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目前，全球能源结构主要是煤、石油、天然气等化石燃料，这些都是不可再生且污染环境的能源，研究和开发清洁而又用之不竭的能源是未来发展的首要任务。科学家预测“氢能”将是21世纪理想的绿色能源。
一、氢能的特点
1.储量丰富
地球上的氢主要以化合物形式存在，除空气、化石燃料等矿物质中含有大量的氢外，水是含氢最多的一种化合物。科学家估算，仅在13.7×109 km3的海水中，含氢就高达1.4×1017吨。这些氢燃烧所产生的热量相当于地球上所有矿物燃料的9000倍。即使人们大量使用水中的氢作燃料，也不会影响地球上水和氢的储量，因为氢燃烧是一个还原成水的过程。所以说，氢是一种取之不尽、用之不竭的新能源。
2.燃烧热值高
氢能是利用氢气的燃烧反应放热提供能量的，即
H2(g)+ O2(g)=H2O ΔH=－284 kJ/mol
氢能和常规能源的热值比较表
从表中可以看出,1 g氢气燃烧能放出142 kJ的热量,约是汽油放热量的3倍。
3.清洁无污染
煤、石油等矿物燃料的广泛使用已对全球环境造成严重污染，甚至对人类自身的生存造成了威胁。氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，而且燃烧生成的水还可以继续制氢，反复循环使用。因此，氢能是最理想的绿色能源。
4.用途广泛
氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。因此，可广泛地用作各种发动机、内燃机、锅炉和加热装置的燃料，也可以替代城市煤气用于炊事和取暖等，还可用于发电、气焊和作燃料电池的燃料。
二、氢的制取途径
因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能源，而且目前制氢的效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题。目前氢的产生有以下几种途径：
1.电解水制氢
电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程,因此只要提供一定形式和一定能量,则可使水分解.提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75~85%,其工艺过程简单,无污染,但消耗电量大,因此其应用受到一定的限制。太阳能取之不尽,其中利用光电制氢的方法称为太阳能氢能系统,国外已进行了实验研究。随着太阳电池转换能量效率的提高、成本的降低及使用寿命的延长,其用于制氢的前景不可估量。
2.利用化石燃料制氢
以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气的主要方法。该类方法在我国都具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。如：用水蒸气与炽热的炭反应：C+H2O=CO+H2。该反应为吸热反应,制取1 mol氢气需消耗132 kJ的热量。由于炭资源面临枯竭,而且该反应需消耗很高的能量,因此,它不是理想的方法。
3.热化学循环法制氢
利用硫—碘热循环法制取氢气也是化学家常用的一种方法。其原理如下：
SO2+I2（g)+2H2O(l)=H2SO4+2HI(g)
2HI(g)=H2+I2(g)
2H2SO4=2SO2+O2+2H2O(g)
该循环过程需要在较高温度下才能进行，生成的SO2和I2可以循环使用，其他产物对环境无污染，但由于耗能太大，所以此法也不可大规模应用；若把太阳能用到上述循环中，该工艺将会得到很好的发展。
4.生物质制氢
生物质资源丰富,是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。生物质气化制氢是将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化（或裂解）反应制得含氢燃料。微生物制氢是利用微生物在常温常压下进行酶催反应制得氢气。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的氢气作为发电的能源。
5.化工生产过程副产物的回收
很多化学工业如氯碱工业、酿酒工业、合成氨工业、石油炼制工业等生产过程均有大量副产物氢气生成，如能采取适当的措施进行氢气的分离回收，每年可得到数亿立方米的氢气。这是一项不容忽视的资源，应设法加以回收利用。
6.其他制氢方法
目前,世界各国已进入试验研发阶段的制氢技术还包括：绿藻制氢、氧化亚铜做催化剂从水中制氢、陶瓷跟水反应制氢、光催化剂反应和超声波照射把水完全分解制氢等。
三、氢的贮存和运输
由于氢易气化，易燃烧，易爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为了开发氢能的关键。目前，氢的贮存主要有高压气态贮存、低温液态贮存和金属氢化物贮存三种方法。其中高压气态贮存及低温液态贮存方式存在着不安全、能耗高、储量低、经济性差等重大缺陷；最有前景、安全经济的氢气存贮方式是用金属氢化物贮氢。金属氢化物贮氢密度比液氢要高，氢以原子态贮存于合金中，当它们重新释放出来时，经历扩散、相变、化合等过程，受到热效应与速度的制约，不易爆炸，安全程度高。氢气可以使用管道或采用贮氢材料制作的贮气箱进行输送。
尽管目前氢代替传统化石燃料还有许多困验，氢能的开发与应用研究还处于起步阶段，但随着科学技术的不断进步，环境对绿色能源的要求不断提高，氢能的利用是发展的必然趋势，氢能必将成为21世纪理想的绿色能源。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
一、氢能的特点
1.储量丰富
地球上的氢主要以化合物形式存在，除空气、化石燃料等矿物质中含有大量的氢外，水是含氢最多的一种化合物。科学家估算，仅在13.7×109 km3的海水中，含氢就高达1.4×1017吨。这些氢燃烧所产生的热量相当于地球上所有矿物燃料的9000倍。即使人们大量使用水中的氢作燃料，也不会影响地球上水和氢的储量，因为氢燃烧是一个还原成水的过程。所以说，氢是一种取之不尽、用之不竭的新能源。
2.燃烧热值高
氢能是利用氢气的燃烧反应放热提供能量的，即
H2(g)+ O2(g)=H2O ΔH=－284 kJ/mol
氢能和常规能源的热值比较表
从表中可以看出,1 g氢气燃烧能放出142 kJ的热量,约是汽油放热量的3倍。
3.清洁无污染
煤、石油等矿物燃料的广泛使用已对全球环境造成严重污染，甚至对人类自身的生存造成了威胁。氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，而且燃烧生成的水还可以继续制氢，反复循环使用。因此，氢能是最理想的绿色能源。
4.用途广泛
氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。因此，可广泛地用作各种发动机、内燃机、锅炉和加热装置的燃料，也可以替代城市煤气用于炊事和取暖等，还可用于发电、气焊和作燃料电池的燃料。
二、氢的制取途径
因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能源，而且目前制氢的效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题。目前氢的产生有以下几种途径：
1.电解水制氢
电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程,因此只要提供一定形式和一定能量,则可使水分解.提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75~85%,其工艺过程简单,无污染,但消耗电量大,因此其应用受到一定的限制。太阳能取之不尽,其中利用光电制氢的方法称为太阳能氢能系统,国外已进行了实验研究。随着太阳电池转换能量效率的提高、成本的降低及使用寿命的延长,其用于制氢的前景不可估量。
2.利用化石燃料制氢
以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气的主要方法。该类方法在我国都具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。如：用水蒸气与炽热的炭反应：C+H2O=CO+H2。该反应为吸热反应,制取1 mol氢气需消耗132 kJ的热量。由于炭资源面临枯竭,而且该反应需消耗很高的能量,因此,它不是理想的方法。
3.热化学循环法制氢
利用硫—碘热循环法制取氢气也是化学家常用的一种方法。其原理如下：
SO2+I2（g)+2H2O(l)=H2SO4+2HI(g)
2HI(g)=H2+I2(g)
2H2SO4=2SO2+O2+2H2O(g)
该循环过程需要在较高温度下才能进行，生成的SO2和I2可以循环使用，其他产物对环境无污染，但由于耗能太大，所以此法也不可大规模应用；若把太阳能用到上述循环中，该工艺将会得到很好的发展。
4.生物质制氢
生物质资源丰富,是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。生物质气化制氢是将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化（或裂解）反应制得含氢燃料。微生物制氢是利用微生物在常温常压下进行酶催反应制得氢气。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的氢气作为发电的能源。
5.化工生产过程副产物的回收
很多化学工业如氯碱工业、酿酒工业、合成氨工业、石油炼制工业等生产过程均有大量副产物氢气生成，如能采取适当的措施进行氢气的分离回收，每年可得到数亿立方米的氢气。这是一项不容忽视的资源，应设法加以回收利用。
6.其他制氢方法
目前,世界各国已进入试验研发阶段的制氢技术还包括：绿藻制氢、氧化亚铜做催化剂从水中制氢、陶瓷跟水反应制氢、光催化剂反应和超声波照射把水完全分解制氢等。
三、氢的贮存和运输
由于氢易气化，易燃烧，易爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为了开发氢能的关键。目前，氢的贮存主要有高压气态贮存、低温液态贮存和金属氢化物贮存三种方法。其中高压气态贮存及低温液态贮存方式存在着不安全、能耗高、储量低、经济性差等重大缺陷；最有前景、安全经济的氢气存贮方式是用金属氢化物贮氢。金属氢化物贮氢密度比液氢要高，氢以原子态贮存于合金中，当它们重新释放出来时，经历扩散、相变、化合等过程，受到热效应与速度的制约，不易爆炸，安全程度高。氢气可以使用管道或采用贮氢材料制作的贮气箱进行输送。
尽管目前氢代替传统化石燃料还有许多困验，氢能的开发与应用研究还处于起步阶段，但随着科学技术的不断进步，环境对绿色能源的要求不断提高，氢能的利用是发展的必然趋势，氢能必将成为21世纪理想的绿色能源。
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