提起元素周期表上的第一个元素——氢，你会想到什么？是公园里买的氢气球，还是课堂上的电解水实验？或是电影《流浪地球》中，幼年的刘启询问即将奔赴领航员空间站的刘培强：“爸爸，氢是什么？”
当下，氢的热度不断攀升。作为宇宙中分布最广泛的物质，氢被视为重要的能源载体，获得极高的赞誉：终极能源、终极方案、零碳能源、未来燃料……
今年国务院政府工作报告提出，“加快前沿新兴氢能、新材料、创新药等产业发展”，这是氢能首次作为前沿新兴产业被着重提及。
在山东港口青岛港，全球首创氢动力自动化轨道吊正在作业
“氢”风劲吹，在这条万亿新赛道上，各地争相布局，你追我赶，氢能产业渐成气候。2020年，青岛发布了山东首个市级层面的氢能产业发展规划，氢能产业发展脚步加快，“东方氢岛”建设提速——
近日，全国首个全场景氢能港口建设在山东港口启动，山东港口青岛港正聚力技术攻关，拓展港口氢能全场景应用，培育绿色生产力，加快建设“中国氢港”；今年以来，山东首个新能源制氢项目——胶州市李哥庄镇120兆瓦渔光互补项目开建；青岛首座有资质向社会车辆提供服务的加氢站建成中期交工……
作为当下新能源赛道最热门的“代言人”，氢能魅力何在？城市“氢”功又该如何练就？
一
小小的“氢”，有着大大的“能量”，可谓“轻”也“不轻”。
轻——
作为能源，氢的优势十分突出。氢是世界上最“轻”的元素，甚至连地球引力也无法完全“抓住”它。氢元素分布广泛，约占宇宙物质总量的81.75%，在地球水体中储量丰富。在能量转换上，氢有很高的燃烧热值和能量密度，是汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。
数百年来，人类从未停止对低能耗、低成本氢能制取技术的探索。因为地球上的氢元素只占地球总质量的0.76%，其中氢单质，也就是氢分子的赋存更是极其稀少，人类无法像勘探开采石油和煤炭那样轻易找到“氢矿”，只能通过科技手段来制取氢气。20世纪后，氢燃料动力火箭把人类带入太空，氢燃料电池技术的出现让“氢—电”直接转换成为可能。
今年4月，我国首列氢能源市域列车在位于长春的中车长客试验线进行运行试验 图源：新华社
不轻——
氢能被誉为“21世纪终极能源”。与传统能源相比，它依靠电解水就可以制备，几乎取之不尽；与氧反应就能释放出化学能，燃烧的产物是水，是最干净的能源。在“双碳”大背景下，氢是最佳的碳中和能源载体，战略地位凸显，被寄予厚望。
一方面，风能、光能有间歇性、波动性，很多时候不可控，而氢能是光电、风电的稳定器；另一方面，氢是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。
氢的重量级还体现在巨大的经济价值上，根据中国氢能联盟预计，到2030年，我国氢气需求量将达到3500万吨，到2050年，氢能在中国终端能源体系中的占比将至少达到10%，产业链年产值约12万亿元，成为引领经济发展的新增长极。
二
氢能应用场景正越来越频繁地发生在我们的日常生活中——
送外卖的无人机，有可能用的就是氢燃料电池；加氢3分钟，氢能汽车就可续航600公里；2022年，北京冬奥会开幕式上，“微火”形态的火炬成为经典，“幕后推手”正是氢燃料……
当前，全球范围正兴起氢能发展热潮。我国是世界上最大的制氢国，年制氢量约3300万吨。作为未来国家能源体系的重要组成部分、战略性新兴产业和未来产业重点发展方向，在加快培育形成新质生产力的当下，新型氢能产业被寄予厚望。
北京冬奥会首次使用氢气点燃主火炬
“氢”风率先在交通领域刮起，正吹向各处。
在交通领域的应用，是氢能产业发展初期商业化及降本的重要突破口。氢能可以应用于公路交通、铁路交通、航空、航海等多种场景，是未来交通运输行业实现低碳转型的有效途径。
以港口为例，目前，山东港口青岛港的氢能港口建设已取得阶段性成果——建成全国首座港口加氢站，累计加氢量超80吨，减少碳排放超1000吨，构建了“低成本、高效率、高可靠”的港口氢能供给体系；在全国率先实现港口氢能车辆规模化示范运营，推广应用各类港口专用氢能车辆50辆，累计运营里程80万公里，换算替代传统燃油26万升；在全球首创氢电耦合直流微网轨道吊，引领港口大型机械设备进入全新氢能时代……
根据发展规划，未来青岛港将加快推动氢能全链条多场景应用落地，构建港口氢气供应体系、高效加氢体系、用氢安全管控体系“三大体系”，打造港口氢能全产业链一体化应用示范、多场景应用示范、多元化应用示范“三个示范”，建设氢能产学研创新发展平台、氢能贸易枢纽平台、氢能港口公共服务平台“三大平台”。
在山东港口青岛港，港口专用氢能集装箱卡车正在码头上作业
氢能也被视为交通领域“最时髦的驱动力”，其重要“切入点”就是氢燃料电池汽车。在国家氢燃料电池汽车示范城市群建设和技术攻关的驱动之下，我国氢燃料电池核心零部件技术基本实现了国产自主化，氢燃料电池汽车应用已从前期从公交切入，发展到如今重卡等不同运营场景多点开花。
适应这样的大趋势，青岛已形成覆盖氢气制储运加、关键材料部件、燃料电池系统、燃料电池整车等主要环节在内的较为完善的氢能及燃料电池汽车产业链。
事实上，氢能产业链条很长，应用场景极为丰富，横跨工业、交通、电力、建筑等诸多领域。氢能的示范从交通领域开始，最终将辐射带动众多的产业。
2024中国国际氢能及燃料电池产业展览会，汇聚了200余家全球氢能及燃料电池产业领军企业参展 图源：新华社
城市正“氢”装上阵，加快练就“氢”功。
据不完全统计，截至目前，全国有30个省份、150多个城市在其“十四五”规划中提及氢能发展，有50多个城市出台了地方氢能产业发展专项规划。今年以来，不少城市不断发布氢能产业的创新性政策。
不可回避的是，我国的氢能发展面临“产销分离”的局面。而青岛恰好位于制氢、用氢的“重合”点上，在上游氢气生产、中游储存运输以及下游各类终端的应用场景中都有布局。
制造业立市的青岛，工业门类齐全、结构完备，具备发展氢能产业的良好条件，工业副产氢规模很大，抢占氢能产业风口，具有先天优势。从应用场景看，青岛同时具备汽车、轨道交通、发电供热、港口码头等氢能应用示范全场景。
随着氢能产业链的日趋完善，青岛已初步建立起从制氢、储氢到氢能发电、氢能整车制造的完整产业链，“东方氢岛”初见雏形。
三
《经济学人》杂志曾在一篇文章中问道：“氢：救星还是幻想？”这样的发问不无道理。理论上，氢能产业前景广阔，然而，人类开发利用氢能的道路并非一帆风顺，要想驯服这匹“脾气倔强”的“千里马”，还有很多功夫要下。
青岛炼化打造的海河路加氢站
首先是“制”。“终极能源”久久未能进入寻常百姓家，第一道门槛就卡在制氢上。根据制取过程的碳排放强度，氢被分为“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”。虽说工业副产氢是比较理想的氢气来源，但不产生温室气体的“绿氢”，才是未来的发展方向。从能源转化效率和成本上来看，绿氢环保，却综合成本高，这是急需攻克的难题。
对青岛而言，丽东化工、青岛炼化、海湾化学和金能化学等工业副产氢产能可达10.9万吨/年，能够满足2.6万吨/年的用氢需求。而从长远看，则必须加速向“绿氢”转变，积极引入光伏、风电制取等“零碳”氢源。
比如，落地胶州市李哥庄镇的120兆瓦渔光互补项目，通过利用一处1800亩的坑塘水面，水下进行渔业养殖，在水面上建设光伏电站，同时配建20MW制氢设备，从而实现“绿电制绿氢”。
又如，青岛炼化提出建设山东省最大绿氢基地的目标。企业通过在发展预留地上布置光伏，在厂区内实施绿电制氢，生产绿电和绿氢，预计每年可向青岛市供应2400吨绿氢资源。
在青岛，氢能源公交车正在加氢
其次是“储”“运”。储存和运输，始终是能源利用的技术难题。氢气密度小、易燃烧，储运成本高——据测算，仅储运环节就占到了制氢总成本的30%至40%。可以说，氢能规模化发展的关键在于氢气的生产和储运成本。
储运方面，压缩机作为加氢站最为核心的设备，对安全性和可靠性要求极高。在青岛，康普锐斯推出国内首台加氢母站用大排量液驱式压缩机，填补了我国行业空白，有效解决了国内加氢站用压缩机运行过程中普遍存在的故障率高、能耗高等问题。
去年9月出台的《青岛市加氢站布局专项规划（2021-2035年）》提出，对外联系上，加速融入省域“两横两纵”干网框架，打通济南—青岛横向走廊的“最后一公里”，同步构建以青岛为中心的“一轴三线”胶东加氢圈；在市域内，组建“一环两翼三港四轴”的加氢体系，即以胶州湾为中环，以西海岸和东岸为两翼，以前湾港、董家口港和胶东空港为核心节点，沿国、省道（S219、G204、G228、滨海大道）建立四条轴线向市域延伸，形成触及全域的加氢脉络。
青岛市加氢站市域空间结构示意图
最后是“用”。用氢，是氢能真正落地的最后一步。《青岛市氢能产业发展规划（2020－2030）》提出，在新增和替换的城市公交、市政环卫车辆中积极推广氢燃料电池汽车；在港口应用方面，试点燃料电池港口机械和港口集卡；在能源供应困难的海岛，探索“光伏/风电制氢+燃料电池”的供电供能方式；在电力系统中，探索将新能源电力转化成氢气储存，高峰时段利用氢燃料电池发电。
青岛的目标是把氢能发展成为重要的能源品类之一，在交通、物流、发电、供热等领域得到全面的应用，实现“东方氢岛”的总体发展目标。
看见未来，才能走向未来。氢能产业周期已然开启，元素周期表上的第一个元素，潜力无限，还有许多奥秘等待我们去探索、去发现。练好“氢”功，“氢”岛大有可为。（作者 张芝萌）
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责任编辑：张慕鑫
