【氯氢处理】
宇宙元素驱动氢能经济
王学军1,2*，张永明1，2
(1.含氟功能膜材料国家重点实验室，山东 淄博 256401；2.山东东岳高分子材料有限公司，山东 淄博 256401)
[关键词] 氢能经济；燃料电池；质子交换膜；加氢站；低碳经济
[摘 要] 氢元素是宇宙中含量最丰富、最原始也最简单的元素，可称为宇宙元素。基于氢元素的重要性简要总结了氢气产业链情况，表明氢气在全球能源结构变革方面具有重要地位和作用。重点梳理了氢能经济的相关情况，包括国内外氢燃料电池汽车、基础设施加氢站、氢能发电及氢能社区建设的最新进展等。详细探讨了氢能发展过程中存在的问题、瓶颈与对策，并对氢能产业发展前景进行了展望。
1 元素周期表与氢元素
为了纪念1869年门捷列夫发表第一张化学元素周期表，联合国宣布2019年为“国际化学元素周期表年”。元素周期排列规律的发现是科学史上的重大事件，是人类认识客规世界规律的重大突破。科学研究看似枯燥，实则蕴含无穷的奥妙，元素周期表就是一个典型。它的发现是人类认识客观世界规律的重大突破，当你仔细去看这张表，一定会感悟到物质世界的奇妙。毫无疑问，探索元素属性的努力将继续下去——这一探索是人类亏欠门捷列夫(未获诺贝尔奖)的一个巨大恩惠。而且，探索最终可能引领人类超越元素周期表本身。
“氢”是元素周期表第一位的元素，是最轻也是宇宙中质量含量最多的元素(75%)。如果以原子个数来计的话，氢原子的个数更是占到宇宙总原子数的90%以上，是名副其实的宇宙元素。第一个分离出氢气的人是英国的卡文迪许(没错，就是测定出万有引力常数的那个人)，他也是把氢和氧化合成水的第一人，在电学方面也有诸多成就。氢隶属于第一主族，这一族的其他元素如锂钠钾铷铯钫，都是极其活泼的金属，唯独氢显得格格不入，表现出非金属的性质。所以氢一直都是学术研究的热点：理论上只要压力足够大，固体氢可以形成且有金属性。2017年《Science》上有篇文章[1]声称做出了金属氢——在差不多500万个大气压的压力下！得到的金属氢(如果是真的话)直径8 μm、厚1.2 μm，跟一个细菌的大小差不多。随后又称“操作失误，金属氢消失”。没多久《Nature》就很不客气地发了篇新闻评论说“I don't think the paper is convincing at all”。
DNA双螺旋结构中的氢键如图1所示。
图1 DNA双螺旋结构中的氢键
Fig.1 Hydrogen bond in the double helix structure of DNA
虽然氢金属充满争议，但氢在生命起源及繁衍过程中却起着决定性的作用——DNA的两条螺旋链和三维结构就是主要靠氢键构建的。氢是生命产生的基础，不夸张地说，没有氢就没有生命。另外一个大家应该了解的事实是，我们通过肛门排出的那种气体里面，大约有21%是氢气[2](最高可达47%，这可是美国太空总署的研究成果，他们在这方面的研究真是独步全球，另外那个有味道的成分其实不到1%)！这表明人和各种生命仍然保留着与氢气代谢相关的生物分子。
微观上的理论与实践太难验证，往宏观里说更好理解人们对氢的兴趣为什么这么大。太阳在大约45.7亿年前在一个坍缩的氢分子云内形成，占有太阳系总体质量的99.86%。太阳是由氢组成的，氢聚变为氦产生热能，夜以继日地反应了40多亿年之后还有约3/4是氢元素。从这个意义上说，地球上所有的元素和能量，其终极来源都是氢(虽然氢只占地球总质量的约1%)。1957年前苏联宇航员加加林乘坐人造地球卫星遨游太空，1968年阿波罗号飞船实现了人类首次登上月球的创举，这一切都依靠着氢燃料的功劳。现在大家可以理解了，目前全球都在热衷研究的氢能真不该算什么新鲜事。
2 氢气产业链
2.1 氢气制取
工业上用水煤气法制氢气，有关化学方程式是：
C+H2O
CO+H2；
CO+H2OCO2+H2。
用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气(CO+H2)；净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2，可得含氢量在80%以上的气体，再压入水中以溶去CO2，再通过含氨蚁酸亚铜(或含氨乙酸亚铜)溶液中除去残存的CO而得较纯氢气，这种方法制氢成本较低，产量很大，设备较多，合成氨厂多用此法。
动力性能方面，我国燃料电池客车的最高车速在80 km/h左右、0～50 km/h加速时间在20 s左右、续驶里程在250～400 km，与国外的车型差距不大，相反在氢的消耗指标上还具有一定优势，而整车燃料电池的使用寿命约2 500 h、储氢瓶采用的压力标准为35 MPa，还有较大提升空间。
（3）缺乏主管部门主持协调。各平台缺乏协调，各自为政，不能联合建设，项目多和全，建设重点不突出。致使学科基础、专业类实验项目大同小异，低层次重复建设现象严重，资源浪费。
根据中国氢能联盟统计，中国2018年氢气产量约为2 100万t(占世界氢产量的1/3)，换算热值占终端能源总量的份额为2.7%。但生产主要依赖化石能源，消费主要作为工业原料，清洁能源制氢和氢能的能源化利用规模较小。目前中国处于氢能市场发展初期，氢气年均需求约2 200万t，2030年中国将处于氢能市场发展中期，氢气年均需求将达到3 500万t，预计到2050年，处于氢能市场发展远期的中国氢气需求量将达到6 000万t，换算热值占终端能源总量的份额达到10%。
2.2 氢气储运
氢的储存方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢和储氢材料储氢等。高压气态储氢最常用也最成熟，应用较广泛的是灌装压力为15.2 MPa的储氢钢瓶。虽简便易行，但缺点也很明显：单位质量的储氢密度只有1%(质量分数)左右，无法满足更高应用的要求。低温液态储氢是指在101 kPa下，氢气冷冻到-253 ℃以下即变为液态氢。液化氢气具有存储效率高、能量密度大(12～34 MJ/kg)、成本高的特点。
出于安全考虑，我国要求制氢与加氢环节必须严格分离。因此氢气的生产与应用必然要通过运输来连接。氢能的运输主要包括压缩氢气的运输、液态氢的运输、利用储氢介质输送、利用管道输送和制造原料的输送。储氢问题涉及氢生产、运输、最终应用等所有环节，储氢问题不解决，氢能的应用则难以推广。
2.3 氢气应用
氢的用途非常广泛，如军用民用气象用氢气球(低密度)、化学工程及石化工业(化工原料及高还原性)、氢燃料电池(高能源转换效率)、金属切割(氢氧反应发热值大，是汽油发热值的3倍)、航天工业使用液氢作为推进剂(高能量密度与高燃料性)、大规模杀伤性武器氢弹(同位素核聚变)、氢分子氢医学(无毒，分子生物学)等。总而言之，氢目前主要是作为重要的工业原料，又是未来的能源，也是最清洁的燃料。
3 氢能经济
3.1 氢能与氢能经济
氢气是一种理想的能源互联媒介，是实现电力、热力、液体燃料等各种能源品种之间转化的介质，在可预见的未来是实现跨能源网络协同优化的唯一途径[3]。氢气也是一种可大规模应用的储能介质。随着可再生能源渗透率不断提高，季节性乃至年度调峰需求也将与日俱增，氢能可以更经济地实现电能或热能的长周期、大规模存储，克服电化学储能及储热难以满足长周期、大容量储能需求的不足，可成为解决弃风、弃光、弃水问题的重要途经，保障未来高比例可再生能源体系的安全稳定运行。因此在能源转型过程中，氢气可以作为一种良好的能源载体，具有来源多样、清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点[4]。
世界能源发展进程如图2所示。
薪柴时代 煤炭时代 油气时间 氢能时间
远古时期 19世纪80年代 1886年工业革命 21世纪中期
图2 世界能源发展进程
Fig.2 Energy industry development process of the world
氢能经济指以氢为能源而驱动的经济，氢能的利用将渗透到经济生活的方方面面。纵观世界能源工业发展史，自人类钻木取火进入“柴薪时代”；到煤炭在19世纪80年代超过柴薪终结“薪柴时代”进入了“煤炭时代”；再到1886年的工业革命，油气取代煤炭成为世界第一大能源，人类又从“煤炭时代”进入了“油气时代”；现在又将从“油气时代”向“氢能时代”迈入，预计在21世纪中叶进入“氢能经济”时代。氢能是新一代引领产业变革的颠覆性能源技术。它对我国优化能源结构，突破产业结构调整与转型升级的困境和瓶颈具有基础性作用，可显著提高经济效益。
3.2 国际氢能发展路线图
销售方面，2018年全球氢燃料电池汽车销量约5 880辆。相比2018年全球总共销售出了8 600万辆汽车(中国2 808万辆)，氢燃料电池汽车占比可忽略不计。中国乘用车目前推广较少，仅有10余辆，后续随着特定区域加氢站网络建设的完成，有望在2020年形成初步的小规模示范应用。相比燃料电池乘用车，我国在氢燃料电池商用车领域初步形成装备制造业基础。近年来我国燃料电池汽车年产量逐年增加：2017年中国燃料电池汽车总产量为1 272辆，2018年达到1 619辆，其中燃料电池专用车909辆、大客车710辆。
美国是氢能经济的倡导者，也是推动氢能发展的最重要国家之一。早在1970年，美国便提出了“氢经济”概念。美国以能源部(DOE)为主导，将大量的资金用于解决氢能产业所面临的技术难题，保持美国在世界范围内氢能领域中的技术优势地位。2014年，美国颁布《全面能源战略》，开启了新的氢能计划，重新确定了氢能在交通转型中的引领作用。目前，美国已有超过5 000辆燃料电池车行驶在路上，近40个加氢站启动并运行，超过240 kW的燃料电池备用电源安装在40多个洲。
加氢站运营现金流示意图如图4所示。
欧盟将氢能作为能源安全和能源转型的重要保障，早在1956年就开启了欧洲乃至全球燃料电池开发的序幕。欧洲燃料电池和氢能联合组织(FCH-JU)在2019年2月发布《欧洲氢能路线图：欧洲能源转型的可持续发展路径》，提出了面向2030、2050年的氢能发展路线图，到2030年氢能产业将为欧盟创造约1 300亿欧元产值，到2050年达到8 200亿欧元。2018年9月，德国的氢动力列车已正式上线运送乘客。法国制定的《氢能计划》将从2019年起在工业、交通及能源领域部署氢能。目前，欧洲正在运行的加氢站有139座，加氢站保有量居全球第一。
氢能和燃料电池汽车技术是战略选择，因此加氢站作为氢能源下游应用的重要基础设施成为世界各国建设氢能布局的重点[8]。数据显示，到2018年底全球加氢站数目达到369座。其中，欧洲地区加氢站拥有量为152座，位居世界第一；亚洲136座、北美78座，其他地区仅3座。此外，在全部369座加氢站中，有273座对外开放，其余加氢站保留给封闭用户群。国内方面，截至2018年底中国共有23座建成的加氢站，全球占比约为6%，这个数字相较全国10万多座加油站和70多万个充电桩，九牛一毛。根据2016年10月发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》，到2020年我国建成加氢站将达100座，现在看来任重道远。前期投资巨大及回报缓慢是制约加氢站建设的第一障碍。据国际能源署(IEA)估计，加氢站累计现金流在加氢站运营后的10～15年都处于负值。
再次，进一步完善示范内容。在绿色高产示范区内，要向当地农民群众积极示范推广优质水稻杂交品种，安排新品种展示、新品种小区试验、新型农药肥料试验和绿色防控试验。
此外，韩国、澳大利亚等也都对氢能研发和实现向氢经济的转型给予了很大重视，进行了大量宏观战略研究，制定了中长期研发计划，并投入巨资进行氢能相关技术研发。
3.3 中国的氢能发展路线图
中国已经发布了一系列关于氢能的政策，特别是2016年发布的《“十三五”国家科技创新规划》，明确指出要发展氢能燃料电池技术[6]。《能源技术革命创新行动计划(2016―2030年)》提出了氢工业(氢的制取、储运及加氢站)、先进燃料电池、燃料电池分布式发电等3个战略发展方向。2017年工信部、国家发改委、科技部联合印发《汽车产业中长期发展规划》，明确逐步扩大燃料电池汽车试点示范范围。中国是全球氢能利用的大国，目前已形成京津冀、长江三角洲、珠江三角洲、华中、西北、西南、东北等7个氢能产业集群。我国也是世界上第一个制造出燃料电池轻轨的国家(2015年3月19日中车青岛四方率先制造成功)。中国的氢能发展路线图可以概括为：2020年氢燃料电池车达到5 000辆，2025年力争达到5万辆，2030年要达到100万辆。加氢站力争2020年达到100座，2025年要达到300座，2030年要超过1 000座。
像Optima Pharma这样的中型企业也证明，模拟仿真同样能为中小企业服务。这家企业拥有约550名员工，25年来一直是人类和动物药品无菌灌装技术领域的机械设备开发、设计和建造的专家，Optima Pharma的客户对质量有着很高的要求。
2018年中国氢能联盟正式成立，2019年6月发布《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》。根据此次白皮书公布的总体目标，氢能将成为中国能源体系的重要组成部分，预计到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%，氢气需求量接近6 000万t，年经济产值超过10万亿元，交通运输、工业等领域将实现氢能普及应用，燃料电池车产量达到520万辆/a，固定式发电装置2万台套/a，燃料电池系统产能550万台套/a。按照此目标，届时，中国可减排约7亿t二氧化碳，可累计拉动33万亿元经济产值，且预计2050年平均制氢成本不高于10元/kg。
日本东京奥运选手村将在2019年10月基本建成，将是全球第一个氢能源社区。这个选手村的每一套房子，均采用家用氢燃料电池作为家庭的基本电源。同时在社区内建设一个大型的加氢站和氢气管线管控中心，通过管线直接将氢气输入到各户家庭的燃料电池中，使得燃料电池成为永久性的发电系统。这种氢燃料电池具备三大功能：第一，为家庭提供所有的电力；第二，副产热能可以为家庭中热水、地暖供热；第三，富余电力可以出售给电力公司。另外，社区内的所有商业设施、路灯和巡回巴士等也将使用氢能源。奥运会结束后，将对选手村进行改造并向市民出售，形成5 200多户的大型社区。
在校企合作工作中，同样有类似做法，比如扬州高等职业技术学校《校企合作管理制度》第六条 “校企合作办公室职责”中包含“(三)整合学校各部门校企合作信息资源、校友资源、行业资源及合作企业资源，组织开展教学资源共享平台、继续教育服务平台和科技服务平台建设”，明确提出校友资源是校企合作资源之一。常州机电职业技术学院制定的《校企合作工作站运行管理办法》第五条指出，“校企合作工作站做好校友跟踪服务工作，并协助校友会开展相关业务”，将部分校友工作与校企合作工作一并执行。
3.4 氢燃料电池汽车
在氢能的众多应用领域中，汽车市场规模最大，实现“氢经济”目前最直接的着力点是氢燃料电池汽车，它与电网结合在一起，将成为氢能经济的基础和全球氢能技术应用领域的“领头羊”。氢燃料电池汽车有环保、加氢快和续航里程长(充气3 min跑650 km)的优势，被视为新能源汽车的最终绿色解决方案[3]。尤其是在长距离、大功率运输上，氢燃料电池汽车更具有纯电动汽车无法替代的优势[7]。全球主要汽车公司大部分已经完成了燃料电池汽车的基本性能研发，整车性能、可靠性、寿命和环境适应性等各方面均已基本达到了和传统汽车相媲美的水平，其中丰田Mirai、现代IX35、本田Clartity等几款乘用车的最高车速在160～175 km/h，百米加速不超过13 s，燃料电池系统功率也均在100 kW左右，性能超前。
燃料电池汽车工作原理如图3所示。
图3 燃料电池汽车工作原理
Fig.3 Operating principles of the fuel cell car
技术层面上，包括丰田Mirai在内，氢燃料电池车都是“锂电池+燃料电池发动机”的混合体，区别只是谁的成分多一点，谁的少一点。如果电池大一点、可外接充电，就成了增程式电动汽车，区别只在于增程式是烧油的，而氢燃料电池车的增程器是“烧”氢气的。所以电动车、混动车的很多技术也可以应用于氢燃料电池汽车。
氢能作为来源广泛、能量密度高、转换效率高的绿色能源及能源载体正在脱颖而出，其开发和利用受到了美、日、德等国家的高度重视，并制定了各自的氢能发展路线图[5]。
除水煤气法外，还有电解法、烃裂解法、烃蒸气转化法等。电解法制氢通常规模较小、成本高，一般是在特殊的生产目的下的副产品，例如氯碱工业。电解法制氢只有在利用水电或太阳能光解水时，才可能是经济的。中国现在是世界上最大的太阳能装机国和生产国，最大的风能装机国，最大的核电在建国和最大的能效提高国。但在一些地方还面临新能源消纳难的问题，如弃风弃水弃光甚至弃核，通过电解水制氢可以有效地消纳风电、光伏发电等不稳定电力，以及其他富余波谷电力，因此将是未来建设“氢能社会”工业氢气的主要来源之一。以中国为例，煤炭是氢气生产的主要原料，氢气生产中煤制氢占61.7%，天然气制氢占18.7%，其他原料制氢(包括炼厂干气、焦炉煤气、甲醇、电解水等副产品)约占19.6%。
3.5 加氢站
研究地铁施工对沿线高层建筑物沉降变形方面的影响，利用建筑物沉降变形曲线图和建筑物整体沉降曲线图对建筑物的沉降规律进行分析，同时模拟出建筑物整体沉降趋势［3-4］，对建筑物的沉降变形进行预测，为地铁施工和建筑物变形监测提供一定的参考。本文选取最大、最小沉降量，平均沉降量，平均沉降速率作为评价指标，对建筑物的沉降量进行评价［5-6］。
日本作为目前全球氢能发展最为领先的国家，早在2013年《日本再复兴战略》中就把发展氢能源提升为国策。2014年，日本发布《氢能与燃料电池战略路线图》为氢能发展制定了“三步走”计划，提出建设“氢能社会”的愿景，到2030年日本的氢能相关产业要达到1万亿日元(约合88亿美元)的规模。2018年发布《氢能基本战略》，构建氢能制备、储存、运输和利用的国际产业链，希望通过氢燃料电池实现氢能在家庭、工业、交通甚至全社会领域的应用，从而实现真正的能源安全以及能源独立。2020年东京奥运会，将把奥运村建设成第一个氢能源社区，向世界展示日本的氢能源社会模型。
图4 加氢站运营现金流示意图
Fig.4 Schematic representation of cash flow of hydrogen fuelling station running
在2019年全国两会最新的文件上，支持新能源汽车消费方面首次提出了“加强城市加氢设施建设”。但事实上政府审批归口管理不明、流程复杂，目前国内仅有武汉、佛山等几个城市建立了相应的审批流程。目前一座日加氢能力500 kg左右的加氢站，建设成本在1 500万～2 000万元。除建设成本高昂外，相关技术标准不统一甚至缺失、关键设备需要进口、加氢站利用率低、补贴政策不足等也制约着加氢站建设。所以油氢混合站可能是最适合中国的方向——2019年7月1日国内首座油氢合建站在佛山正式建成。
没了于叔于婶，山村可还有我的“家”？那日心中纠结甚至一时停步村头——“情怯”，就怯在这里。然而，当报信的孩子奔去，远远地见桂霞姐和她的大弟迎面而来，桂霞姐叫一声“我的好兄弟”，大弟喊我一声“哥”，我泪如雨下，情怯顿时不在——我又见到了第二故乡的亲人，还有我的家！
3.6 氢能发电站
2010年世界首座氢能发电站在意大利建成投产，年发电量达6 000万kW·h，一年可减少相当于6万t的二氧化碳排放量。荷兰Nedstack是欧洲最大的燃料电池生产商，公司于2012年建成了当时世界上最大的质子交换膜燃料电池，位于比利时安特卫普。共使用了12 600个燃料电池，加到一起，可产生1 MW电力和1 MW热能。
void act_StateInitiatedChanged(object sender,MyEventArgs e)
采用SPSS 20.0统计学软件对数据进行处理，计数资料采用x2检验，计量资料采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。
2016年10月14日，全球首座2 MW质子交换膜(PEM)燃料电池发电站开车运行[9]。这座2 MW PEM燃料电池发电站安装在中国辽宁省营口市的营创三征(营口)精细化工有限公司厂区内，用于该公司副产氢的增值利用，可生产2 MW的清洁电力。该项目获欧盟FCH-JU计划支持，发电量不仅能满足客户所有生产流程中20%的电力需求，而且完全不排放温室气体，从而为环保作出重大贡献。此外，韩国斗山集团将建设韩国最大的燃料电池发电站，建设成本约3 600万美元，总装机容量50 MW，年发电量40万MW时，到2020年建成后，可供应瑞山地区的17万户家庭。
1.2.4 其他因素 ①在进行血透期间，可因为尿素氮和肌酐等小分子物质被清除后，阻止水分由血管外向血管内移动，促使血浆渗透压降低，进而影响血容量循环。②短时间内体液超滤过快或过多，均可导致低血容量低血压的发生，促使血浆再充盈不良，甚至可引起循环障碍。③患者若合并结缔组织疾病、冠心病、糖尿病等疾病，可减少心搏量和血浆容量，从而不能代偿，引起低血压事件[9]。
3.7 氢能社区
让氢能源走进普通家庭是日本政府在氢能源普及计划中的重要一环。到2019年3月为止，日本已经有23万户人家安装了氢燃料电池。氢燃料电池的价格，也由当初的1台300万日元降至95万日元(约6万元人民币)。日本政府计划在2030年，让氢能源燃料电池走进530万户人家，使全国20%的家庭用上氢能源。
在氢能及燃料电池领域，我国已经初步形成从基础研究、应用研究到示范演示的全方位格局，布局了完整的氢能产业链，涵盖制氢、储运、加注、应用等4个环节。中国发展氢能具有自己独特的战略出发点：能源安全(2018年近70%石油依赖进口)、生态环境(化石能源所占的比重太大，可再生能源比重太小，污染和碳排放压力大)和能源利用效率。而且中国发展氢能具有自己的产业优势：中国氢能具备丰富的资源和供给能力，包括化石能源重整制氢(中国煤的产量在全世界占到一半)、工业副产品提纯制氢(2018年中国的焦炉、石化、氯碱等工业可以副产800万t氢)和电解水制氢(中国每年会有大约1 000亿kW·h可再生能源富余发电量)。
4 争议、挑战与解析
4.1 氢能技术过关么？
目前我国制氢技术相对成熟且具备一定产业化基础，全国化石能源制氢和工业副产氢已具相当规模，碱性电解水制氢技术成熟。相比之下，我国氢能在储运技术、燃料电池终端应用技术方面与国际先进水平相比仍有较大的差距。以氢燃料电池为例，国产燃料电池产品成本高，总体功率密度、系统功率、耐久性还较低，催化剂、膜电极等燃料电池关键材料和高压比空压机、氢气循环泵等系统关键设备进口依赖度高，且生产能力不足，产品价格较高。在储运方面，实现氢能规模化、低成本的储运仍然是我国乃至全球共同面临的难题。高压气氢作为目前国内外主流的氢能储运模式，还存在储氢密度仍然不够高、储运成本太高等问题。但可以看到，技术问题的解决处于快速发展过程中，欧美国家已稳定运行的氢燃料电池及汽车已经证明技术问题的解决只是时间问题。
在讲述 scratch中的“如果……那么……”功能模块时，课前我设计了两个小程序，其中一个程序中运用了三组“如果……那么……”的功能模块，让它重复执行十万次，而另一个小程序其他条件不变，只是将第一个程序稍加改动，把三个“如果……那么……”变成了“如果……那么……否则……”模块。课前演示两个小程序，让学生自己去观察、比较这两个程序从速度和结果上有什么异同点，紧接着讨论产生不同运行速度的原因是什么，从而探讨解决问题的方法，最终在学生的尝试与讨论中掌握本节课的内容及要点。
4.2 氢能真的环保么？
绿色氢能路线如图5所示。
图5 绿色氢能路线图
Fig.5 Road-map of green hydrogen energy
虽然氢能源被广泛认为是将要取代化石能源的一种清洁能源，但一些科学家和经济学家却认为，现在的氢不是免费的午餐，它并不是清洁、绿色的燃料。目前所提出的氢制取生产线路都面临着这种进退维谷的局面：人类不得不研发另外一种新技术来处理生产新能量所带来的后果。例如，通过甲烷来获得氢气，但这种方法在产生氢气的过程却向大气排放了二氧化碳。只有全生命周期都不产生碳排放的氢才能称为绿色氢[10]。如美国氢能路线图的未来目标就是将太阳能转换为氢气的低碳能源战略。根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预计，2030年左右电解水制氢将成有效供氢主体，氢能将基本实现全程环保。
4.3 氢能真的安全么？
氢在使用和储运中是否安全可靠，是人们普遍关注的安全问题。一部分观点认为，氢的独特物理性质决定了其不同于其他燃料的安全性问题，如更宽的着火范围、更低的着火能、更容易泄漏、更高的火焰传播速度、更容易爆炸等。其实氢气在开放的空间是非常安全的一种气体(扩散系数是汽油的11倍)。国金证券从氢气的特性、储运过程、燃料电池车辆的安全设计、事故和极端情况下的车辆安全、加氢设施的安全规范5个角度全面分析了氢气的使用安全问题，结论是氢气安全性足以媲美传统燃料和锂电[11]。然而2019年5月韩国氢燃料储存罐爆炸致2死6伤、6月挪威一加氢站发生爆炸，再次提醒人们氢气具有GB 6944―2012规定的二类危险化学品易燃易爆属性，可以说遵守GB 4962―2008等相关标准是保证氢能安全及大规模推广应用的前提条件，在合理的应用条件下加氢站要比加油站(汽油和天然气也是危险化学品)更安全。
4.4 氢能真的经济么？
目前对氢能效率普遍看法是其能量高。从能量储备的角度，氢储备能量后再释放能量的效率，即储能回报率为47%，而先进的电池储能回报率为75%～85%。但如果能综合考虑用电峰谷、间歇性电力、电力传送受限等情况后，峰值存储氢就会变得很有价值。在技术经济性方面，燃料电池制造成本有较大下降空间，但氢能储运和加注成本仍然偏高，需要通过规模效应降低成本。事实证明，随着技术快速进步及产业发展，近几年氢能相关成本正处于快速下降过程中。
演唱会音乐，一般均拥有一定的人数规模，并在观众面前进行现场音乐表演。演唱会对于音乐爱好者而言，是一个狂欢的活动。在现场，他们的情绪可以得到尽情的释放，如激动、悲愤等。据资料显示，近年来，演唱会音乐已逐渐发展为音乐产业中重要组成部分，且门票销售收入一直呈持续增长的趋势。此外，由演唱会演变的音乐节，成为音乐产业中的一匹黑马脱颖而出。音乐节的出现，对音乐和表演者而言，将重新包装提升其价值，从而获取更多的利润。到目前为止，已举行百余场音乐节，预计未来将会达到更多。
4.5 氢电锂电哪个强？
人类历史上每一次成功的能源变革，都有一个清晰的主线逻辑，就是能量密度出现数量级上的跃升。如煤炭比木柴高160倍，石油比煤炭也要高2倍。而且从人类过去百年的能源进化史看，其本质上就是减碳增氢的调整史，氢含量越高，能量密度越高。目前替代石油车的主流技术路线就是锂电池和燃料电池。燃料电池最大优势就是能量密度高，是锂电池的120倍。但锂电池起步早，商业化程度更高，整车成本也更低，且充电可以利用现有的电网系统，相比燃料电池整个加氢和供氢的配套网络都要从头建设，成本也要更低。因此这两者的竞争核心就是能量密度与成本的竞争。成本下降是个工程问题，可以通过商业化来解决，而能量密度面对的却是基础科学领域的瓶颈，基本上是无解。因此未来从碳能源转向氢能源是大势所趋，再考虑到安全环保方面的优势，采用氢能源的燃料电池无疑更能代表历史发展的方向，最有望成为下一代的基础能源。
4.6 氢能时机成熟了么？
以化石燃料为能源的世界是不可持续的，化石燃料时代向绿色能源时代的转变是必然的。我国虽已具备一定氢能工业基础及资源和市场优势，但也存在产业基础薄弱、制储氢技术不完善、电堆及基础设施成本偏高等问题，所以时至今日并没有氢能大规模取代传统能源的场景出现。业内部分专家认为即使研制出具有价格和性能竞争力的氢燃料电池车，还将需要25年左右的时间才能使其占新车和轻型卡车销售的份额达到35%。所以目前氢能及燃料电池产业还处于概念培育和市场导入期，距离产业走向成熟期尚有一个漫长的阶段[12]。但应该看到发展氢能经济的趋势是势在必行、不可逆转的，所以日美欧都非常积极地制定了2025年、2030年关键节点的燃料电池推广计划，把氢能作为能源结构变革的重要方向。因此，从战略的角度长远考虑，氢能要早介入早开发，才能在氢能腾飞的时候占据先发位置，拥有自己的一席之地。但也不能因此而盲目投入，要实事求是因地制宜。根据目前全球及国内的发展趋势，氢能商业化的拐点也许不像想象的那么遥远。
5 总结与展望
化学元素周期表中的第一元素氢是“宇宙元素”，在宇宙衍化、能量转换和生命源起等方面起着至关重要的作用。氢能因其具有能量密度大、高效清洁及便于规模化存储等特点，是解决能源危机的“终极能源”，是发展低碳新能源、推动世界能源革命的战略选择。世界主要发达国家和地区如美国、欧盟、日本和韩国等都在氢能研究和应用方面进行了大规模投入，并制定了各自的氢能和燃料电池发展战略路线图。从国家层面来看，日本是氢能源发展最为积极的推动者；从氢能实现的技术手段来看，氢燃料电池是完成氢—能转换的最优解决方案；从市场实践层面来看，交通领域是全球氢能技术应用的“领头羊”；而从全生命周期看，用可再生能源电解水制氢才能带来显著的环境和碳减排的效益。
矿物加工领域细磨以前主要利用球磨机来完成，随着细嵌布共生矿物的逐渐开采和选别，传统球磨机很难达到节能高效细磨和再磨的目的［1］。在此背景下，立磨机（即立式螺旋搅拌磨机）逐渐被研制和开发，其最初用于非金属矿物的粉磨，后逐渐引入到有色矿物的细磨中，并取得了较为广泛的应用。
氢作为目前公认最为理想的能量载体和清洁能源提供者，是化石燃料时代向绿色能源时代转变的重要媒介。以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措，发展氢能已取得国际社会共识。尤其在氢能列入政府工作报告后，国内氢能发展呈现群雄逐鹿、风起云涌的局面，珠三角、长三角和京津冀为首主要氢能产业集群渐成格局。虽然在政策引导、关键材料、核心技术、基础设施和商业化推广的成熟模式方面还有大量工作要做，但应该看到发展氢能经济的趋势是势在必行、不可逆转的。中国已具备一定氢能工业基础及资源和市场优势，加快发展氢能产业，对于我国推进能源革命和能源转型具有重大的战略和现实意义。
参考文献
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The cosmic -element drives the development of hydrogen energy economy
WANG Xuejun 1,2,ZHANG Yongming 1,2
(1. State Key Laboratory of Fluorinated Functional Membrane Materials, Zibo 256401, China;2. Shandong Dongyue Polymer Material Co. Ltd., Zibo 256401, China)
Key words : hydrogen energy economy; fuel cell; proton-exchange membrane; hydrogen fuelling station; low-carbon economy
Abstract : Hydrogen is the most abundant, primitive and simplest element in the universe, thus can be called cosmic element. Because of the importance of hydrogen, the hydrogen industry chain is briefly summarized, which indicates that hydrogen plays an important role in the global energy structure reform. Emphasis is laid on the relevant situation of hydrogen energy economy, including the latest progress of hydrogen fuel cell vehicles, infrastructure such as hydrogen stations, hydrogen power generation and hydrogen community construction at home and abroad. The existing problems, bottlenecks and countermeasures in the development hydrogen energy are discussed in detail, and the development prospects of hydrogen energy are forecasted.
*[作者简介] 王学军(1975—)，男，博士，研究员，含氟功能膜材料国家重点实验室副主任，全国分离膜标准化技术委员会委员，主持完成“863”计划、国家“科技支撑计划”等多项国家级课题，现从事离子膜工程应用与标准化研究。
[收稿日期] 2019-08-07
[基金项目] 国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项(2018YFB0106503-04、2016YFB0101311)；国家“重点基础材料技术提升与产业化”专项(2016YFB0302003)。
[ 编者注 ] 本文作者张永明为《氯碱工业》第七届编委会委员。
[中图分类号] TQ028.2；TQ114.2
[文献标志码] B
[文章编号] 1008-133X(2019)10-0009-08
[编辑：蔡春艳]
标签：氢能经济论文; 燃料电池论文; 质子交换膜论文; 加氢站论文; 低碳经济论文; 含氟功能膜材料国家重点实验室论文; 山东东岳高分子材料有限公司论文;