师：氢能作为一种新能源，在社会各个领域有着广泛应用。比如2017年10月，我国氢燃料混合动力有轨电车在世界上首次成功使用；航天飞机部分采用氢氧燃料发动机；宝马汽车研制出氢能源12缸发动机。毛宗强教授在《氢能——21世纪的绿色能源》中提到，氢能是一种永恒的能源，其燃烧后只生成水，无污染，非常符合节能、低碳、环保的要求。

　　那为什么氢能源没有广泛大面积推广使用呢？这是因为氢能存在很多有待解决的问题。而且，氢能有个强劲竞争对手——电能。接下来，我们研究一下氢能和电能的相互关系。

　　我们知道，二次能源由一次能源转化而来，二次能源之间也能相互转化，最终供能源用户使用。二次能源分为过程性能源和含能体能源。像电能就是过程性能源，汽油、柴油、氢气等属于含能体能源，它们各有优缺点。

　　过程性能源如电能，最大优点是洁净、方便，但难以储存。比如在电网中，电能现用现发电，很难储存，远程输送损耗较大，所以常需高压或超高压。而含能体能源，像汽油和柴油，缺点是燃烧产生大量污染，不符合低碳要求。不过，与电能相比，它们的优点是可储存，远程输送损耗小，所以汽车、轮船、飞机常用汽油和柴油。

　　氢气也是含能体能源。随着常规能源危机出现，在开发新一次能源时，氢能将成为各种能量形式转化的优良载体。氢能优点众多，氢的燃烧热值高于所有化石燃料和生物质燃料，从教科书第14页几种燃料的热值对比，可发现氢气热值远高于煤炭、石油、天然气。并且氢气燃烧充分，燃烧稳定性好，燃烧产物是水，能实现零排放，无污染，原料丰富，制取氢气的原料是水，资源无穷无尽，不存在枯竭问题。

　　氢能利用途径较多，可燃烧放热或电化学发电，不会浪费。氢的储运方式多样，能以气体、液体、固体或化合物形式储运。氢气具有可储存性，这与电热等过程性能源不同。通过电网输送的电力因电网不能蓄电，必须及时用掉，而氢可保存在管道内。氢的输运有气态、液态和氢化物形式，无论哪种状态，都能像其他燃料一样用管道和车辆运输。研究表明，用管道输氢成本比先将氢转化成电能再输送电要低。

　　不过，氢能发展存在困境与挑战。首先是制取方面，我们可用常规能源制氢，如电解水制氢、热化学制氢，从含氢化石燃料中制氢等。但上述反应均为吸热反应，所需热量需从外部热源获取，比如煤或天然气燃烧。自从天然气大规模开采后，如今96%的氢制取以天然气为原料。天然气和煤都是宝贵的燃料和化工原料，用它们制氢，显然无法摆脱对常规能源的依赖。

　　其次，我们还能利用太阳能制氢。随着能源发展，以水为原料，利用核能和太阳能大规模制氢，成为世界各国共同目标。其中，太阳能制氢最具吸引力和现实意义。

　　第二个困境是储存和运输。氢在一定条件下以气态存在，给储运带来很大困难。目前氢的存储主要有三种方式：

　　第一，高压气态存储。气态氢可存储在地下库或装入钢瓶。为减小存储体积，需先压缩氢气，这要消耗较多压缩功。一般充气压力为二十兆帕的高压钢瓶储氢重量占比仅1.6%，供太空用的钛瓶储氢重量占比也仅5%，成本较高，有待突破。美国一公司开发的第四类车用压力储氢装置已实现一定突破。