纵观人类能源发展史，从最初的炭(C)到石油(—CH2—)和天然气(CH4)，能源形式中含氢量剧增，实现低碳及无碳能源消费是必然趋势。

炭、石油和天然气都是典型的化石燃料，燃烧产物主要有二氧化碳(CO2)、硫的氧化物(SOx)、氮的氧化物(NOx)、挥发性有机碳化物(VOC)、一氧化碳(CO)和微小的颗粒物。其中，CO2是一种温室气体，被认为是导致全球气候变暖的主要原因。SOx和NOx会造成区域性酸沉积。空气中NOx、CO和VOC反应会形成臭氧，其高氧化性会引起呼吸道疾病，造成农作物减产甚至破坏植被。微小的颗粒物引起的问题更大，会引起呼吸道和心血管疾病，甚至癌症。近年来每到入冬季节人们都深受雾霾困扰，颗粒物PM2.5是罪魁祸首。有研究表明，黑色的炭颗粒也会增强全球变暖趋势。

化石燃料属于一次能源，用完后不可再生，因此面临着枯竭的危险。

因争夺化石能源造成的地区不安定，包括战争的频频出现，也促进了各种替代能源的高速发展。

1、零排放的氢将成为未来能源的载体。

氢是一种真正的清洁能源，其燃烧产物是水，尤为重要的是不会产生任何污染物。氢有以下优点：

（1）能量密度极高：达到39.4kWh/kg，约为汽油的3倍，焦炭的4.5倍，用高储能密度的氢储存能量具有得天独厚的优势。

（2）资源丰富：宇宙中大于90%(原子分数)或者75%(质量分数)是由氢构成的；

（3）可由水制取：水是地球上最为丰富的资源，全球约有70%的面积覆盖着水。

常见储氢系统与材料的储能密度：

相对于电能而言，氢气具有能源和原料的双重属性。在能源领域，氢气可以通过燃料电池、氢内燃机等技术进行能量转换。其中，燃料电池是氢气能源应用的主要方向。在燃料电池中，氢气作为反应物与氧气反应，产生电能作为输出。燃料电池主要应用于交通和储能领域。

与电动车和内燃机汽车相比，燃料电池汽车的综合效率约为30%，居于中间位置。这主要是因为在整个电-氢-电的能量转换过程中，涉及到电解水、氢气的运输和储存，以及燃料电池的应用，这些环节会导致能量损失，从而降低效率。相较于电动车而言，燃料电池汽车的效率较低。然而，与燃油车相比，燃料电池汽车不受卡诺循环的限制，整体效率更高。

氢车与电车从整车能耗对比来看：丰田mirai2百公里耗氢0.415kg，对应耗电约23.2kWh，而比亚迪汉纯电版本百公里耗电13.5kWh，远低于燃料电池乘用车。所以就综合能耗而言，在乘用车领域，燃料电池汽车相较锂电车型并不具有竞争力。

燃料电池车的优势在于补能速度快。燃料电池车3-5min即可充满，而锂电车即使快充也需要20min以上才能充满。同时由于燃料电池系统重量较轻，氢气及其金属化合物的能量密度也远高于锂电池，所以在能耗较大，补能速度要求较高的场景，燃料电池比锂电池更具有优势，如商用车、冷链物流车等应用领域。我国基于电网基建发达的国情，前期集中发展纯电动乘用车，同时于2022年提出了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，在商用车领域着重发展燃料电池系统的应用。

基于可再生能源的能源动力组合全链条能效分析：

2、在原料领域，氢气主要应用在化工、冶金等场景。

氢气在化工领域中的应用主要是在氢化反应、氧化反应、加氢反应等方面。例如，在精细化学品（香料、药品、农药等）的生产中，氢气通常用于加氢反应；在石油化工行业中，氢气常常用于加氢裂化、氢气重整等反应，用于生产乙烯、苯乙烯、煤油等化工产品。此外，氢气还可以用于制备氨气、甲醇、氢氧化钠等化工产品。