氢气燃烧现淡蓝：能源转型的希望与挑战

氢气燃烧现淡蓝：能源转型的希望与挑战

氢气在氧气中燃烧时，产生的火焰颜色是淡蓝色。这种颜色的产生，是因为氢气与氧气反应时释放的能量激发了周围的气体分子，使其发出特定波长的光，形成了淡蓝色的火焰。那么，为什么氢气燃烧的火焰是淡蓝色的呢？让我们一起来揭秘这个有趣的科学现象。

氢气在氧气中燃烧，实际上是一个化学反应过程。这个反应可以用下面的化学方程式来表示：

2H₂ + O₂ → 2H₂O

这个方程式告诉我们，两个氢分子（H₂）与一个氧分子（O₂）在点燃的条件下，会生成两个水分子（H₂O）。这个反应是一个放热反应，会释放出大量的能量，其中一部分能量以光的形式释放出来，形成了我们看到的火焰。

火焰的颜色与燃烧过程中释放的能量有关。当氢气和氧气反应时，释放的能量会激发周围的气体分子，使其处于高能态。当这些分子从高能态回到低能态时，会释放出特定波长的光。氢气燃烧时，主要释放的是波长较短的光，对应的是蓝色光谱区域，因此火焰呈现出淡蓝色。

这种颜色的产生，与氢气分子的电子跃迁有关。在高温下，氢气分子的电子会被激发到更高的能级。当这些电子重新回到较低能级时，会释放出能量，形成光谱。氢气的光谱主要集中在紫外和可见光的蓝光区域，因此我们看到的火焰是淡蓝色的。

虽然氢气是一种清洁的能源，但它的燃烧和使用也需要特别小心。氢气具有高燃烧性和易爆炸的特性，因此在使用时需谨慎小心。首先，应确保储存和运输氢气的设备完好无损，避免漏气或火灾事故的发生。其次，操作人员在接触氢气时应穿戴防护装备，避免氢气直接接触皮肤、眼睛等部位。在氢气使用过程中，要避免氢气与明火、静电等易引起火灾爆炸的因素接触，保持周围环境通风良好也是十分重要的。

对于家庭用户而言，使用氢气要特别小心。要遵循使用说明书，确保正确操作，不可私自拆卸或改装氢气设备，以防发生事故。在故障排查时，应立即停止使用，联系专业人员进行检修，切莫擅自处理。对于氢气储存，要放置在通风干燥处，远离易燃易爆物品，避免高温、阳光直射等情况。

氢能源被视作能源转型的下一个前沿。国际货币基金组织认为，如果1990年代是风能的十年，2000年代是太阳能的十年，2010年代是电池的十年，那么在2020年代我们将迎来能源转型的下一个前沿：氢能。氢看起来真是太完美了：电解水就可以制备，几乎取之不尽；与氧反应就能产生电能，只生成水，没有任何碳排放。氢能获得的赞誉之词几乎是顶级的：终极能源、终极方案、零碳能源、未来燃料……

但是，氢能还有另一面，让人想说爱它不容易。《经济学人》杂志在一篇文章中问道：“氢：救星还是幻想？”上海氢器时代科技有限公司总工程师吴亮说：“氢能在大规模应用到来前，还要解决许多问题。”

最直观的是贵，同样发一度电，用氢能要比用化石能源的价格高两三倍。其次，技术还不完全成熟，在氢气制备、存储、运输、使用等各个环节，几乎都有需要突破的技术难点。比如，至今还没有找到一种既安全又经济的方法运输这种易爆炸、低密度的气体。既贵又不成熟，就带来另一个难题，谁去用、用在哪？

氢能就像一匹千里良驹，驯服它是个难题。在上海，有一大群这样的人，他们和全球同行一起，艰难地探索着这种未来的、终极的能源。

在毗邻江苏太仓的上海电气氢能实验室里，一位科研人员在保险箱上摁了一长串密码，打开保险箱，从里边捧出一块形似小饭碗的黄色金属。这块金属正是黄金，业内称为金靶。小小保险柜里，除了金靶，还存放着铂、铱等其他贵金属靶材。可以说这里是整个实验室最贵重的地方。

这个藏着各种贵金属的保险柜其实也藏着氢能行业最大的困境：成本。上海市节能减排中心副总经理齐康认为，氢能的中长期确定性是无疑的，但当前来看，还有几个核心瓶颈，第一个瓶颈就是价格高。

在当前的技术路径下，不管是PEM（质子交换膜）电解水制氢，还是氢燃料电池，都需要用到贵金属材料，其中金、铂每克数百元，铱每克高达千元。燃料电池价格高，使用燃料电池的氢能汽车价格相应也高，比如丰田推出的氢能源汽车Mirai，国内售价高达74.8万元起。

上海电气在氢能技术攻关方面的一大任务是降载（即减少贵金属使用量），从而降低氢能装备成本。上海电气的氢能团队从多条路径尝试降载，包括把含有贵金属的浆料更均匀地喷涂在交换膜表面。目前，这个团队已经把燃料电池中的贵金属载量在市场水平基础上降低了约30%。

业界感慨氢能的账算不过来，除了装备价格高以外，还有一个重要因素：制氢成本高。氢气按环境友好程度分为灰氢、蓝氢、绿氢。其中，绿氢由可再生资源电解水制成，全过程无含碳化合物排出，符合绿色理念，是未来能源的发展方向。但现实问题是，如果单从价格看，绿氢显著高于灰氢、蓝氢，缺乏经济性。

绿氢成本中70%是电费。要降低绿氢价格，节电是关键。“生产1标准立方氢气，国内正常水平耗4.5度电。每降低0.1度都不容易。我们新推出的制氢设备一次性把电耗水平拉到了4.0度以下，降低了0.5度。这在行业内引起了比较大的反响。”吴亮说。

在加盟氢器时代前，吴亮曾在英国学习、工作了十多年，也曾在大学里研发电解水技术。回到国内，最大的感触就是节奏太快了，他说：“国内氢能产业瞬间进入了红海，各路厂商直接进入拼刺刀阶段。”这两年，几乎每天都有关于氢能的新消息传出。

吴亮说：“在国内一年相当于干了国外五年的活儿。”他预计，以这样的速度迭代下去，几年后，氢能的价格瓶颈就可能突破。

应用场景在哪里？在账面能打平之前怎么办？产业链里几千家企业要活下去。很多专家指出，相比光伏、风电、锂电等其他新能源技术，氢能还没有找到“杀手级应用”。

那就去创造应用需求！嘉定氢能港总经理邱鹏就是这样一位创造需求的人。在这个产业园里，聚集了七八十家氢能企业。用邱鹏的话说，他就像一个足球教练，把这些链上企业组合起来，拉个队，到全国各地去找氢能项目落地场景“打比赛”。没有现成场景的，就创造新场景。

这几年，全世界都看好氢能，我国也出台了《氢能产业发展中长期规划（2021—2035）》，全国28个省区市制定了地方规划。在嘉定安亭镇，氢能港的展厅就是一个缩影。“我这里成了一个打卡点，全国各地、各委办局来看展览的人多得接待不过来，有时候一天要安排好几场。”邱鹏说。

但另一方面，放眼全国，商业化运行的氢能项目寥寥无几，各地新建的几乎都是示范项目。氢能的商业路径怎么走，谁也没有成熟经验。所以，热闹归热闹，真干却是另外一回事。做了那么多接待、讲解之后，邱鹏给来访者总结出三个“动”：“看着感动，听着激动，回去一动不动。”

也难怪很多听众“回去一动不动”。理论上，氢气前景广阔：作为燃料用于氢能汽车，作为原料用于化工，作为储能用于固定式发电……国际能源署预测，2025年氢能在全球能源总需求中的占比将达13%。可当下呢？只占0.1%——意味着氢能几乎可以忽略。

回望能源利用史，很多人难免为之彷徨。人类从前也探索过氢能利用，而且不止一次。通用汽车公司在20世纪60年代制造了第一辆氢动力汽车。再往前十年，在冷战初期，美国空军为开发氢燃料飞机，秘密建造了世界上最大的液化氢工厂。每一次，氢气都遭遇了成本和技术问题，导致这种气体难以作为一种燃料得到商业化。

但如今氢能产业界几乎有个共识：这次真的会不同。邱鹏也是其中的一员。他认为，在氢能大规模商用之前，有必要让人们直观地看到产业链条怎么转起来，从而打消他们的顾虑。

邱鹏计划今年在嘉定氢能港建设一个试点项目，从屋顶光伏开始，通过制氢、储氢、发电，最后为园区供电，形成一个闭环。他说：“别看麻雀虽小，但我们会把最先进的技术耦合在一起，构建一个能跑得通的系统。”

“等全链条跑通以后，大量玩家就会进入。未来就可能成为规模化的产业。”齐康说。

氢气燃烧的淡蓝色火焰，不仅是一个美丽的科学现象，更预示着清洁能源的未来。虽然目前氢能源还面临一些挑战，但随着技术的进步和成本的降低，我们有理由相信，氢能源将成为推动全球能源转型的重要力量。让我们一起期待这一天的到来！