中国氢能联盟原创打造「氢能科普月」，结合「国际氢能日」开展系列氢能科普活动，并以全面、深入的科普内容，分享氢能及燃料电池的核心观点与新知，营造良好的氢能产业发展社会环境，与世界共庆祝「国际氢能日」，为推动全球氢能发展贡献力量。

氢元素作为宇宙里

最古老、最多、最轻的元素

分布在已知世界的每一个角落

它是恒星的主要成分

一些氢会以薄雾形态散步在星际间

氢原子是最简单的原子

只有一个电子环绕着一个质子

有时，在巨大的星际气体云中

氢会以由两个氢原子组成的

氢分子（H₂）出现

作为「能源连接器」

氢具有着无可比拟的重要作用

氢能源

氢（H），在元素周期表中排名第一位，是地球的重要组成元素，也是宇宙中最常见的物质。氢主要以化合态的形式出现，通常的单质形态是氢气（H2）。氢气可从水、化石燃料等含氢物质中制取，是重要的工业原料和能源载体。氢能是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量，可用于储能、发电、各种交通工具用燃料、家用燃料等。

人类对氢能的探索由来已久

从早期的实验到现代技术的突破

最早可以追溯至500多年前

在浩瀚的历史长河中

人类逐步揭开「氢」的神秘面纱

氢的发展历程

1520年

瑞士医生兼炼金术士帕拉塞尔苏斯首次观察到氢气的存在。他通过将金属如铁、锌和锡溶解在硫酸中，揭示了这一新元素。他描述这种气体产物“像风一样爆出”。

17世纪初

比利时科学家海尔蒙特研究了氢气，发现了氢气可燃但不助燃的性质。

​1671年

英国物理学家、化学家罗伯特·波义耳首次通过酸和金属制备了氢气，描述了气体的性质。

​1766年

英国科学家卡文迪许（Henry Cavendish）首次通过实验分离出了氢气。他通过将铁与硫酸反应，收集了产生的气体，并注意到这种气体比空气轻，可以燃烧。

​1784年

卡文迪许又通过实验发现2个单位体积的氢气与1个单位体积的氧能刚好燃烧生成水，证明了水是氢和氧的化合物。

​1787年

法国化学家安托万-洛朗·德·拉瓦锡（Antoine-Laurent de Lavoisier）对卡文迪许的实验进行了进一步的研究，并首次在《化学命名法》（Méthode de nomenclature chimique）将这种气体命名为“Hydrogenium”，意为“生成水的物质”（其中“hydro-”是“水”，“-gen”是“生成”，”-ium"是元素通用后缀）。

​1855年

英国医生合信（Benjamin Hobson）在其所著《博物新编》中将hydrogen译为“轻气”。

​19世纪30年代

国内根据合信编写的《博物新编》将其译为“氢”，即最轻的元素。

​20世纪初

为统一化学名称的翻译，民国时期教育部相继颁布《无机化学命名草案》、《化学命名原则》等规范，规定元素单质常压常温下为气态者从“气”，所以，“轻”变为了“氢”。

全球制氢产业发展道路

氢的制取是氢作为“能源连接器”的一个体现。氢作为一种清洁、高效的二次能源，需要通过风能、太阳能、煤炭、天然气等一次能源生产出来，这一过程不仅连接了传统的化石能源，涉及钢铁、化工等重点行业，同时又与可再生能源相衔接，逐步实现绿氢替代，推动构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系。

到了21世纪，‌随着碳中和、能源转型逐渐成为全球共识，氢能作为传统能源清洁化和清洁能源规模化发展的重要载体，成为全球各国应对气候变化和能源转型的重要抓手。根据《中国氢能发展报告（2023）》，截至2023年底，全球公布氢能战略的国家和地区超50个，全球氢能产量约10200万吨/年，清洁低碳氢能项目密集落地，产能规模近240万吨/年。其中，2023年可再生能源电解水制氢项目建成运营超40个，产能超3万吨/年，累计数量超400个，累计产能超15万吨/年。

重点国家制氢发展方向

德国、法国等重点发展可再生能源制氢，与可再生能源发展、能源安全战略和应用领域脱碳协同推进。俄罗斯、澳大利亚等化石能源丰富国家和日本、韩国等高度依赖能源进口国家，考虑资源和成本因素，采用化石能源+CCUS 制氢作为战略过渡配合可再生能源制氢有序发展的实施路径。中国则推动构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系，重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢。

图丨重点国家氢源结构忧化路径 （数据来源：中国氢能联盟研究院统计）

图丨重点国家制氢发展方向与技术攻关方向 （数据来源：中国氢能联盟研究院统计）

目前，氢的制取产业主要有以下三种较为成熟的技术路线：一是以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢，三是电解水制氢，在我国氢源结构中约占1%。生物质直接制氢和太阳能光催化分解水制氢等技术路线仍处于实验和开发阶段，产收率有待进一步提升，尚未达到工业规模制氢要求。

化石能源重整制氢

煤制氢历史悠久，通过气化技术将煤炭转化为合成气，再经水煤气变换分离处理以提取高纯度的氢气，是制备合成氨、甲醇、液体燃料、天然气等多种产品的原料，广泛应用于煤化工、石化、钢铁等领域。煤制氢技术路线成熟高效，可大规模稳定制备，是当前成本最低的制氢方式。其中，原料煤是煤制氢最主要的消耗原料，约占制氢总成本的四成。根据国家统计局数据显示，2023年我国规模以上工业原煤产量达46.6亿吨，同比增长2.9%。我国煤炭资源储量丰富，山西、河南、内蒙古、四川、新疆、云南、甘肃等地为煤炭主产区。原材料供应充足以及价格稳定为煤制氢行业发展奠定基础。

​天然气制氢技术中，蒸汽重整制氢较为成熟，也是国外主流制氢方式。其中，天然气原料占制氢成本的比重达70%以上，天然气价格是决定制氢价格的重要因素。考虑到中国“富煤、缺油、少气”的资源禀赋，仅有少数地区可以探索开展。

工业副产提纯制氢

工业副产氢气主要分布在钢铁、化工等行业，提纯利用其中的氢气，既能提高资源利用效率和经济效益，又可降低大气污染，改善环境。

中国是全球最大的焦炭生产国，每吨焦炭可产生焦炉煤气约350-450立方米，焦炉煤气中氢气含量约占54%-59%。除用于回炉助燃、城市煤气、发电和化工生产外，剩余部分可采用变压吸附（PSA）提纯技术制取高纯氢。2023年中国烧碱产量3999.3万吨，按每产1吨烧碱副产氢气25千克计算，副产氢气约100万吨。甲醇及合成氨工业、丙烷脱氢（PDH）项目的合成气含氢量在60%-95%之间，可通过纯化技术制取满足燃料电池应用的氢气。据中国氮肥工业协会统计，2023年我国甲醇产能达到10618.6万吨/年，甲醇驰放气（在化工生产中，不参与反应的气体或因品位过低而不能利用，在化工设备或管道中积聚而产生的气体‌）有上百亿立方，含氢气数十亿立方米。

工业副产提纯制氢可提供百万吨级氢气供应，能为氢能产业发展初期就近提供低成本、分布式氢源。但该路线同样面临碳捕捉封存问题，从中长期来看，钢铁、化工等工业领域需要引入无碳制氢技术替代化石能源实现深度脱碳，将从氢气供给方转变为需求方。

电解水制氢

目前，电解水制氢技术主要有碱性水电解槽（AE）、质子交换膜水电解槽（PEM）和固体氧化物水电解槽（SOE）。其中，碱性电解槽技术最为成熟，生产成本较低，国内单台最大产气量为3,000立方米/小时；质子交换膜电解槽流程简单，能效较高，国内单台最大产气量为800立方米/小时，但因使用贵金属电催化剂等材料，成本偏高；固体氧化物水电解槽采用水蒸气电解，高温环境下工作，能效最高，已进入小规模应用示范阶段。

电解水制氢具有绿色环保、生产灵活、纯度高（通常在99.7%以上）以及副产高价值氧气等特点，但其单位能耗约在4-5千瓦时/立方氢，制取成本受电价的影响很大，电价占到总成本的70%以上。若采用市电生产，制氢成本约为30-40元/公斤，且考虑火电占比较大，依旧面临碳排放问题。一般认为当电价低于0.3元/千瓦时（利用“谷电”电价），电解水制氢成本会接近传统化石能源制氢。

未来，可再生能源发电制氢的潜力很大。一方面作为全周期零碳排放技术，随着可再生能源发电平价上网，电解水制氢成本将持续下降，尤其是近期局部区域弃风、弃光、弃水及弃核制氢的经济性较为突出；另一方面当波动性可再生能源在电源结构中占到较高比重时，单纯依靠短周期（小时级）储能将无法满足电力系统稳定运行需要。日间、月度乃至季节性储能将是实现高渗透率可再生能源调峰的主要手段。国家发展和改革委员会与国家能源局先后发文，支持高效利用廉价且丰富的可再生能源制氢。四川、广东等地纷纷给予电价支持政策，电解水制氢最高电价限定为0.3元/千瓦时和0.26元/千瓦时。

氢上接电，下接万物

氢能作为一种清洁、高效的二次能源，是重要的“能源连接器”，与风光等新能源协同发展有着广阔前景。风光有间歇性、波动性，氢气易制备，能跨季节长时间储存，且下游应用多元，恰好能弥补新能源不足，有利于建立一个更完善的能源体系，保障国家能源安全。

氢储能未来发展前景广阔。根据国际能源署预测，未来10%的可再生能源消纳必须通过长周期储能来解决。在2060年，我国有1.5万亿千瓦时的电能需要由氢储存。

“氢能源是传统化石能源和可再生能源之间一个好的融合剂。氢不仅能够直接用于发电并作为能源使用，同时也是一种优秀的储能材料。例如，在2013年之前，我国西部地区的可再生能源常常面临‘弃光’现象，而氢能源能够将这些可再生能源储存起来，从而解决这一问题。”中国工程院院士、中国氢能联盟战略指导委员会委员彭苏萍在2024氢能专精特新创业大赛期间接受《氢能会客厅》新华网专访时表示。

在大赛决赛暨氢能专精特新产业大会现场，彭苏萍作《中国氢能源与燃料电池发展战略研究》主旨演讲时指出，全球正进入“氢2.0”时代，绿色氢能产业向绿氨、绿色甲醇等“泛氢”能源方向发展。在双碳目标与能源清洁化转型背景下，需要调整能源供应体系，形成多元化清洁能源供应，氢（泛氢）能源可作为各能源之间的桥梁，为能源安全保障机制的优化带来新契机。

​与绿电相比，氢除了燃料属性还有原料属性，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。在一些无法仅通过绿电完成气候目标的行业，氢能将扮演更重要的角色。比如，冶金、炼化、合成氨、合成甲醇等，通过原料端绿氢替代可实现深度脱碳。

“氢能上接电，下接万物。”中国科学院院士郑南峰作《以基础研究支撑绿氢产业高质量发展》主旨报告时指出，现在电解水制氢占比不到1%，发展空间很大，且交通、建筑和供暖领域碳排放高，且随着可再生能源占比升高，氢气的需求也会越来越大。可再生资源的电力装机容量逐年提高，对电网产生的冲击逐渐加大，将波动性的能源进行存储并运用到多种场景，给绿氢带来了很大的发展和更多的机会。

​对此，彭苏萍持有相同观点。他表示，氢能在储能、燃料电池发电、燃料电池重卡以及港口和船舶中的应用，都显示出巨大的潜力和广阔的发展前景。氨作为氢的载体，解决了纯氢的安全性问题，预计未来将在全国范围内得到更广泛的应用。

随着人们对氢的认识和理解逐渐加深

氢的研究应用已从工业、交通领域

拓展到了其他应用领域

氢的潜力逐步被发掘

氢能工作者将持续攻关制氢关键技术

降低制氢生产成本和销售价格

让氢真正走入千家万户

实现绿色生活与零碳未来