电条件不好时，通过氢燃料电池将氢气转换为电能和热能，可为站区提供约2.5小时、最大150千瓦的供电。

　　相比于传统化石燃料发电，“氢腾”燃料电池每发1千瓦时电，可节约400克标准煤，减少约1千克二氧化碳排放。更酷的是，它可以像拼积木一样灵活组合、模块化扩展，功率能从50千瓦扩展到几十兆瓦。它也特别耐用，设计寿命可达4万小时。氢燃料电池在南极秦岭站的稳定运行，证明它即使在极端低温下也靠得住。

　　接下来，“氢腾”燃料电池还将走进更多地方：为社区和工业园区供能，成为电厂、数据中心、医院的应急电源，这个神奇电池会在越来越多场景里助力降碳减排，让我们的用能方式更清洁、更高效。

　　（来源：人民日报）