氫能是指以氫及其同位素為主導(dǎo)的反應(yīng)中或氫在狀態(tài)變化過(guò)程中所釋放的能量。它可以產(chǎn)生于氫的熱核反應(yīng)，也可來(lái)自氫與氧化劑發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。前者稱為熱核能或聚變能，其能量非常巨大，通常屬核能范疇；后者稱為燃料反應(yīng)的化學(xué)能，就是人們通常所說(shuō)的氫能。氫作為能源，具有許多優(yōu)點(diǎn)：①所有元素中，氫的質(zhì)量最輕，它是除核燃料外發(fā)熱量最大的燃料，它的高位發(fā)熱量為142.35kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍；②氫是自然界中存在最豐富的元素，據(jù)估算它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75％，在地球上，自然氫存在的量極其稀少，但氫元素卻非常豐富，水是最豐富的含氫物質(zhì)，其次是各種化石燃料（天然氣、煤和石油等）及各種生物質(zhì)等；③氫本身無(wú)毒，與其他燃料相比，氫氣和大氣中的氧氣燃燒或反應(yīng)后，只生成水，因而清潔無(wú)污染；④氫的燃燒性能好，點(diǎn)燃快，與空氣混合時(shí)有廣泛的可燃范圍，而且燃點(diǎn)高，燃燒速度快；⑤氫能利用形式多樣，即可通過(guò)燃燒產(chǎn)生熱能，在燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，又可以作為燃料用于燃料電池；⑥氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)形式、金屬氫化物形式和吸附氫等形式存在，因此能適應(yīng)儲(chǔ)運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同需求。氫能和電能一樣，沒(méi)有直接的資源蘊(yùn)藏，都需要從別的一次能源轉(zhuǎn)化得到，所以，氫能是一種二次能源。與電和熱等載能體相比，氫最大的特點(diǎn)是可以大規(guī)模地以化學(xué)能形式儲(chǔ)存。作為一種二次能源，氫能具有的優(yōu)勢(shì)和對(duì)能源可持續(xù)發(fā)展支持的潛力是多方面的。氫能不僅對(duì)未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)的能源系統(tǒng)（聚變核能和可再生能源為主）具有巨大意義，而且對(duì)人類仍將長(zhǎng)期依賴的化石能源系統(tǒng)也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。氫能體系的內(nèi)涵可理解為建立在氫能制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)換及終端利用基礎(chǔ)上的能源體系。在這樣的體系中，氫作為能源載體，成為能源流通的貨幣或商品，氫能既是與電力并重而又互補(bǔ)的優(yōu)質(zhì)二次能源，又可以直接應(yīng)用于各種動(dòng)力或轉(zhuǎn)化裝置的終端燃料能源，滲透并服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面。21世紀(jì)人類將邁入氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代，然而要真正實(shí)現(xiàn)氫作為能源的廣泛使用，還需要解決氫的規(guī)模生產(chǎn)、儲(chǔ)存、輸運(yùn)及高效轉(zhuǎn)化利用等一系列關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。從世界氫能迅猛發(fā)展的勢(shì)頭看，21世紀(jì)前20～40年將是各種氫能關(guān)鍵技術(shù)商品化和產(chǎn)業(yè)化的重要階段，其技術(shù)實(shí)用性和生產(chǎn)成本等都將取得重大突破。我國(guó)應(yīng)盡早制定我國(guó)氫能發(fā)展總體戰(zhàn)略規(guī)劃，大力開(kāi)展相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與示范。

（一）國(guó)際能源署（IEA）的氫能戰(zhàn)略

IEA的氫能項(xiàng)目戰(zhàn)略目標(biāo)為，通過(guò)國(guó)際合作和信息分享，推動(dòng)、協(xié)調(diào)并保持氫能領(lǐng)域的創(chuàng)新性研究、開(kāi)發(fā)和示范活動(dòng)。主要關(guān)注技術(shù)、能源安全、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性、市場(chǎng)、部署以及拓展等七個(gè)方面的內(nèi)容。IEA氫能項(xiàng)目自1977年以來(lái)，已經(jīng)實(shí)施和正在部署的實(shí)施項(xiàng)目達(dá)到28個(gè)，20多個(gè)國(guó)家承擔(dān)了氫能利用和制備方面的項(xiàng)目。這些項(xiàng)目針對(duì)的前景為：氫能在未來(lái)經(jīng)濟(jì)中的各個(gè)方面發(fā)揮重要作用，形成清潔的可持續(xù)發(fā)展的全球能源供應(yīng)體系。項(xiàng)目實(shí)施的目標(biāo)為：加快氫能實(shí)施和推廣應(yīng)用。項(xiàng)目實(shí)施的戰(zhàn)略為：加強(qiáng)國(guó)際合作和信息交流，促進(jìn)、協(xié)調(diào)并維持創(chuàng)新研究、發(fā)展和示范活動(dòng)。2005年12月，國(guó)際能源署發(fā)布了《氫能與燃料電池前景展望（Prospects for Hydrogen and Fuel Cells）》報(bào)告，對(duì)氫能在未來(lái)能源供給多樣性，以及限制二氧化碳排放方面的作用給予期待，同時(shí)，探究了氫能發(fā)展?jié)摿腿剂想姵卦谖磥?lái)能源市場(chǎng)的地位。但從真正進(jìn)入市場(chǎng)方面來(lái)看，報(bào)告認(rèn)為氫能和燃料電池還需要實(shí)現(xiàn)重大的技術(shù)突破，在降低成本同時(shí)還需要政府的政策扶持。報(bào)告認(rèn)為，基于氫能的特點(diǎn)，用于車輛系統(tǒng)的氫能與燃料電池研發(fā)最為熱門。而在眾多車用能源可選技術(shù)方案中，氫能源燃料電池可能是最難實(shí)現(xiàn)的方案。這也吸引了全球政府和公司最大關(guān)注興趣及空前的研發(fā)投入。目前，全球范圍內(nèi)有約400項(xiàng)的車用氫能與燃料電池示范項(xiàng)目在進(jìn)行過(guò)程中，在最有利的條件得以滿足的情況下，到2050年，全球30%的車輛將會(huì)以氫能燃料電池驅(qū)動(dòng)，即大約7億輛汽車的保有量。

（二）美國(guó)的氫能發(fā)展戰(zhàn)略

美國(guó)從本國(guó)能源供應(yīng)安全角度出發(fā)，為了能夠逐漸減少對(duì)國(guó)外進(jìn)口石油的依賴，較早開(kāi)始了氫能和燃料電池的研發(fā)。從立法、政策和國(guó)家重大研究項(xiàng)目的立項(xiàng)三個(gè)層面來(lái)確保美國(guó)氫能和燃料電池技術(shù)的國(guó)際領(lǐng)先地位。2001年，美國(guó)政府再次通過(guò)2001氫能法案（HydrogenEnergyActof2001），主要涉及氫能商業(yè)化應(yīng)用的研究和演示以及開(kāi)發(fā)氫能生產(chǎn)的方法，減少環(huán)境影響，降低從可再生能源和非可再生能源制氫的成本和能耗，該法案還明確撥款4億美元作為2002～2006年度研究經(jīng)費(fèi)。迄今為止，美國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)實(shí)施了三個(gè)氫能重大研究計(jì)劃。

首先是2002年開(kāi)始實(shí)施的自由汽車合作研究和燃料行動(dòng)計(jì)劃（Freedom CAR and Fuel Initiative）。2003年，美國(guó)總統(tǒng)布什宣布，撥款17億美元實(shí)施這一計(jì)劃，其中12美元用于在未來(lái)5年發(fā)展關(guān)于氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)存和分配所需的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施。該計(jì)劃的主要目標(biāo)是：降低氫能成本，2010年前使氫能成本從當(dāng)前汽油的4倍降低到與之同一水平；②提供有效的氫能存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氫燃料電池的經(jīng)濟(jì)可行性；③到2020年使燃料電池汽車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力于內(nèi)燃機(jī)汽車相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車的商業(yè)化。其次是2003年2月美國(guó)政府宣布啟動(dòng)的未來(lái)一代（FutureGen）計(jì)劃。該計(jì)劃為期10年，總經(jīng)費(fèi)10億美元，目標(biāo)是涉及、建造并運(yùn)行276MW示范工廠，生產(chǎn)電力和氫能并實(shí)現(xiàn)零排放，以此證明煤基零排放技術(shù)的工程、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可行性，以實(shí)現(xiàn)煤清潔發(fā)電，最終達(dá)到零排放的目標(biāo)以及CO2的永久封存。第三就是美國(guó)能源部為了配合美國(guó)能源政策的實(shí)施，提出的一個(gè)龐大的全面涉及氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和燃料電池應(yīng)用的氫能計(jì)劃（Hydrogen, Fuel Cell & Infrastructure Technologies Program），該計(jì)劃的主要內(nèi)容包括：①開(kāi)發(fā)針對(duì)短期、中期和長(zhǎng)期目標(biāo)的氫能生產(chǎn)技術(shù)；②開(kāi)發(fā)廉價(jià)和低重量?jī)?chǔ)氫技術(shù)，解決固定氫源和車載氫源，同時(shí)解決氫的運(yùn)輸問(wèn)題；③開(kāi)發(fā)和優(yōu)化氫的安全高效利用方法，減少排放或達(dá)到零排放；④為公用事業(yè)部門和交通部門的應(yīng)用確定可持續(xù)的氫能供應(yīng)系統(tǒng)；⑤對(duì)技術(shù)和過(guò)程進(jìn)行評(píng)估和分析，確定能夠?qū)崿F(xiàn)氫能利用的途徑。美國(guó)能源部提出的氫能計(jì)劃的近期，中期和遠(yuǎn)期目標(biāo)分別為：近期目標(biāo)以化石能源和電解水提供氫氣，從而使氫氣以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格提供給終端應(yīng)用；中期目標(biāo)發(fā)展分布式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和燃料電池汽車在交通運(yùn)輸上的廣泛應(yīng)用；長(zhǎng)期目標(biāo)是以可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)氫為社會(huì)提供潔凈的、豐富的能源；最終目標(biāo)是以可再生能源生產(chǎn)廉價(jià)氫，使得氫能夠廣泛用作潔凈能源的載體和燃料。

美國(guó)能源部對(duì)氫能的展望為：未來(lái)20年，出于對(duì)全球氣候變化和能源安全的關(guān)注，氫能將在一些特定市場(chǎng)的應(yīng)用上取得突破，最終，氫能和電能將來(lái)自可再生能源，但是，化石能源在這期間仍將是主要的過(guò)渡性資源。燃料電池技術(shù)的發(fā)展將提供一個(gè)機(jī)遇，使得氫在交通部門和發(fā)電方面的應(yīng)用具有廣闊的市場(chǎng)前景。至此，美國(guó)對(duì)氫能的規(guī)劃從最初對(duì)高效過(guò)程的追求逐漸過(guò)渡到擺脫石油資源的依賴和CO2的減排上，并形成了相對(duì)成熟的“氫經(jīng)濟(jì)”構(gòu)想，提出了四個(gè)自由的原則：①擺脫對(duì)國(guó)外石油的依賴；②消除CO2和其他污染物的排放；③國(guó)民能夠不受時(shí)間、地點(diǎn)和車型的限制自由駕車出行；④便利地獲得燃料供應(yīng)。

（三）歐盟的氫能發(fā)展戰(zhàn)略

2002年，歐盟委員會(huì)主席普羅迪在15個(gè)成員國(guó)會(huì)議上表示，歐洲已確定新能源使用目標(biāo)，即到2010年，歐洲電力需求的22％，所有能源需求的12％必須來(lái)自新能源，到2020年所有可替代能源的5％來(lái)自氫。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，歐盟委員會(huì)撥款20億美元作為未來(lái)5年可轉(zhuǎn)換能源項(xiàng)目的研究經(jīng)費(fèi)，研發(fā)經(jīng)費(fèi)比過(guò)去5年增加了20倍，研究目標(biāo)集中于燃料電池的發(fā)展。2003年，總金額高達(dá)175億歐元的歐盟第六框架協(xié)議開(kāi)始啟動(dòng)，其第一輪資金支持的氫能項(xiàng)目約有30個(gè)，共投入資金1億歐元，涉及氫能制造（1460萬(wàn)歐元）、氫能貯藏（1070萬(wàn)歐元）、氫能安全及其標(biāo)準(zhǔn)制訂（750萬(wàn)歐元）、氫能的傳輸（2134萬(wàn)歐元）、氫能的最終應(yīng)用（1350萬(wàn)歐元）、高溫燃料電池（1510萬(wàn)歐元）、SOFC燃料電池（1495萬(wàn)歐元）、便攜式燃料電池（275萬(wàn)歐元）以及其他通用技術(shù)研發(fā)（21萬(wàn)歐元）。盡管歐盟對(duì)氫能及燃料電池的投入規(guī)模較大，但是相對(duì)于FP6的175億歐元資金投入總額，其份額很小，不到1%。目前，歐盟正在實(shí)施從2007年至2013年的第七個(gè)研究、技術(shù)發(fā)展與示范活動(dòng)框架計(jì)劃（簡(jiǎn)稱FP7），總預(yù)算為505.21億歐元，其中能源領(lǐng)域的預(yù)算總額為23.50億歐元，研究目標(biāo)是優(yōu)化目前能源結(jié)構(gòu)，以可再生、無(wú)污染的多樣化能源為基礎(chǔ)，減少對(duì)進(jìn)口燃料的依賴；提高能源效率，包括能源的合理利用及儲(chǔ)存；應(yīng)對(duì)能源供應(yīng)安全和氣候變化問(wèn)題的同時(shí)，提高歐洲工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。該計(jì)劃中設(shè)立了專門的氫能和燃料電池專題。

（四）日本的氫能發(fā)展戰(zhàn)略

日本從自身資源貧瘠的國(guó)情特點(diǎn)出發(fā)，非常重視新能源的開(kāi)發(fā)，也是最早系統(tǒng)制定氫能發(fā)展規(guī)劃的國(guó)家。早在20世紀(jì)80年代，日本政府就成立了新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織，負(fù)責(zé)日本燃料電池的技術(shù)開(kāi)發(fā)。

日本通產(chǎn)省于1993年啟動(dòng)了世界能源網(wǎng)項(xiàng)目，其目標(biāo)是為構(gòu)建一個(gè)環(huán)球能源網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)氫能的高效供給、輸送與利用。該計(jì)劃分為三個(gè)階段，第一階段（1993～1998年）主要分析氫生產(chǎn)、儲(chǔ)存和利用的可行性，投資78億日元，進(jìn)行基礎(chǔ)研究；第二階段（1999～2005年）推出氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和利用示范工藝；第三階段（2006～2020年）實(shí)現(xiàn)氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和利用商品化。該項(xiàng)目計(jì)劃總投入30億美元。目前，WE-NET計(jì)劃已在燃料電池現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電或車用以及氫運(yùn)輸和儲(chǔ)存方面開(kāi)展了廣泛的研究，并取得了較大進(jìn)展。WE－NET計(jì)劃在第一階段結(jié)束后，做出了修改，將第二階段縮短至2002年，投資81億日元，第三階段改為2003～2007年，主要發(fā)展氫能的安全使用和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。為配合WE－NET第三階段的實(shí)施，NEDO在2002年啟動(dòng)了為期三年的氫能與燃料電池示范項(xiàng)目，以期對(duì)氫能基礎(chǔ)設(shè)施、燃料電池車等進(jìn)行前面的測(cè)試和評(píng)估。

（五）中國(guó)的氫能發(fā)展

作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)政府重視發(fā)展氫能及其應(yīng)用技術(shù)。目前，在氫能及燃料電池領(lǐng)域，已經(jīng)初步形成了從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到示范演示的全方位格局。在基礎(chǔ)研究方面，科技部973計(jì)劃已資助多個(gè)氫能項(xiàng)目：2000年，973計(jì)劃“氫能的規(guī)模制備、儲(chǔ)運(yùn)及相關(guān)燃料電池的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目啟動(dòng)，總經(jīng)費(fèi)3000萬(wàn)元；2008年，國(guó)家科技部支持973計(jì)劃“利用太陽(yáng)能規(guī)模制氫的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目繼續(xù)滾動(dòng)，開(kāi)展“高效低成本直接太陽(yáng)能化學(xué)及生物轉(zhuǎn)化與利用的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目研究工作，經(jīng)費(fèi)總額4200萬(wàn)元；在氫能與燃料電池技術(shù)應(yīng)用示范研究方面，科技部863計(jì)劃也給與了重點(diǎn)資助：2001年，科技部投資3000萬(wàn)元開(kāi)展863計(jì)劃后續(xù)能源主題“氫能技術(shù)和高溫燃料電池技術(shù)”研究；2002年，科技部啟動(dòng)電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)，在863計(jì)劃中安排8.8億元開(kāi)展燃料電池客車和轎車研究，以期在燃料電池、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及整車系統(tǒng)方面形成一整套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，最終開(kāi)發(fā)成功燃料電池公交車和燃料電池轎車；2006年科技部863計(jì)劃設(shè)立了“氫能及燃料電池技術(shù)”專題，共發(fā)布9個(gè)研究方向，包括制氫技術(shù)、儲(chǔ)氫和輸氫技術(shù)、燃料電池技術(shù)和氫安全技術(shù)等4個(gè)探索導(dǎo)向類以及分布式小型天然氣及液體燃料制氫技術(shù)、新型儲(chǔ)氫技術(shù)、加氫站系統(tǒng)技術(shù)、電站用質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)、固體氧化物燃料電池技術(shù)等5個(gè)目標(biāo)導(dǎo)向類，立項(xiàng)48個(gè)課題，支持經(jīng)費(fèi)7313萬(wàn)元。

2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的多輛氫燃料電池城市客車和燃料電池轎車首次投入運(yùn)行。燃料電池城市客車在北京公交801路（區(qū)間）上示范運(yùn)行，全天平均行程約85公里。本次燃料電池城市客車的示范運(yùn)行不僅是科技奧運(yùn)的“明星工程”之一，同時(shí)也是FCB項(xiàng)目的一部分，示范運(yùn)行時(shí)間為期1年，將持續(xù)至2009年7月。燃料電池轎車作為公務(wù)VIP用車在奧運(yùn)中心投入示范運(yùn)營(yíng)，與近500輛各類電動(dòng)汽車一道，實(shí)現(xiàn)了奧運(yùn)核心區(qū)污染零排放。在北京中關(guān)村科技園區(qū)永豐高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地的北京新能源交通示范園建有占地面積近4000平方米的加氫示范站，一期包括加氫示范站外供氫氣貯存、加注系統(tǒng)和新能源車輛示范運(yùn)行維護(hù)基地，已于2006年10月建成。二期包括新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心、新能源交通教育館、現(xiàn)場(chǎng)制氫裝置等，現(xiàn)已建成全面投入使用。燃料電池車加氫需要20分鐘，加滿后行駛250公里左右?；旧?，一輛車每天回站加氫一次。在日前召開(kāi)的2008（首屆）中國(guó)綠色能源汽車發(fā)展高峰論壇上，科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼說(shuō)：“我國(guó)自主研發(fā)的節(jié)能與新能源汽車，在這次奧運(yùn)示范運(yùn)行考核中表現(xiàn)得非常出色，得到了各國(guó)代表的好評(píng)，取得了圓滿的成功?！?/p>

經(jīng)過(guò)幾年的努力，我國(guó)在氫能領(lǐng)域取得了較大成績(jī)。一是形成了一支專業(yè)研究隊(duì)伍，目前，包括中科院、高等院校在內(nèi)的十幾個(gè)科研機(jī)構(gòu)在氫能領(lǐng)域開(kāi)展研究工作；二是在氫能領(lǐng)域形成了一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)、新材料和新工藝；三是多家單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功了燃料電池公交車和燃料電池轎車，并進(jìn)入演示階段。以上海神力、中科院大連化物所以及武漢理工大學(xué)為代表的研究團(tuán)體初步建立了車用燃料電池自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，積累了燃料電池的車用經(jīng)驗(yàn)。盡管如今國(guó)際社會(huì)對(duì)氫能特別是氫燃料電池車的研究持更加冷靜和務(wù)實(shí)的態(tài)度，但在氫能及燃料電池技術(shù)研發(fā)與示范方面的努力一刻也沒(méi)有停止。發(fā)達(dá)國(guó)家依然投入大量的人力物力開(kāi)展研究，開(kāi)發(fā)各種高效率、高可靠性和低成本的新一代氫能利用新技術(shù)，以期推動(dòng)氫能及燃料電池的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程。