1.6 氢的利用方式

氢气是重要的化工原料气体，广泛应用于石油炼化、甲醇、合成氨及煤制油等行业；氢气也常作为保护气用于电子元器件制造行业。本节主要聚焦氢作为能源的利用方式。

1.6.1 氢燃料电池与燃氢交通工具

1.氢燃料电池汽车

燃料电池是能源转换装置（图1-4），氢气与氧气在催化剂作用下发生电化学反应，生成电能和水，环保性能突出。同时，燃料电池系统工作温度温和（80℃左右）、噪声低、动力输出稳定。氢燃料电池车的氢气加注过程快速便捷（图1-5），燃料补充时间与燃油车相当，专用的加氢设备仅需3min即可充满氢原料，相对于纯电动车超长的充电等待时间而言，其优势显而易见。

2.氢内燃机汽车

日本、美国、德国等国家的许多汽车公司为了降低尾气带来的碳排放，开发了氢气内燃机，采用氢气替代汽油作为汽车发动机的燃料，研究证明该技术是可行的，但需要解决廉价氢气的来源问题。氢是一种高效燃料，每千克氢燃烧所产生的能量为33.6kW·h，几乎等于同质量汽油燃烧的2.8倍。氢气燃烧不仅热值高，而且火焰传播速度快，点火能量低（容易点着），所以氢能汽车比汽油汽车总的燃料利用效率高20%。氢内燃机汽车续驶里程与车载储氢系统的储量成正相关性。

氢的燃烧主要生成物是水，只有极少的氮氢化物，没有汽油燃烧时产生的一氧化碳、二氧化硫等污染环境的有害成分，能够避免因汽油，柴油为燃料的车辆，排放大量氮氧化物、四乙基铅［Pb（C ₂ H ₅ ） ₄ ］，而导致的酸雨，酸雾和严重的铅中毒等情况。更重要的是，燃油内燃机排放的废气中还含有3,4-苯并芘等强致癌物质，危害人类健康。

燃氢发动机的实用化相对容易实现（图1-6），传统内燃机结构只需稍加改动就可以使用氢气，而且可以充分利用全球现存的车用发动机生产线和配套设施，因此车用内燃机氢能应用解决方案具有一定经济性。此外，氢内燃机对氢燃料纯度的要求也没有燃料电池那么苛刻，并且在内燃机应用方面，传统的汽车厂商已经拥有了大量的经验。但是，从能效看，燃料电池汽车具有更显著的优势。

1.6.2 家庭用氢

随着燃料电池、掺氢/纯氢利用技术及装备发展日趋成熟，氢气可能作为能源进入到千家万户。例如，日本已经成功推广50多万套家庭用燃料电池热电联供系统，其中部分采用质子交换膜燃料电池技术，利用光伏或者风电制取的氢气作为能源；欧洲正积极推动可再生能源制氢后掺入天然气管道（图1-7），被送往千家万户，然后分别接通厨房灶具、浴室、氢气冰箱、空调机等，实现“氢能进万家”（图1-8）。