在关于未来能源的所有畅想中，氢能无疑是最具诱惑力的那一个。作为宇宙中丰度最高的元素，氢无处不在，燃烧后唯一的产物是纯净水，能量密度更是汽油的三倍。这样一个听起来近乎完美的能源终结者，让无数科学家和政策制定者为之着迷，他们描绘了一幅宏伟的“氢能社会”蓝图：满街跑的是只排水不排气的氢能汽车，城市里的摩天大楼由氢能微电网供电，整个社会的能源体系从化石燃料平滑过渡到清洁的氢气。

现实却给这份热情泼了一盆冷水。尽管技术路线已经清晰，但氢能交通和氢能城市的规模化应用似乎总是在“未来五年”。究竟是什么力量，像无形的枷锁一样束缚住了氢能的翅膀？这背后的技术瓶颈，远比我们想象的要复杂和棘手。

我们先来看看氢能交通。如果你是一位想购买氢燃料电池汽车的先锋消费者，摆在你面前的第一个难题不是车价，而是“去哪儿加氢”。

氢气是自然界中最轻的气体，这意味着它的密度极低。常温常压下，一立方米氢气的质量只有0.089千克。相比之下，一立方米汽油的质量大约是720千克。这就带来了一个巨大的挑战：如何把足够多的氢气塞进有限的车载储氢瓶里，以保证车辆有足够的续航里程。

目前的主流解决方案是高压气态储氢。为了让氢气“瘦身”，我们必须把它们压缩到令人咋舌的压力水平——通常是70兆帕，相当于700个大气压。想象一下，在你的汽车后排座椅下，安放着几个压力足以把深海潜水器压扁的超级气瓶，这本身就对材料科学和制造工艺提出了极高的要求。储氢瓶必须采用昂贵的碳纤维复合材料层层缠绕，既要足够结实以承受内部的恐怖压力，又要足够轻盈以减少车辆负载，还要绝对可靠以防止泄漏。这种高难度的制造工艺，使得储氢系统的成本一直居高不下，占据了整车成本的相当大一部分。

即使你解决了车上的问题，车下的问题同样棘手。建设一座加氢站的成本，是同等规模加油站的好几倍。这不仅是因为加氢机、压缩机等核心设备需要耐受极高的压力和特殊的氢脆腐蚀，更因为氢气的储运成本极高。由于密度太低，用传统的长管拖车运输氢气，效率低得惊人。一辆满载的长管拖车，其运输的氢气重量可能还不如拖车自身钢瓶的重量大，大部分运力都浪费在了运“瓶子”上。这导致氢气从工厂到加氢站的运输成本，甚至可能超过氢气本身的生产成本。

让我们把视角从汽车转向更宏大的氢能城市。在这个构想中，氢气将取代天然气，成为城市能源网络的主角，为家庭供暖、为商业建筑供电。这听起来很美，但实施起来却面临着基础设施的巨大鸿沟。

最大的拦路虎是现有的天然气管网。氢分子不仅个头小，而且极其活泼。它很容易钻进金属材料的晶格缝隙中，导致金属变脆、开裂，这在工程学上被称为“氢脆”现象。如果我们直接利用现有的天然气管道来输送氢气，很多老旧的碳钢管道可能无法承受，存在巨大的泄漏和破裂风险。

要实现氢能进万家，我们可能需要对整个城市的地下管网进行一场伤筋动骨的大手术，要么大规模更换耐氢腐蚀的新型管道，要么对现有管道进行复杂的内涂层改造。无论哪种方案，其工程量和资金投入都是天文数字。

我们还需要面对氢气的高昂成本问题。目前全球绝大多数的氢气来源于化石燃料重整，也就是用煤炭或天然气与水蒸气反应来制取。这种“灰氢”虽然成本相对较低，但其生产过程本身就会排放大量的二氧化碳，这与氢能社会的低碳初衷背道而驰。

真正环保的“绿氢”，即利用太阳能、风能等可再生能源电解水制氢，虽然近几年成本有所下降，但相比化石能源和灰氢，仍然不具备经济优势。电解水核心设备电解槽的效率、寿命以及昂贵的催化剂材料，都是制约绿氢成本快速下降的技术瓶颈。在没有大规模政策补贴的情况下，让普通家庭和企业为昂贵的绿氢买单，显然是不现实的。

氢能社会的愿景固然美好，但它不是一蹴而就的乌托邦。从高压储氢的材料挑战，到基础设施的氢脆风险，再到绿氢制备的经济性难题，每一个瓶颈都需要基础科学的突破和工程技术的长期积累来跨越。这是一场关乎能源未来的持久战，我们需要耐心，更需要脚踏实地的创新。

来源: 张天缘的科普号