氢（hydrogenium）是一种化学元素，元素符号H，在元素周期表中位于第一位。氢通常的单质形态是氢气，无色无味，极易燃烧，由双原子分子组成。氢气是质量最轻的气体，氢能被誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源，与其他传统能源相比，它具备更多优势：一是燃烧值高，除核燃料外，氢气燃烧值是目前已知燃料中最高的，是汽油燃烧值的3倍；二是清洁无污染，产物只有水，水可以再次分解成氢气，实现良性循环；三是安全性好，氢气无毒，且由于其具有很高的扩散系数和浮力，在泄露时可迅速降低浓度，因此，氢气远比其他燃料安全；四是利用形式多样，氢能能够以气态、液态或固态形式利用，能适应不同要求的储运及应用环境；五是可储能，氢气可以多种形式储存起来，便于储存或供下游产业使用。氢能可以连接气、电、热等不同的能源形式，也可以应用在能源、工业、交通、建筑等多个领域，成为跨能源网络协同发展的桥梁。

2023年8月30日，我国规模最大的光伏发电直接制绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目全面建成投产。随着配套光伏电站实现全容量并网，该项目可以满负荷生产绿氢，每年生产的2万吨绿氢全部就近供应中国石化塔河炼化公司，用于替代炼油加工中使用的天然气制氢。项目全面建成投产标志着我国绿氢规模化工业应用实现零的突破。该项目是国内首次规模化利用光伏发电直接制绿氢的项目，利用新疆地区丰富的太阳能资源发电直接制绿氢，电解水制氢能力2万吨/年，储氢能力21万标立方米、输氢能力2.8万标立方米每小时。今年6月30日，项目已成功贯通绿氢生产、输送、利用全流程，部分制氢车间顺利投产产氢。绿氢炼化被视为化工行业实现绿色转型的重要路径。以库车绿氢示范项目为例，该项目生产的绿氢将替代塔河炼化的天然气制氢，作为原料进行加氢反应，最终进入油品中，实现炼油产品绿色化。项目每年可减少二氧化碳排放48.5万吨，是绿氢炼化首次实现规模应用，对炼化企业大规模利用绿氢实现碳减排具有重大示范效应。

——《人民日报》

人类从对氢的发现到认识、应用已经历了500余年。1520年，瑞士著名医生帕拉塞尔苏斯（Paracelsus）将金属（铁、锌和锡）溶解在硫酸中首次发现了氢气；17世纪，科学家开始逐步发现氢的基本性能，例如，氢气是气体，具有单位体积密度低、易燃、易爆等特点；1766年，英国化学家亨利·卡文迪许（Henry Cavendish）发表了人类第一篇氢气相关论文，开启了氢气研究；1783年，法国科学家雅克·查尔斯（Jacques Charles）和助手罗伯特兄弟实现了第一次无人氢气球飞行；1784年，拉瓦锡·默斯尼埃（Lavoisier Meusnier）发明铁—蒸气工艺，通过使水蒸气在600℃的炽热铁床上流过而产生氢气，实现了人工首次制氢；1787年，法国化学家先驱、近代化学之父安东尼·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）确认氢是一种元素，并将氢气命名为“hydrogen”，意为“水的生成者”；1789年，简·鲁道夫·戴曼（Jan Rudolph Deiman）和阿德里安·帕茨·范·特罗斯特（Adriaan Paets van Troost）使用静电起电器产生的电通过莱顿罐实现了首次水电解制氢；19世纪，出现了以氢气作为动力的研究成果，包括燃料电池、内燃机等，1839年，英国科学家威廉·罗伯特·格罗夫（William Robert Grove）开发并制作了首个燃料电池——格罗夫电池，1895年，第一架以氢气为动力的齐柏林飞艇在德国获得专利；20世纪是氢气产业化的前一阶段，主要体现在化工领域和成本不敏锐的行业，水煤气、氨、褐煤裂解、电解水等制氢方式变得成熟，并实现产业化；进入21世纪，由于人类对氢气的认识和掌控能力大幅提升，氢气的制取、储运以及应用技术都有了巨大进步，全球很多国家将发展氢能列为国家战略。

我国最早对氢进行研究的是清代化学家徐寿，他在19世纪60年代初翻译《化学鉴原》，并创造出“氢”等化学元素汉语名称，他把氢作为元素来研究，并认识到它“与水之氧同为至轻之物”；1967年，中国科学院大连化学物理研究所开始研制航天氢氧燃料电池，并于1978年设计制造出我国第一台碱性燃料电池，拉开了我国氢燃料电池研究的序幕；2003年，我国自主开发的第一辆氢燃料电池轿车“超越一号”在上海问世；2006年，我国首座加氢站在北京中关村永丰高新技术产业基地新能源交通示范园落成；2021年，中国船级社向武汉众宇动力系统科技有限公司颁发中国第一张船用燃料电池产品型式认可证书，这标志着我国船用氢燃料电池正式从科研阶段转入商用化轨道；2023年4月，我国首条“西氢东送”（内蒙古乌兰察布—北京）输氢管道示范工程被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》，标志着我国氢气长距离输送管道进入新发展阶段。

氢用途广泛，适用性较强。氢气燃烧产物只有水，对环境无污染，具有绝对的能源应用优势。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能互相转换的功能。氢能作为一种“电能替代”，其应用范围之广，可用作燃料（交通运输、电力）、用于供热（工业、建筑）及用作原料（化学品、产品），包括交通运输、工业生产、能量传输、电网储能调配等领域，是未来能源转型的重要支柱产业。

交通运输 氢气可以通过燃料电池为交通运输工具提供动力。氢气作为原料可以合成绿色甲烷、绿色甲醇、绿色柴油汽油或绿色航空燃油等燃油产品，这些产品在现有的交通设备中均能够直接使用。近年来，氢能源汽车增势迅猛，我国已建成加氢站超过250座，约占全球数量的40%，居世界第一。

电网储能调配 现代燃气轮机可以使用氢气和天然气的混合气运行，氢气份额为5%到100%。同时，氢气可以在燃气网中进行存储、运输，并在燃气轮机、内燃机或燃料电池发电厂中再发电。

工业和建筑物供热 氢气可以用于加热食品和水等，也可以用于制备热水器、热风炉和干衣机等产品。

工业生产 氢气是工业生产领域的重要原料，可以直接用于工业生产过程中，如作为国防工业的重要原料、制造电子器件的原料，等等。氢气是一种轻而高活性的气体，在很多石油精炼厂用于生产石油产品，如柴油和汽油，它有助于大大降低炼油厂最终产品中的杂质，如硫磺；有些化学工业需要氢气来生产重要的氢基化合物，如合成氨和甲醇；化肥和其他农业产品的制造需要氢气，因为氨是大多数化肥的重要组成部分，而氢气是合成氨的重要原料；金属产品的制造需要氢气用于原子氢焊接，这是一种重要的电弧焊接设备；电子产品，如半导体、显示屏幕和LED灯，需要氢气进行还原程序；玻璃工业需要氢气来防止玻璃中的杂质氧化，等等。

从全球来看，目前制氢的主要来源是天然气，全球每年产纯氢约7 000万吨，1/4为天然气制氢。全球制氢结构以化石能源为主，天然气制氢占比62%，煤制氢占比19%，低碳排放制氢占比仅0.7%，其中电解水制氢仅占0.04%（国际能源署，2022）。

目前我国氢主要作为工业原料，占比约84%，利用形式以分散制取、就地利用为主。根据中国煤炭工业协会数据，2021年，我国氢气产量3 300万吨，产量同比增长32%，达到工业氢气质量标准的约1 200万吨，我国已经成为世界第一产氢大国。由于煤炭在中国能源中占主导地位，目前，我国主要以煤制氢、工业副产氢为主，煤制氢技术成熟，制氢工艺体系和产业链条相对完整，煤制氢在氢气产能结构中占比62%，工业副产制氢占比19%，天然气制氢占18.1%，电解水制氢因技术难度大和成本高，占比仅0.9% 。

目前，我国是世界上最大的氢能生产国和消费国，每年氢产能约4 000万吨。全球投入运营的煤气化厂为130座，其中我国占80%。国家能源集团拥有煤气化炉80座，年产氢气总量可达800万吨，约占全球总产氢量的12%。由于我国有近2/3的氢为煤制氢，污染最为严重，对我国实现“双碳”目标影响较大。

根据氢能的生产来源和生产过程中碳排放情况，一般将氢分为灰氢、蓝氢、绿氢和金氢。

灰氢是通过石油、天然气、煤炭等化石燃料燃烧制取的氢气，在生产过程中会产生二氧化碳等温室气体，碳排放量较大。灰氢的优势是生产成本较低，制氢技术较为简单。

蓝氢是将天然气通过蒸气甲烷重整或自热蒸气重整制取的氢气。在此过程中使用了碳捕捉、利用与储存等先进技术，对温室气体进行捕获，实现了低碳排放制氢。

绿氢是利用太阳能、风电、水电、核电等再生能源发电进行电解水制取的氢气，制氢过程中碳排放为零。

金氢是天然氢，是由地壳中某些区域天然存在的氢分子汇集而成的。金氢的利用方式更为安全、清洁、低成本，这种氢可能比其他类型的氢更可持续，更能被环境所接受。马里共和国、美国、澳大利亚、巴西、法国和西班牙等国已启动金氢项目，以提取地下的天然氢。美国地质调查局于2022年10月在美国地质学会上提出的一个模型估计，地下金氢的储量可能足够满足全球数千年的需求。

氢能是一种来源广泛、绿色低碳、应用范围广的二次能源，对减少二氧化碳等温室气体的排放，实现碳达峰、碳中和的目标具有重要意义。中国氢能联盟预测，可再生能源制氢占比不断攀升，预计2030年、2050年的占比分别为15%、70%。世界能源理事会预测，到2050年氢能将占全球能源消耗的25%。

国家能源局、国家发展和改革委员会联合发布我国首个氢能产业中长期规划——《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，明确了氢能产业发展定位和目标并作出部署，首次明确了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。到2025年，将形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境，产业创新能力将显著提高，基本掌握核心技术和制造工艺，初步建立较为完整的供应链和产业体系；到2030年，有望形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，产业布局合理有序，可再生能源制氢广泛应用，有力支撑碳达峰目标实现；到2035年，基本形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。

氢能作为二次能源，要实现真正意义上的零排放，制氢技术的发展将不可避免地依赖于太阳能、风能等可再生能源技术的突破。通过电力与设备成本的协同降低，方可体现绿氢的经济优势。与日本、韩国等国相比，我国幅员辽阔，具有广阔的沙漠、戈壁、荒漠、草原及海域资源，可以提供丰富的太阳能、风能、潮汐能等可再生能源资源，在发展绿氢方面具有先天优势，可以加快实现“氢能中国”战略。

在储运氢方面，氢的长距离储运将以天然气管道掺氢或新建纯氢管道输氢为主，中短距离要与氨等多种储运技术相结合，并因地制宜发展。随着制氢端技术的突破，通过输氢管网交联，在氢能下游（如工业、交通和建筑等领域）大规模普及，绿色“氢经济”概念将转变为现实。

在应用氢方面，随着行业聚焦与技术发展，快速升级的氢燃料电池，带动交通运输领域的应用变革。随着新能源汽车技术的发展，氢能源汽车将逐渐成为燃料电池最为关键的应用方向之一，未来也将保持高速增长趋势。氢能燃料汽车续航能力较电动汽车强，更适合大功率货运汽车应用，又能够实现与纯电动汽车相近的环境效应，是未来比较理想的车用能源技术选择。因此，国际能源署对氢能燃料汽车市场占比有较高预期，有机会与纯电动汽车、插电式混合动力汽车实现三分天下。在炼油、合成氨、甲醇生产以及炼钢等化工领域，灰氢将逐步被绿氢所取代。在其他诸多传统能源密集型产业，氢能也将代替化石能源作为能量载体进行供能。在建筑领域，采用绿色氢能的分布式冷热电联供系统，也是节能减排重要方式。同时，更多的氢能应用领域将逐步开发。

未来，实行绿氢与金氢并行发展战略，更有利于我国早日实现“双碳”目标，且松辽盆地和柴达木盆地个别井发现了金氢，证明我国具备金氢的资源潜力。因此，在我国寻找地下金氢，发展金氢产业，尤其是首先开展金氢勘探刻不容缓。“绿氢+金氢”将成为全球实现碳中和的长远发展方向。