能开火箭、开汽车，还能炼钢、治病，2024“走进新质生产力”系列科普活动走进清华长三院，探秘“氢”世

电影《流浪地球》的片头，幼年的刘启询问即将奔赴领航员空间站的爸爸刘培强：“爸爸，氢是什么”，得到的回答是“氢是爸爸开大火箭的燃料”。

氢（H），在元素周期表中位于第一位，是宇宙中最常见的物质。氢通常的单质形态是氢气，一种无色无味、极易燃烧的气体。

作为最轻的气体，连地球引力也无法完全抓住氢气，这使得它在空气里的含量几乎为零。但氢气燃烧热值高，而且燃烧释放能量后生成水，是一种非常清洁无污染的能源。每千克氢气燃烧放出的热量为143兆焦，是石油热值的3倍多。所以，液氢被用作运载火箭的燃料。

《流浪地球》的背景设定在2075年，电影里那时氢能已经被广泛应用于交通、工业、化工以及建筑等诸多领域。

而事实上，按照国际氢能委员会预计，到2050年氢能源就将有望贡献全球整体能源需求的18%，创造出年均2.5万亿美元总产值。根据中国氢能联盟预计，到2050年氢能源有望贡献全国终端能源需求的10%，创造超过10万亿元的总产值。

4月24日下午，浙江省科协2024“走进新质生产力”系列科普活动就带着嘉兴市文贤学校的孩子们，走进了浙江清华长三角研究院智慧能源研究中心。作为专注氢能源产业共性技术与关键材料研发、以开展应用性科技研究为目的的创新型科研机构，长三院智慧能源研究中心可以让孩子们直观地感受到氢能的澎湃魅力。

“灰氢”“蓝氢”“绿氢”都是什么？

活动一开始，长三院智慧能源研究中心的主任助理、博士后汪宗御就给孩子们科普了关于“氢”的小知识。尽管大气中的氢气含量极少，但氢在自然界中分布很广，它是构成物质世界的基础之一。其中，我们熟悉的水便是氢的“仓库”，而在泥土里也约有1.5%的氢。汪宗御还告诉孩子们，氢能是一种二次能源，它需要通过一定的方法利用其他能源制取，而不像煤、石油、天然气可以直接开采。

而根据制取过程的碳排放强度，氢气可被分为“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”。我国是世界第一产氢大国，氢气产能约3300万吨。

汪宗御向大家解释道，灰氢是指通过化石燃料转化产生的氢气，在生产过程中会有大量二氧化碳排放；蓝氢是在灰氢的基础上，应用碳捕集和封存技术，实现低碳制氢；而绿氢是通过太阳能、风力等可再生能源发电进行电解水制氢，在制氢过程中没有碳排放，被视为实现碳中和的最佳方式。

目前，我国氢气制取以煤制氢方式为主，占比约80%。未来，随着可再生能源发电成本持续降低，绿氢占比将逐年上升，预计2050年将达到70%。

在讲到氢能的应用方面，汪宗御告诉大家，目前我国氢能应用占比最大的领域是工业领域。氢能除了具有能源燃料属性外，还是重要的工业原料。氢气可代替焦炭和天然气作为还原剂，可以消除炼铁和炼钢过程中的绝大部分碳排放。

在电力领域，因为可再生能源具有不稳定性，而通过电—氢—电的转化方式，氢能可以成为一种新型的储能形式。在用电低谷期，利用富余的可再生能源电力电解水制取氢气，并以高压气态、低温液态、有机液态或固态材料等形式储存下来；在用电高峰期，再将储存的氢气通过燃料电池或氢气透平装置进行发电，并入公共电网。氢储能的存储规模更大，可达百万千瓦级，存储时间更长，可根据太阳能、风能、水资源等产出差异实现季节性存储。

“同学们还知道哪些氢能的应用吗？”孩子们纷纷积极作答，“我看到有公交车写的是氢能源巴士”，“没错，我们现在已经有氢燃料大巴在投入使用了。”

在互动环节，孩子们也表达了自己对氢能的好奇，“既然宇宙中的氢气那么多，是不是可以把它们运输到地球上供我们使用呢？”“你的想法很好”，汪宗御说，“但是要实现这个想法难度很大，目前我们的科技还无法实现，也许未来你们可以成为这方面研究的科学家，找到更好的解决方案。”

感受氢能体验之旅

听完关于氢能的科普，孩子们走进了德燃（浙江）动力科技有限公司的车间展厅，德燃动力市场技术总监夏全刚博士给孩子们讲解了氢燃料电池动力系统，“燃料电池是一种能量转化装置，按照电化学原理，把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，实际上这是一个氧化还原反应。”夏全刚指着展示的装置向孩子们介绍，“燃料电池主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。就好比我们身体中心脏将血液输送到全身，燃料电池也是给动力系统输送能量的‘心脏’，让车辆持续行驶、工作。”

夏全刚告诉大家，截至2022年底，我国新能源汽车保有量近1500万辆，其中纯电动汽车1200万辆，占新能源汽车总量近80%。随着发展，锂电池技术的瓶颈逐渐显现，而燃料电池汽车将成为未来的突破口和发展趋势。国际氢能委员会预测：2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，燃料电池汽车将占据全球车辆的 20%-25%。

听完讲解，孩子们还开启了他们的氢能应用体验之旅，坐上了氢能源大巴。大巴缓缓地在园区行驶，车辆行驶平稳无震动，与普通汽车相比，它更加环保、安静和高效。“平时坐普通的车偶尔会有汽油味，但是坐这个氢能车一点气味都没有”，一个孩子兴奋地说。

【科普小课堂】

氢能：应用多面手

氢能是公认的清洁能源，逐渐被广泛应用于生产生活的各个领域之中，带来诸多助益。

·工业

氢是生产合成氨和甲醇等化工品的原料。合成氨含一个氮原子、三个氢原子，是化肥工业（氮肥）和有机化工的主要原料。

·交通

交通方面，氢能源的有效利用既可以减少碳排放，又可以降低对化石能源的依赖。其中氢能源汽车发展前景广阔，氢燃料电池为核心部件。

·储能

可以同时提高可再生能源的消纳以及实现对电网的调峰调频、平滑电网的输出。

·航天

氢原子量最小、导热性最好、含量最丰富、燃烧热值高、燃烧性能好、能量转化效率高。液氢是火箭的主要燃料之一。

·医学

因为氢具有抗氧化、抗炎症和抗细胞凋亡的作用，氢气对人体呼吸系统、消化系统、心脑血管、皮肤、慢性病，甚至癌症等200余种疾病（模型）都有显著的治疗和修复作用。

·农学

氢能源具有调节植物的生长发育、增强植物对逆境的抵抗能力、延长果蔬货架期和花卉的保鲜期的作用。像氢水稻、氢火龙果、氢草莓、氢中草药、氢保鲜等多种氢农业实验，成果颇丰。

【“走进新质生产力”系列科普活动】

随着科技日新月异的发展，新质生产力正以前所未有的速度重塑我们的世界。浙江省科学技术协会积极响应时代呼唤，倾力打造“走进新质生产力”系列科普活动，旨在深耕青少年科普教育，依托浙江省独特的“315”科技创新体系与前瞻性的“9+6”未来产业布局，引领公众步入科技前沿，感知科技魅力，提升全民科学素质，共绘创新发展蓝图。

2024浙江省科学技术协会“走进新质生产力”系列科普活动，以丰富多元的场景式、体验式、沉浸式科普形式，搭建起公众与前沿科技之间的桥梁，旨在激发科学兴趣、培养创新精神，为浙江省乃至全国的科技创新氛围营造、科技人才储备和高新技术产业发展奠定坚实的公众基础和社会共识。

首期活动带领公众走进杭州国际石墨烯博览馆，揭开“新材料之王”的神秘面纱。随后，一系列精彩纷呈的科普之旅将陆续展开，深入探访清华长三院、湘湖实验室等科研重地，共同探索合成生物、基因编辑、脑科学与人工智能、氢能储能、空天信息、地空一体、元宇宙、深地深海等八大未来产业的创新脉络。