最近关于国家氢战略的消息将这种潜在的燃料解决方案带回了前台。但什么是氢，它为什么重要?
根据 2021 年 3 月 11 日的 Cosmos Briefing，氢气将在未来十年加速成为燃料来源，但我们需要观察它的使用地点。
纽卡斯尔大学的化学工程师杰西卡·艾伦和埃迪斯科文大学的电气工程师亚当·奥塞兰讨论了氢在能源行业的化学和未来。
会议由澳大利亚皇家学会首席科学家艾伦·达菲主持。
氢的化学
氢是世界上研究最多的元素之一。在纯净形式中，它是一种气体，是宇宙中最丰富的元素。
纯氢已在工业中使用了数十年。但目前对氢的兴趣主要是作为能源和电力的来源。氢气可以燃烧产生水蒸气和能源或电力：一种潜在的清洁能源。渔获?它也需要能量来制造。
在这种情况下，艾伦将氢描述为“几乎是一种电池。所以你通过制造氢气给它充电，然后你用氢气把它放电”。
生产和碳排放
纯氢在地球表面并不大量存在。“它是宇宙中最丰富的元素，它实际上是无限的……[但] 作为气体，我们必须制造它，”奥塞兰说。
有多种制造氢气的方法，但排放量各不相同。目前，氢气生产是碳密集型的。
“主要来自天然气。所以是甲烷，”艾伦说。
“当我们以这种方式制造氢气时，因为我们从一点碳开始，我们也会制造一些 CO2。所以这不是制氢的低排放途径，除非我们也捕获和储存二氧化碳。制造氢气的另一种方法是通过电解和水分解。同样，如果电解电力来自燃煤发电或电网，我们可以以仍然有碳排放的方式实现这一目标。或者我们可以使用太阳能和风能以绿色方式进行水分解过程。”
Osseiran 说有很多方法可以通过氢气的生产来标记氢气。“我们给它起了名字，我们给了它颜色。”
“棕色氢是通过使用煤和天然气等化石燃料生产的……灰氢又是从我们的化石燃料中获得的。”
“蓝色氢的过程与灰色相似……除了我们捕获 CO2并将其放在无法触及的地方……以将其从大气中排出。”
白色氢气由塑料制成，在此过程中会产生一氧化碳。由电解水制成的绿色氢是唯一真正无碳的版本。
用法
“一旦我们制造了氢，我们就可以用它做很多事情，”艾伦说。“如果我们谈论电力和能源，从氢气中获取电力的最佳方式是将其通过燃料电池。这是最有效的技术。”
“在电解中，我们输入电和水，然后取出氢气和氧气。在燃料电池中，我们放入氢气，然后取出电和水。”
虽然它在其他领域具有潜力，但 Allen 和 Osseiran 都同意氢燃料最直接的应用是少量——例如车辆中的燃料电池。
也就是说，氢的应用是全面的。“人们很容易陷入将能源视为电力的想法，”艾伦说。“但如果你是一名化学工程师，我们知道有很多不同的制造过程需要能量输入，而不一定是电能输入。”
扩大
“氢能如何竞争?如何扩大规模?这是一项经济活动，”Osseiran 说。
他补充说，因为它非常丰富，所以我们不会像其他资源那样耗尽氢气。问题不在于能不能生产出来，而在于是否有足够多的行业愿意使用它。
储存和运输
那么为什么我们不都已经使用氢呢?保持和移动它存在挑战。
“氢气是一种气体，它是一种想要扩散的轻质气体。所以它想占用很多空间，”艾伦说。
“有计划建造类似于液化天然气的氢气罐......这项技术是新的......它仍在开发中。”
储存它的技术包括压缩气体，或将其与氨反应以产生液体，“这更容易运输。事实上，这已经是一种商业航运贸易”。
有解决方案，但它们还没有商业运作。
环境
除了碳排放之外，大规模使用氢能还需要考虑环境问题，但 Osseiran 和 Allen 都相信这些挑战比化石燃料行业当前带来的环境挑战要小。
根据 Osseiran 的说法，燃烧氢气“除了水和一些热量之外什么也没有产生，因为当发生任何化学反应时就会发生这种情况”。
艾伦说，产生的水蒸气比化石燃料产生的水蒸气少。“这比我们现在正在做的要少得多。”
如前所述，制造氢气通常需要水。但不如原油精炼多：事实上，艾伦说，精炼原油所需的水是制造氢气的“大约 10 倍”。
还会有其他资源挑战，但没有一个是不可克服的——艾伦强调铂金是一种潜在的稀缺资源。
“铂是电解和燃料电池的首选催化剂。而且铂金非常昂贵。”
“铂金确实必须谨慎采购。”
但是正在开发一些技术来最大限度地减少所需的铂金量。
未来
下一个十年会怎样?Osseiran 和 Allen 表示，大规模氢燃料仍有很长的路要走，但小规模生产正在快速推进。
“也许到本世纪末，一个家庭可能会完全独立于能源，并由氢气提供动力，”艾伦说。
而且，虽然很小，但可能会产生很大的影响。“地缘政治层面也将发生范式转变，因为届时许多国家将完全独立于这条化石燃料供应链，”奥塞兰说。
