氢能为什么低碳？与常见能源如何换算？

氢能为什么低碳？与常见能源如何换算？

随着全球对清洁能源需求的日益增长，氢能凭借其高效、清洁的特点，成为实现碳中和目标的关键能源之一。本文将为您详细解析氢能为何被称为清洁低碳能源，以及它与其他常见能源的具体换算关系。

氢能为何被称为清洁低碳能源

在氢的应用中，氢气与氧气反应只会产生能量和水。因此，无论在燃料电池电化学反应还是作为工业原料使用时，氢气都不会像化石能源那样产生污染物和二氧化碳，从而实现真正的零碳排放。如果使用风能或光伏发电等可再生能源进行水电解制氢，则可以实现全生命周期的零碳排放。

人类使用的终端能源主要包括石油、煤炭、天然气、电能、热能、氢能及合成气、甲醇等。其中，石油、煤炭、天然气以及合成气和甲醇的使用都会产生大量碳排放，而热能的应用范围相对有限。因此，氢能是除电能外唯一一种可广泛应用的零碳终端能源，也是唯一可广泛应用的零碳实体能源。氢能的应用场景非常广泛，将成为未来能源系统中不可或缺的一部分，并在实现碳中和目标中发挥关键作用。

氢与其他常见能源的换算

氢气的高热值为142 MJ/kg，低热值为120 MJ/kg。从燃烧放热的角度来看，按高热值计算，1公斤氢气相当于2.95公斤（4.06升）汽油、3.08公斤（3.65升）柴油、2.58公斤[3.57立方米（标准状态）]天然气或39.4千瓦时电量。由于在燃烧或用于燃料电池发电时冷凝热通常无法利用，中国一般按低热值计算。按低热值计算，1公斤氢气相当于2.7公斤（3.7升）汽油、2.8公斤（3.38升）柴油、2.4公斤[3.35立方米（标准状态）]天然气或33.3千瓦时电量。

当将氢能用于燃料电池时，燃料电池的效率远高于燃气轮机。因此，在将氢气与汽油、柴油等进行换算时，需要考虑燃料电池的高效率。燃料电池系统的效率（按低热值计算）通常在40%到60%之间，明显高于汽油或柴油发动机。以典型效率值为例，燃料电池系统的效率为50%，汽油机为28%，柴油机为38%，而锂电池系统的效率则为90%。因此，当1公斤氢气用于燃料电池车辆时，相当于约6.9升汽油、4.5升柴油或18.6千瓦时电量的锂电池能量。

（图：氢气用于燃料电池车与不同能源折算值）