說到氫氣，小朋友都認識它，它很輕，氫氣球很好玩，一不小心飛上天。

氫很容易獲得，利用金屬活動性比氫強的金屬與酸反應，就能置換出氫氣來。中學實驗中就用鋅與稀硫酸反應制氫，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。當然也可以用鉀、鈣、鈉等金屬與稀酸反應，可能其激烈程度你Hold不住。

在商業應用中用鋁和氫氧化鈉溶液反應制取：

2Al+2NaOH+6H2O=2Na［Al（OH）4］+3H2↑

路邊賣氣球用的零壓氫氣機就是根據鋁和氫氧化鈉反應制氫充球。因為是開放性，是一邊放料一邊充球，機內是無氣壓的，安全系數較高。

氫很容易獲得，鋼鐵、化工等等生產中就會產生氫氣，氯堿副產氫、輕烴裂解副產氫等。這些氫氣可能就會混在城市煤氣中燒掉，可惜嗎？氫氣是很好的燃料，熱值高達1.4*108J/kg，而天然氣是8.5*107J/kg，而且燒氫最環保，只產生水，零碳排放。

我們冬運會的火炬就是用零排放的氫氣作為燃料的。

那么我們多少熱是從氫來的呢？

就要從星空講起~

遙望夜空，群星閃爍，那是它們在把氫嬗變成氦。我們的太陽日日夜夜每秒就要消耗掉6億噸的氫，把它轉換成5.96億噸的氦。氫變氦以后，那么每秒少掉400萬噸物質去哪里了呢？按照愛因斯坦的公式E=mc2變成了能量，其中大約1.5kg氫產生的熱量降臨到我們地球，賦予我們光明和能量，萬物生長靠太陽，靠氫核聚變。

氫氣是綠色燃料，可是在地球上和地球大氣中只存在極稀少的游離狀態氫。在地殼里，如果按質量計算，氫占總質量的1%，而如果按原子百分數計算，則占17%。氫在自然界中分布很廣，水便是氫的“倉庫”——氫在水中的質量分數為11%，石油、天然氣、動植物體也含氫。在空氣中，氫氣倒不多，約占總體積的一千萬分之五。在整個宇宙中，按原子百分數來說，氫卻是最多的元素。據研究，在太陽的大氣中，按原子百分數計算，氫占81.75%。在宇宙空間中，氫原子的數目比其他所有元素原子的總和約大100倍。

雖然氫氣在自然界里微乎其微，

但可以向水要氫。

水煤氣法

水煤氣是水蒸氣通過熾熱的焦炭而生成的氣體，主要成分是一氧化碳，氫氣。

C+H2O（g）=（高溫）CO+H2↑

如加催化劑，一份煤炭可以產生雙份的氫氣，

C+2H2O（g）=（高溫）CO2+2H2↑

用煤制氫很方便，成本也不高，但需要消耗化石能源煤，而且產生二氧化碳，這種氫現在有了個新名詞——灰氫。

因為氫非常環保，燃燒后只產生水，零碳排放，如果制造氫的過程不產生二氧化碳，整個生態過程就完美了。

我們也可以把氫“洗白”，把產生的二氧化碳捕獲，封存和利用后，我們就稱清潔氫，捕獲的二氧化碳可以充可樂，合成可降解塑料……

我們的目標是發展綠色氫，

采用新能源發電制氫。

新能源發電指風力發電，光伏發電和水力發電，過程中不消耗煤和石油，不產生二氧化碳。

電解氫只需要水，電把水拆成氫氣和氧氣，就是說我們把電能用氫氣的形式儲存起來，變成氫能。

2H2O=2H2↑+O2↑

我們有了氫，那氫有什么用呢？

化工原料

目前，氫的四大單一用途分別是：煉油、合成氨、合成甲醇和直接還原鐵礦石生產鋼鐵，其它用途就數不清了，中國一年要消耗氫氣2000萬噸。

氫氣作為一種清潔的新能源載體可用于燃料電池，將太陽能、風能等可再生能源儲存于氫氣，用于燃料電池電動汽車，飛機和輪船。

燃料電池

燃料電池是電解氫的逆過程，發電過程只產生純水，是非常環保的，而且加氫可以像加油一樣快速方便。

H2+1/2O2==H2O

燃料電池并不是新技術，原理也不是太復雜，已經是中學的課堂教學和實驗內容了。燃料電池工作時，陽極的氫氣在催化劑的作用下分解出氫離子和電子，氫離子通過質子交換膜到達陰極，電子則沿著外部電路到達陰極（正極）產生電流。而在陰極，空氣中的氧氣與氫離子、電子反應生成水。

燃料電池可以做成充電寶，真像個電池，也可以在家里自己電解制氫，給氫罐充氫，電可以來自太陽能，貌似非常方便。

但車用大功率燃料電池系統就沒有這么簡單，是復雜的發電系統。需要空氣壓縮機，氫泵，風機，水泵等，系統需要電機驅動器和各類傳感器。

燃料電池發電不受發動機的卡諾循環的限制，理論上，它的發電效率可達到85%～90%，但由于系統的輔助系統消耗功率，目前燃料電池的能量轉化效率約為40%～60%。

若實現熱電聯供，燃料的總利用率可高達85%以上。這種系統已經產業化在日本家庭使用，截至2019年上半年，日本累計銷售30余萬臺家用燃料電池系統ENE·FARM。

熱電聯供燃料電池是高效用氣的有效途徑，下圖表示1000立方的天然氣，27GJ用于火力發電，效率58.5%。而改用燃料電池，40.6GJ的天然氣，發電15.8GJ，熱量22.8GJ，未利用僅2GJ，效率高達95%。

氫進萬家是高能效社會的發展方向。

氫是綠色能源，也是綠色能源的載體，從新能源發電、電解制氫到燃料電池發電構成新世界的綠色能源鏈。

我們期待著，氫燃料電池汽車、飛機、輪船，家庭熱電聯供……氫能文明時代指日可待。

編輯：jq